扩大基础和垫座对高拱坝地震动响应的影响研究

摘要：

中国的高拱坝多位于西南部地震多发且地形地质条件复杂的地区，在地震作用下极易造成坝体局部开裂和整体失稳。以金沙江下游白鹤滩拱坝为研究对象，探讨扩大基础和垫座对坝顶和拱冠梁最大位移、横缝开度、坝体损伤体积比等地震动响应的影响特点。分析结果表明扩大基础和垫座具有如下优点：使拱坝左右两侧的体型更趋于对称，对减小坝顶和拱冠梁的位移响应有利。以增大边缝开度为代价而使坝体中部横缝开度显著减小，且使横缝张开趋于均匀，对充分发挥止水片密封效果有利；能够明显减小坝体的损伤体积比；其中，扩大基础对坝体位移和损伤体积比的减弱效果明显优于垫座。但是，随着地震动强度增加，扩大基础和垫座对位移响应约束能力逐渐减弱。研究结果证明了扩大基础和垫座对增强拱坝抗震能力的有效性，可为类似高拱坝工程建设提供有益参考。

关" 键" 词：

地震作用； 拱坝； 扩大基础； 垫座； 地震动响应； 白鹤滩拱坝

中图法分类号： TV642.4；TV312

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.07.025

收稿日期：

2023-06-15

；接受日期：

2023-09-28

基金项目：

国家自然科学基金项目（52269026，51969010）

作者简介：

刘晓蓬，男，讲师，博士，主要从事水工结构抗震能力方面的研究。E-mail：liuxiaopenglw@sdau.edu.cn

通信作者：

王铭明，男，教授，博士，主要从事水工结构研究。E_mail：wang.ming.ming@163.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章编号：1001-4179（2024） 07-0189-09

引用本文：

刘晓蓬，张太磊，刘仲秋，等.扩大基础和垫座对高拱坝地震动响应的影响研究

［J］.人民长江，2024，55（7）：189-197.

0" 引 言

当前，中国乃至世界的拱坝建设仍然在有序开展，这既是应对全球清洁能源需求量不断增加及实现“双碳”战略目标的有效举措，又是进行防洪减灾和蓄水灌溉的必然选择［1］。近些年来，一批具有世界影响力的高拱坝在中国西南部地震多发地区相继建成，而这些地区的地形地质条件极为复杂，在地震作用下极易造成坝体局部开裂和整体失稳［2］。中国的工程设计和施工人员相继提出了许多创新性的拱坝设计理论和施工方法，克服了诸多具有挑战性的世界级科学难题，为其他高拱坝设计提供了工程实践和理论参考［3］。

针对复杂地形地质条件或施工中遇到不可预见的软弱地基，常采取增设扩大基础或垫座的方式加以解决，而扩大基础和垫座等措施可能会对拱坝造成一定的影响，相关学者也相继做了一系列研究。刘云贺等讨论了垫座对拱坝坝体静动力反应的影响，证明了对地质条件有缺陷的拱坝坝基采用垫座处理措施的合理性［4］。Yang等基于变形加固理论对高拱坝坝趾的加固设计进行了研究探讨，从拱坝超载加固的角度评价了高拱坝的整体稳定性［5］。周维垣等讨论了坝肩与河床基础大垫座和周边缝设置与高坝整体稳定的关系，探讨了高拱坝设置垫座后的安全度及坝踵、坝趾应力分布优化情况，结果表明大垫座设置对基础刚度的对称性、大坝整体稳定性有显著提高的效应［6］。宁宇等定量分析了工程处理措施对改善坝肩、坝基及坝体应力、位移的作用，证明了针对柱状节理设置扩挖垫座对拱坝坝趾应力扩散改善、坝体内部压应力传递、坝体应力和变形控制的合理性［7］。胡著秀等对锦屏一级水电站坝体的应力、变形特性进行计算分析，给出了垫座对坝体应力、位移分布的影响，证明地基加固后坝体蓄水期总体变形规律明显改善，坝体与坝基安全储备能力显著提高，肯定了大规模加固措施的必要性［8］。潘元炜等综合坝体位移、应力、屈服区、抗滑安全度等因素，提出了拱坝垫座设计的综合优化方法，通过对比4种垫座设计方案，分析了垫座对坝体的影响及垫座自身的稳定性，确定了白鹤滩拱坝垫座的最优设计方案［9］。宋子亨等针对白鹤滩拱坝扩大基础进行了弹塑性有限元分析，提出了基于变形加固理论的加固效果评价方法，证明了扩大基础对提高拱坝整体刚度、提升坝体变形对称性和改善拱坝建基面附近岩体应力状态的有效性［10］。陈健云等研究了垫座及扩大基础对拱坝位移、横缝开度及损伤等地震动响应的影响，证明了垫座及扩大基础对提高拱坝整体抗震性能的合理性［11-12］。但是，因为地基处理而增设的扩大基础和垫座对坝体抗震性能所造成的影响，目前与之相关的研究还相对较少，有待进一步探讨。

