中国工程院院士陈厚群:白鹤滩工程地震动设计参数选择符合相关标准

白鹤滩水电站工程大坝坝高289 m，属300 m级特高拱坝。坝址位于基本烈度为Ⅷ度的高地震区，其抗震安全为工程的关键技术问题之一。

白鹤滩坝址区位于康滇地轴与上扬子台褶带两个二级构造单元的过渡带,属于凉山构造带东侧与莲峰—巧家构造带相挟持的三角形区域内,地震危险性主要来自外围强震影响，区内断裂规模普遍较小，地壳稳定性条件总体较好，历史地震对白鹤滩工程坝址的最大影响烈度为Ⅷ度。针对白鹤滩大坝坝址位于高地震区的实际情况，坝址场地相关设计地震动参数的选定是大坝抗震设计的前提。当前，混凝土坝工程设计地震动参数主要是设计地震动峰值加速度和反应谱。

白鹤滩拱坝为一等工程中的一级建筑物，其抗震设防类别为甲类，按现行水工建筑物抗震设计标准，其设计及校核地震动峰值加速度值应依据专门的场地地震安全性评价成果确定。该成果以对应不同超越概率的峰值加速度值的曲线给出。我国《水工建筑物抗震设计标准》规定，此类重要大坝工程的设计和校核地震动峰值加速度值应分别取其相应于100年超越概率2%和1%的数值。

地震安全性评价给出的重大工程场址设计地震动加速度峰值需基于体现其随震级和距离而变化规律的衰减关系。因为衰减关系是由各不同地区岩体台站地表实测的水平向地震加速度记录统计得出的，所以它不涉及任何特定场址的具体地形和地质条件。因而其给出的只能表征为半无限空间均质岩体平坦自由地表的水平向分量值。

根据中国地震局灾害防御中心2016年提出的 《金沙江白鹤滩水电站坝址设计地震动参数复核报告》，白鹤滩水电站工程相应于100年超越概率2%的设计地震动基岩水平向峰值加速度为0.451 g，相应于100年超越概率1%的校核地震（最大可信地震）的基岩水平向峰值加速度为0.534 g。

我国地震部门规定，地震安全性评价给出设计地震动峰值加速度值后，还应按场地类别调整。场地类别应按场地土的剪切波速划分为Ⅰ0、Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ5类，并分别给出了各类场地间地震动峰值加速度值的调整系数。地震安全性评价给出的峰值加速度值是根据剪切波速为500 m/s的Ⅰ1场地基岩的衰减关系求得的。对于剪切波速为800 m/s以上的Ⅰ0类硬基岩场地，地震动峰值加速度值应乘以0.9的系数。根据设计资料，白鹤滩大坝坝基岩体等级以Ⅲ1类及以上岩体为主，剪切波速平均值为2090 m/s，远大于800 m/s。因此，其设计和校核的地震动峰值加速度值应乘以0.9的调整系数，取0.401 g和0.481 g。

由于地壳岩体介质密度随深度增加，按波动理论，地震波从震源入射至地表时，其传播方向当逐渐趋近于竖向；且在自由地表实测的加速度波，应是综合了入射波和与其等值的反射波之和，从而向地表竖向入射的地震动加速度峰值只是其地表值的1/2，应以此作为从岩体深部向上入射的地震动输入的水平向地震加速度值。根据统计，一般竖向设计地震加速度值可取为水平向的2/3。这些基本概念在我国地震界和坝工界已取得了共识。

当前，在国外还有把设计地震动加速度置于实际工程场址一个任意假定高程的平坦地表上，再按场址的岩体结构参数，通过一维反演，求得离坝下一定深处的地基底部入射的地震动加速度。这是对设计地震动峰值加速度的误解，存在概念上的混淆，所以不能在实际工程抗震设计中应用。

反映地震动输入频谱特征的地震动加速度设计反应谱是抗震计算中的另一关键地震动参数。反应谱通常以峰值加速度归一化后的频谱表征。我国水工建筑物抗震设计标准规定，对于重要大坝工程，需要在对坝址进行专门的地震危险性分析基础上，求取与场地地质地震相关的设计反应谱。

我国规范规定，对抗震设防类别为甲类的大坝，其场地相关设计反应谱宜按与水平向设计地震动加速度相应的“设定地震”确定。这是将概率法和确定性方法相结合的方法，即基于地震安全性评价报告，在可能对坝址引发不小于设计峰值加速度值的少数潜在震源中，选择发生概率最大的地震作为设定地震，按该地震的震级和震中距，依据基于统计得出的反应谱衰减关系，可以求得坝址实际可能发生的场地相关的设计反应谱。

由于我国缺乏足够的实测强震加速度记录，即使对峰值加速度也尚难统计其衰减关系。只能基于不同地区烈度与地震动峰值加速度衰减规律差异类同的假定，通过我国的烈度衰减关系与美国的烈度、峰值加速度衰减关系的转换，近似得出我国的峰值加速度衰减关系。但将此假定推广到反应谱每个周期分量衰减关系的转换，从概念上就令人难以接受。所以只能根据马宗晋院士提出的：“中国大陆和北美大陆在构造、地壳组成、现代应力状态及地震成因、地震活动特点等方面都有一定的相似性、可比性”的论述，借用最近美国在汇集各国、主要是美国西部实测强震加速度资料的基础上，给出的新一代加速度反应谱的衰减关系。这部分工作由中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心张翠然高级工程师完成。

迄今国内外都有采用“一致概率反应谱”作为场地相关的设计反应谱。“一致概率反应谱”是对反应谱的每个周期分量，都求出如峰值加速度那样的概率曲线后，取与峰值加速度相同概率的各点组成。它具有实际地震不同震级和震中距反应谱的包络线的性质，致使其值偏大很多，完全不符合实际地震动反应谱的一般规律，所以不能在实际工程抗震设计中应用。

根据2016年2月中国地震灾害防御中心提出的 《金沙江白鹤滩水电站坝址设计地震动参数复核报告》，坝址区地震基本烈度按50年超越概率10%地震动参数确定，最终确定为Ⅷ度。

我认为经有关部门审核通过的、按照上述观点确定的，白鹤滩工程坝址的地震动参数的选择是符合现行地震部门有关规定和《水工抗震设计标准》要求的。