土石坝是我国坝工建设最常用的坝型,约占我国筑坝总数的90%以上。围绕西部大开发、南水北调等战略需求,在西南、西北地区正在或拟建一批高土石坝水电项目,这些土石坝大多位于地震高烈度区,其抗震安全研究具有重大的现实意义。目前土石坝抗震问题的研究落后于工程实践,地震动输入作为抗震研究的前提,其精度严重影响抗震预测的可靠度。由于实际遭受灾害的高土石坝较少,缺乏强震区高土石坝实际震害资料和地震反应记录,再加上大坝非线性动力本构模型及其求解方法的理论研究的尚未成熟,导致目前通过理论分析和数值模拟的土石坝的地震响应、地震损伤模式预测难度很大。难以理清高土石坝的地震破坏过程与机理,从而影响地震作用下高土石坝抗震安全性的评价可靠度,严重制约高土石坝建设的发展。针对以上土石坝抗震研究亟待解决的关键问题,本文着重就地震动输入对土石坝震动响应与变形规律的影响问题、紫坪铺大坝永久变形参数反演等方面开展了研究。其主要研究内容和结论如下:(1)随着筑坝高度的不断提高,长周期段反应谱值对高坝动力响应的影响越来越大,衰减系数γ决定了长周期段反应谱值的变化,采用现行规范规定的衰减系数取值,会造成动力响应结果的低估,针对衰减系数γ的取值问题,以美国开展的“下一代的地震衰减关系(NGA)”研究中Abrahamson-Silva2007衰减关系为参考依据,定量分析标准反应谱下降段衰减系数变化对高土石坝地震响应的影响,并探讨适合高土石坝的衰减系数取值。结果表明:对于高度超过200m土石坝,其规范化的标准反应谱下降段的衰减系数γ取0.7比规范规定的0.6更为合适。(2)目前常用的近场强地震动工程预测方法有格林函数方法和随机断层法,随机有限断层法克服了格林函数方法受小震记录约束的限制,扩大了近场地震动估计的范围。随机有限断层法的重点在于震源谱模型的确定和子源参数的确定,本文在震源谱模型中添加拐角频率影响因子,解决了大小震拐角频率不同造成的预测结果与实测结果在高频拟合较好,低频拟合不好的问题。应用改进后的有限断层法,考虑大震的面源特性,预测了汶川地震的地震动时程,通过与实测地震动时程的对比效验了改进方法和确定的子源参数的可靠度。(3)根据岩土力学参数反演的特点,提出采用人工蜂群算法优化BP神经网络永久变形反演模型的方法,解决了BP网络模型收敛速度慢且易陷入局部极小值的缺点提高了预测的精度和网络的收敛速度。利用汶川地震中紫坪铺面板堆石坝的震后观测数据对优化过的模型进行验证,并与采用遗传算法优化的模型训练和预测效果对比,结果表明:采用人工蜂群算法优化的BP神经网络永久变形反演模型适用于永久变形参数的反演,并优于遗传算法优化的模型,可推广到同类工程。(4)结合汶川地震紫坪铺大坝的震害情况,采用改进的随机有限断层法合成的汶川地震中紫坪铺大坝坝址处地震动输入加速度时程,建立大坝-坝基-库水地震响应分析模型,分析震后大坝坝体变形、面板变形错台的原因,建议了改善面板应力的综合抗震对策,对于防止面板堆石坝工程遭遇极端地震时的灾变,具有重要的理论和现实意义。