本文以金沙江下游的白鹤滩混凝土双曲拱坝为研究对象，以100 a超越概率2%的场地水平地震加速度0.406g为设计地震加速度，并以0.2倍的阶跃进行逐级加载，研究了扩大基础和垫座工况、仅扩大基础工况、仅垫座工况、无扩大基础和垫座工况（下文简称为4种工况）的坝体地震动响应，并对其进行了对比分析，由此得出扩大基础和垫座对高拱坝地震动响应的影响。

1" 计算模型

1.1" 混凝土塑性损伤模型

在混凝土塑性损伤模型［13］中，其应力应变关系可以描述为

σ=（1-d）σ—（1）

σ—=（1-d）E0：（ε-εp）（2）

式中：σ为混凝土应力；σ—表示有效应力；ε表示混凝土的应变；εp表示混凝土的塑性应变；d表示混凝土的损伤因子；E0表示混凝土初始弹性模量；“：”为张量运算中的双点积符号。

故损伤后弹性模量E和初始弹性模量E0的关系为

E=（1-d）E0

（3）

屈服函数F由有效应力σ—和损伤变量κ表示，其关系式为

F（σ—，κ）=αI1+3J2+β（κ）〈α^max〉1-α-c（κ）

（4）

式中：I1表示第一应力不变量；J2表示偏应力第二不变量；〈α^max〉表示最大主应力的代数值；c（κ）表示内聚力变量；α和β表示无量纲常数，其中α由屈服函数的初始形状决定，其值由混凝土的单轴抗压强度fc0和双轴抗压强度fb0共同确定，即：α=fb0-fc0/2fb0-fc0；β（κ）决定屈服函数的演化，其定义为β=cc（κ）（1-α）/ct（κ）-（1+α），cc（κ）为受压内聚力变量，ct（κ）为张拉内聚力变量。

损伤因子d通过损伤状态变量κ来定义：

d（～，κ）=1-［1-stdc（κc）］［1-scdt（κt）］

（5）

式中：～为有效主应力；κc为受压损伤变量；κt为受拉损伤状态变量；st、sc是与应力状态相关的参数，它们的定义如下：

st=1-wtr（～）" " 0≤wt≤0

（6）

sc=1-wc［1-r（～）］" 0≤wc≤0

（7）

式中：损伤因子d由拉损伤因子dt和压损伤因子dc共同确定；r（～）为关于有效主应力的函数；wt为拉刚度恢复系数，wc为压刚度恢复系数，分别用来描述受拉应力和受压应力状态改变时材料刚度的恢复程度。

1.2" 坝体和地基有限元模型

白鹤滩拱坝的坝顶高程为834 m，正常蓄水位为825.00 m，最大坝高为289 m。针对该拱坝的抗震性能研究中，综合考虑了正常蓄水位下的动水压力、静水压力、扬压力、温度荷载以及地震作用的影响。该坝体左右岸地形地质条件复杂，坝址基岩以玄武岩为主。虽然玄武岩的岩性较为坚硬，但是坝址区断裂构造发育明显，并分布有层间错动带，坝址河谷近似为左右不对称的“V”形。因此，在实际施工中，采取了增设扩大基础和垫座的地基处理措施，具体为：在坝体左岸780～834 m高程的顶拱处设置垫座，在坝体下游的右岸610 m高程以下和左岸720 m高程以下一直延伸到坝体底部的河床处设置扩大基础。为更直观显示下游扩大基础，可从下游视角显示扩大基础和垫座的位置，具体如图1所示。

