计算大坝在地震振动下的动力响应及特征值是研究重力坝抗震性能的主要工作。在分析重力坝振动特性时,基于大坝的地震监测数据,采用有输入和无输入两种模态识别法对大型水工建筑物进行识别并与有限元计算结果进行对比研究,具有重要的研究价值。模态识别的是结构的特征频率、阻尼比和振型,是结构的重要特征参数,反映了结构的固有特性。同时在有限元分析中,由于模型地基边界条件的干扰,常规有限元模型分析时存在受坝体弹性模量、地基范围等参数的影响。因此,以基于地震记录识别的重力坝模态参数为依据,建立相应特征值的库水-坝体-地基有限元模型,对不同有限元模型对特征值的影响进行分析,并与模态识别结果进行核对有重要意义。本文的主要工作及结论如下:(1)大量查阅国内外相关文献,对当下广泛运用于土木、机械工程领域,针对小型结构的模态识别法进行研究。接着结合实际工程环境特点,对大型结构在环境激励下的模式识别较为成熟的几种方法进行分析。此外,阐述了结构模态识别的发展过程及模态识别在水工建筑物上的应用,并指出模态识别在分析大型结构特性上还存在的问题。同时,对大型水工建筑物混凝土重力坝的模态识别进行研究及特征值的分析。(2)详细地介绍了研究重力坝动力特性的基础理论,以及频域、时域和时频域三类模态识别法和各方法存在的优缺点。推导了不同激励下频响函数、脉冲响应函数及功率谱的定义及其相互间的转换关系;各自由度系统下粘性阻尼和比例阻尼的性质及动力方程解耦的原理和方法;自相关函数、互相关函数还有白噪声的定义。(3)系统讨论随机减量及NExT这两种识别的预处理法,引进了基于加速信号的随机减量法的改进法,重点研究了基于激励与响应信号的ARMA法和基于加速度响应信号的ITD法,分别分析这两种模态参数识别方法在识别过程中各自的优缺点。(4)提出了两种模态参数识别联合算法的新思路,即随机减量-AR MA法和NExT-ITD法,详细陈述其识别的原理及过程,并通过对两自由度算例的计算,得出这两种方法对模型频率、振型识别结果的正确性、可靠性,对阻尼比识别的相对准确。(5)根据水口混凝土重力坝的实测地震监测数据,选取典型19th坝段为研究目标,利用频谱分析、随机减量-ARMA法、NExT-ITD法识别大坝的模态参数。建立具有相应特征值的重力坝三维有限元模型,研究其在实测地震记录下的振动特性及该模型所识别出的模态参数,并与上述模态识别方法的结果进行比较研究,说明了两种识别法在实际工程运用中的可行性,也证明了该模型能反映地震动下大坝的动力特性。