随着国家大力推进西部大发展,全国电网和能源格局的优化,占我国水电资源70%～80%的西部等地在能源开发中受到重视,成为我国水电建设和发展的重点地区。大量高达100多米、体薄的混凝土双曲拱坝工程已经建成。此外,西部地区位于亚欧板块地震带之上,也是全国地震最频繁的区域。所以,科学合理、准确地评价高拱坝的复杂环境中地震安全性能是十分关键的。本文以乌东德水电站—拱坝坝高270m的工程为研究目标,研究拱坝在地震作用下,与重力、水压、温度和泥沙压力等多种荷载耦合作用下的动力响应。本文的主要工作和结果如下:1、在对拱坝的受力特征、稳定性特征以及变形位移特征总结基础上,研究对拱坝的力学特征及力学行为,这为乌东德拱坝结构的抗震性能计算、自振计算和动力响应分析提供了理论依据。2、采用ANSYS有限元软件对乌东德拱坝进行了热-结构耦合静力分析,并采用温度升高、温度降低静力相结合的方法,对大坝的受力特性进行了研究。结果显示,温度载荷对拱坝的变形影响很大。同时,复杂静载荷的联合作用对坝顶结构的变形产生了很大的影响,并使坝体与基坑的接触面产生了应力集中。3、在正常水位条件下,建立了坝体泄洪的有限元模型,对正常蓄水位工况下坝体表中孔联合泄洪流态特征进行模拟,分析泄洪过程中表孔和中孔的流态与压力变化特征,得到表孔和中孔压力时程变化规律。4、利用模态分析法,以乌东德拱坝有限元模型为原型,先进行不同水位工况下的坝体自振特性研究,分析得正常蓄水位工况较空库工况条件下拱坝的基础频率振动减小了11.1%和死水位工况时较空库工况条件下拱坝的基础频率振动减小了9.9%。再利用时程分析法对正常蓄水位工况下复杂荷载耦合作用研究,分析应力和位移的动力时程结果。通过计算发现,大坝泄洪与地震等复杂工作条件的耦合作用下,坝体的受力和变形量都很大,其中正常蓄水位温度升高坝身泄水与地震耦合工况下,产生了最大的拉压应力。拱坝顶部拱顶的位移量较大,而中、低段的位移量相对较少;坝体地震应力的基本特征是:坝面应力较大,坝体应力较低。5、针对碾压混凝土拱坝与坝基通过垫层的相互作用机制,正常蓄水位温度升高工况来模拟混凝土垫层受力情况,对混凝土垫层应力特征研究,分析坝体与坝基之间混凝土垫层的应力特征及破坏机理。得到垫层结构应力在高度、厚度及宽度上的变化规律。