针对该拱坝坝体和地基建立三维非线性有限元模型，坝体周围的地基扩展范围均为1.5倍坝高。坝体、扩大基础和垫座采用塑性损伤模型，地基采用遵循D-P准则的本构模型。坝体、扩大基础和垫座以C30混凝土为主要建筑材料，密度为2 400 kg/m3，弹性模量为24.0 GPa，泊松比为0.167。地基材料以玄武岩为主，密度为2 800 kg/m3，弹性模量为18.0 GPa，泊松比为0.25。

地震动水压力Pw（h）折算为与单位地震加速度相应的坝面径向附加质量，计算公式为

Pw（h）=7ahρwH0h/8（8）

式中：H0为总水深，ρw为水密度，ah为水平向设计地震加速度代表值，h为计算点的水深。

采用Rayleigh阻尼来反映阻尼对拱坝坝体的作用，坝体阻尼比取为5%，利用Newmark法完成坝体-地基-库水的地震时程动力相互作用逐步积分计算。

坝体本身存在30条施工横缝，数值模拟中考虑接触非线性的影响。横缝间设置键槽，使坝段间既无相互嵌入，又无相对切向运动［14-16］。地基周围采用黏弹性人工边界进行处理［17-18］。对于扩大基础和垫座工况，拱坝坝体部分的单元总数为3 700个，扩大基础的单元数为200个，垫座的单元数为72个。

该拱坝坝体、扩大基础和垫座，以及带有整体地基的三维有限元模型如图2所示。

2" 扩大基础和垫座的拱坝位移影响

提取4种工况的地震动时程坝顶最大位移，包括顺河向偏向上游和偏向下游的最大位移（为方便描述，本文将顺河向偏向上游的位移绝对值最大值称为偏向上游的最大位移），具体如图3所示。其中，x轴正值表示拱冠梁轴线至右岸的坝顶节点位置，负值表示至左岸的坝顶节点位置；y轴正值指向下游，负值指向上游，代表最大位移。相同工况的拱冠梁不同高程节点最大位移，包括顺河向偏向上游和偏向下游的最大位移，具体如图4所示。其中，x轴正值指向下游，负值指向上游，代表最大位移。

从图3中可以看出：与设计地震动作用相比，不同地震动超载倍数下的坝顶位移表现出一些共同而又有所差异的特征。4种工况偏向上游的最大位移增大幅度远大于偏向下游的最大位移增幅，且增大效果更为明显；增设扩大基础和垫座工况及仅扩大基础工况（以下简称“前者”）的地震动最大位移明显小于仅垫座工况及无扩大基础和垫座工况（以下简称“后者”）；在设计地震动作用下，前者的右岸1/4顶拱附近偏向上游最大位移明显大于后者，这说明增设扩大基础使该部位在设计地震动作用下偏向上游的最大位移有所增加；而随着地震动的逐级加载，这种增加呈现逐渐减弱的状态，1.6倍超载地震动时，两者已趋于基本相同的状态。值得注意的是，前者无论是偏向上游还是偏向下游的坝顶最大位移分布都比后者的更趋于对称，而这种对称性一直保持至1.6倍超载地震动。在1.6倍超载地震动作用下，前者右岸3/8顶拱附近出现了偏向下游最大位移接近甚至是小于后者的情形，而随着地震动的增加，这种减小的效果被不断放大。在1.8倍及以上超载地震动作用下，坝顶偏向下游最大位移的出现位置不再是拱冠梁处，而是向左岸偏移，偏向上游最大位移的出现位置向右岸偏移。1.8倍超载时，坝顶偏向下游最大位移的出现位置为拱冠梁向左约30 m的节点，偏向上游最大位移的出现位置为拱冠梁向右约30 m的节点；2.0倍超载时，坝顶偏向下游最大位移的出现位置为拱冠梁向左约60 m的节点，偏向上游最大位移的出现位置为拱冠梁向右约60 m的节点。

综合来看，在设计地震动和超载地震动作用下，增设扩大基础和垫座工况及仅扩大基础工况的坝顶偏向上游和偏向下游的位移，大致呈左右两侧对称分布的状态，这说明增设扩大基础使拱坝左右两侧的体型更趋于对称。随着地震动逐级加载，坝顶偏向上游的最大位移比偏向下游的最大位移增加效果更为显著，尤其是在2.0倍超载地震动作用下，4种工况在拱冠梁顶附近偏向上游的最大位移分别增加了339%，317%，269%和266%，偏向下游的最大位移分别增加了34%，32%，40%和40%。与设计地震动作用相比，虽然在1.4倍及以上超载地震动作用下，增设扩大基础和垫座工况、仅扩大基础工况、仅垫座工况的最大位移增大倍数大于无扩大基础和垫座工况，但在设计地震动作用下前3种工况比无扩大基础和垫座工况的坝顶最大位移分别缩小了31.58%，26.75%和3.07%，并且在逐级加载中，除3/8顶拱附近位置外，前3种工况的最大位移始终小于无扩大基础和垫座工况，这也说明了扩大基础和垫座（尤其是扩大基础）对拱坝地震动位移响应的减弱效果是非常明显的，但同时又说明了扩大基础和垫座对拱坝地震动位移响应的减弱效果是有限度的，随着地震动强度的增加，扩大基础和垫座对坝体向上游变形的约束能力逐渐减弱。

从图4可以看出：随着地震动逐级加载，拱冠梁偏向上游的位移增加得比偏向下游的位移更为显著，但是拱冠梁偏向上游和偏向下游最大位移结果始终保持“扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工况lt;无扩大基础和垫座工况”的关系。由此进一步说明了增设扩大基础和垫座对拱冠梁在地震动作用下的最大位移减弱效果非常明显，尤其是扩大基础使这种削弱效果更为明显。同时可以看出，自1.2倍超载地震动之后，拱冠梁向下游最大位移分布在中上部出现了一定转折，且地震动超载倍数越高，这一现象越突出。这是因为在超载地震动作用下拱冠梁附近的中上部位实际上已经处于超拉应力区，部分混凝土将逐渐被破坏而失去承载能力，因此在地震动与动水的联合作用下，此部位的位移也相应增大。

为了更明确增设扩大基础和垫座对坝体地震动位移响应的影响效果，特将4种工况拱冠梁顶在不同地震动超载倍数下的最大位移进行整理汇总，如表1和图5所示。由此可进一步得出其他3种工况与无扩大基础和垫座工况相比较时，其偏向上游和偏向下游最大位移的降低程度，如表2和图6所示；与设计地震动相比，逐级加载地震动作用下，4种工况下偏向上游和偏向下游最大位移的增加倍数，如表3和图7所示。图5中，y轴正值指向下游，负值指向上游，代表拱冠梁顶最大位移；图6中，y轴正值指向下游，负值指向上游，代表拱冠梁顶最大位移的降低程度。

由表1～2及图5～6可以看出，扩大基础和垫座（特别是扩大基础）对拱冠梁顶在设计地震动作用下最大位移降低程度是非常明显的。虽然在地震动逐级加载中，这种降低程度有所下降，但即使在2.0倍超载地震动作用下，增设扩大基础和垫座对其偏向上游最大位移的降低幅度仍能达到17.87%，对其偏向下游最大位移的降低幅度仍能达到13.29%。同时可以看出，扩大基础和垫座对拱冠梁顶偏向上游的降低幅度优于向下游。

由表3和图7可以看出，扩大基础和垫座使拱冠梁顶偏向上游的最大位移随地震动超载呈现增加倍数逐渐扩大的特点。但应该注意的是，与无扩大基础和垫座工况相比，在设计地震动作用下拱冠梁顶偏向上游的最大位移的初始降低幅度达到了31.58%，并且在拱冠梁顶处，不存在无扩大基础和垫座工况偏向上游的最大位移比增设扩大基础和垫座工况更小的情况。因此，这充分说明了扩大基础和垫座对坝体在地震动作用下的最大位移有明显的减弱效果。但这种减弱效果是有限度的，随着地震动逐级加载，其对位移变形的约束能力逐渐减弱，尤其是对偏向上游最大位移的约束能力减弱效果最为明显。

另外，通过对仅扩大基础工况与仅垫座工况的比较可以明显看出，该工程中扩大基础对拱坝地震动位移响应的减弱效果明显优于垫座。这主要是因为该工程中扩大基础所处位置为右岸610 m高程以下延伸至左岸720 m高程以下的坝体底部，跨度范围囊括了拱冠梁坝段在内的22个坝段，坝段体积占坝体总体积的74.6%；而垫座的位置仅为左岸780 m高程以上延伸至顶拱处，其中仅包含了左岸坝肩处不超过3个坝段的范围，坝段体积仅占坝体总体积的4.8%。相较而言，扩大基础对整个坝体的辐射效应更为广泛，因此其对拱坝地震动位移响应的减弱效果更优。

总体来看，在不同地震动超载情况下，各种工况坝顶位置和拱冠梁节点偏向上游和偏向下游的最大位移关系可以表示为：扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工况lt;无扩大基础和垫座工况。由此说明，分别增设扩大基础和垫座，都对坝体的地震动位移响应有明显的削弱作用，而且对该工程而言，扩大基础的减弱效果要明显优于垫座；当既有扩大基础又有垫座时，其效果更佳。

3" 扩大基础和垫座的横缝开度影响

在地震动作用下，坝体横缝可能会有不同程度的张开宽度［19］。提取设计地震动和逐级加载地震动时程的4种工况横缝最大开度，具体如图8所示。其中，坝体的30条横缝是从左岸至右岸方向依次编号，y轴正值表示横缝在上游面的开度值，负值表示下游面的开度值。

从图8可以看出：随着地震动逐级加载，坝体的横缝开度整体呈现增加的趋势；坝缝的上游面与下游面开度有一定的对称性，一般上游面开度较大的坝缝对应下游面开度也较大，并且从1.2倍超载地震动开始，拱冠梁左右各100 m范围内的横缝开度已经开始明显超过边缝开度，地震动超载倍数越高则此种现象愈加明显。在各级地震动作用下，左右坝肩附近1～3号、29～30号横缝的开度，基本呈现“无扩大基础和垫座工况lt;扩大基础和垫座工况”的关系。在设计地震动作用下，9～22号横缝的开度基本呈现出扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工况lt;无扩大基础和垫座工况的关系。在地震动逐级加载中，能够维持这种关系的横缝范围不断缩小，至2.0倍超载地震动时，其范围已经缩减为12～20号横缝。这说明扩大基础和垫座能够使坝体中部的横缝开度显著减小，但这是以增大边缝开度为代价的。值得注意的是，在逐级加载地震动作用下，左右坝肩附近横缝开度增加缓慢，而坝体中间部位横缝开度增加较快，这使得扩大基础和垫座对坝体横缝开度的减小效果更加凸显，并且使坝体的横缝张开度更加趋于均匀，有助于充分发挥止水片的密封效果。对该工程而言，扩大基础对拱冠梁附近横缝开度的减小效果明显优于垫座。

总体来看，扩大基础和垫座能够减弱超载地震动作用下坝体中间部位的横缝开度的增长速率，明显提高拱坝的地震动超载能力。虽然扩大基础和垫座会一定程度上使坝体边缝的开度显著增加，但在逐级加载地震动作用下，当坝体中间部位横缝开度明显超过其他部位时，扩大基础和垫座对减小坝体横缝开度发挥了较为显著的作用，说明扩大基础和垫座对拱坝抗震起到了积极效果。

需要特别说明的是，本文的横缝模拟未计及横缝的径向滑移，因此数值模拟结果可能与实际情况有所出入。在拱坝的地震动响应研究中，相比于径向位移，顺河向位移更被人们所关注，而且横缝开度值取自同一位置两个节点的相对位移，径向滑移对其影响几乎可以忽略，因此本文的数值模拟结果是相对可信的。另外，地震动作用下拱坝横缝张开是瞬时的。从数值模拟结果看，即使在2.0倍超载地震动作用下最大横缝张开也仅为0.1 m，键槽的存在使得坝段成为独立悬臂结构的可能性极小。

4" 扩大基础和垫座的坝体损伤影响

地震动作用下，坝体将产生一定程度的损伤，可以通过损伤体积比来衡量坝体的损伤程度。图9为各级地震动作用下4种工况的损伤体积比统计曲线。由图9可知，随着地震动逐级加载，坝体损伤体积比的增加速率不断加快。各损伤因子d的损伤体积比明显呈现出扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工

况lt;无扩大基础和垫座工况的关系，扩大基础对减小坝体损伤体积比的作用尤为明显。

在地震作用下，通常将坝体混凝土损伤因子小于0.4的情况定义为轻微损伤，而将损伤因子d超过0.7的情况定义为严重损伤［20］。鉴于大体积混凝土强度折减等因素的影响，此处采用折中的0.5作为衡量混凝土损伤程度的标准，认为损伤因子大于或等于0.5的损伤区域已经需要引起工程设计人员的足够重视。在各级地震动作用下，损伤体积比如表4所列。与无扩大基础和垫座工况相比，其他工况坝体损伤体积比减少程度如表5所列。由表5可知，随着地震动逐级加载，坝体损伤体积比不断增加，坝体损伤体积比增加速率呈现出“扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工况lt;无扩大基础和垫座工况”的关系；相同等级的地震动作用下，坝体损伤体积比呈现出“扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工况lt;无扩大基础和垫座工况”的关系。实际上，从图9可以看出，对不同损伤值，上述关系仍然是成立的。由此说明，扩大基础和垫座能够明显减小坝体损伤体积比，且扩大基础的减小效果优于垫座。

5" 结 论

对于地基条件复杂的高拱坝，在软弱地基处理中增设扩大基础和垫座，能够增强地基稳定性，对改善坝体受力状态是有利的。但是，增设扩大基础和垫座使拱坝的地震动响应变得更加复杂。本文以金沙江下游的白鹤滩混凝土双曲拱坝为研究对象，研究了扩大基础和垫座对其地震动响应的影响，主要得到以下结论：

（1） 扩大基础和垫座对减小坝顶和拱冠梁的位移响应是有利的，且扩大基础的效果明显优于垫座；当既有扩大基础又有垫座时，其效果更佳。但是，扩大基础和垫座对拱坝地震动位移响应的减弱效果是有限度的，随着地震动逐级加载，扩大基础和垫座对坝体位移变形的约束能力逐渐减弱。

（2） 增设扩大基础和垫座使拱坝左右两侧的体型更趋于对称，因此扩大基础和垫座使得坝顶最大位移大致呈左右对称分布的状态，尤其是扩大基础的效果相较于垫座更为显著。

（3） 扩大基础和垫座能够使坝体中部的横缝开度显著减小，但这是以增大边缝开度为代价的。在逐级加载地震动作用下，拱冠梁附近横缝开度呈现扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工况lt;无扩大基础和垫座工况的关系；但呈现此关系的拱冠梁附近横缝范围不断缩小，当坝体中间部位横缝开度明显超过其他部位时，扩大基础和垫座对减小坝体横缝开度发挥了较为显著的作用，明显提高了拱坝的地震动超载能力。在地震动逐级加载中，坝体的横缝张开度更加趋于均匀，有助于充分发挥止水片的密封效果。

（4） 在地震动作用下，坝体损伤体积比呈现出扩大基础和垫座工况lt;仅扩大基础工况lt;仅垫座工况lt;无扩大基础和垫座工况的关系，说明扩大基础和垫座能够明显减小坝体损伤体积比，提高坝体的抗震性能，且扩大基础的效果明显优于垫座。

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（编辑：郑 毅）

Influence of expanded foundation and cushion on ground motion response of high arch dams

LIU Xiaopeng1，ZHANG Tailei2，LIU Zhongqiu1，CHEN Jianyun3，WANG Mingming4

（1.College of Water Conservancy and Civil Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China； "2.Shandong High-speed Engineering Testing Co.，Ltd.，Ji′nan，251600，China；" 3.Faculty of Infrastructure Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China；" 4.Faculty of Electric Power Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China）

Abstract：

Most of the high arch dams in China are located in the southwest region where earthquakes occur frequently and the topographical and geological conditions are complex.Under earthquake action，the dam body is very prone to local cracking and even overall instability.Taking the Baihetan arch dam located in the lower reaches of Jinsha River as the research object，we discussed the influence of expanded foundation and cushion on the seismic responses such as maximum displacement of dam crest and crown cantilever，transverse joints′ opening，dam damage volume ratio.The results showed that expanded foundation and cushion made the shape of the arch dam more symmetrical，which was beneficial to reducing the displacement response of the dam crest and crown cantilever.At the cost of increasing the transverse joints′ opening on both sides，the transverse joints′ opening in the middle of the dam body was significantly reduced，and all of the transverse joints′ opening tended to be uniform，which was beneficial to give full play to the sealing effect of the waterstop；it can obviously reduce the damage volume ratio of the dam body.The effect of expanded foundation on reducing dam displacement and damage volume ratio is obviously better than the cushion.However，with the increase of ground motion intensity，the restraint capacity of expanded foundation and cushion to displacement response gradually weakens.This paper proves the effectiveness of expanded foundation and cushion in enhancing the seismic capacity of arch dams，which can provide useful reference for similar projects.

Key words：

earthquake action； arch dam； expanded foundation； cushion； seismic response； Baihetan arch dam