云南省存在的水资源分布极不均匀问题，导致人们生产生活和区域发展受到极大限制。为解决上述问题，需修建工程管线长、输水能力强、安全可靠性高的水利基础设施。当前在建的滇中引水工程，便是此类基础设施的一个典型实例^[1]。

滇中引水工程是国家172项节水供水重大水利工程中的标志性工程，建成后可有效缓解云南滇中地区水资源短缺问题，保障云南滇中地区经济社会可持续发展^[2]。滇中引水工程具有工程规模大、隧洞线路长和地质条件复杂等特点^[3]，其工程规模和技术难度均居世界前列，工程建设任重而道远^[4]。

渡槽是输送水流跨越河流、山谷等特殊地形障碍的重要架空结构，是滇中引水工程中重要的输水结构之一，主要由槽身、支座、下部支撑结构及基础等组成。滇中引水工程中共设置渡槽17座，渡槽总长约为3.7 km，占输水线路总长的0.56%。滇中引水工程渡槽具有以下特点：1) 输水量大。大理段、楚雄段、昆明段的设计流量为80~135 m³/s，水流量大，渡槽承受的荷载就大。2) 地震烈度高。该工程处于高海拔的山区，全线渡槽基岩场地50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.15g~0.3g，同时渡槽结构沿线断层较为发育，工程场区临近断层带，受近断层地震动震源影响较大。3) 地形复杂。渡槽穿越V形河谷，受复杂地形的影响较为明显。4) 渡槽槽墩高。滇中引水工程中松林渡槽槽墩最大高度为26.75 m，“头重脚轻”特点明显，地震下的惯性力较大。上述特点均对渡槽结构提出了更高的设计要求。

针对滇中引水工程渡槽的结构安全问题，学者们已开展大量研究工作，研究内容涵盖槽身结构设计及优化、水-槽相互作用、土-结相互作用、复杂地形条件、渡槽抗震及减隔震性能等多个方面。本文归纳分析了学者们针对滇中引水工程渡槽结构开展的研究工作，总结渡槽结构建设面临的系列难题、解决问题途径、相关研究进展和研究成果等，并结合现有文献资料概括渡槽结构的研究热点和发展动态，以期为类似工程建设提供参考。

1 槽身结构设计及优化

渡槽槽身一般为预应力薄壁混凝土结构，由钢筋、预应力钢绞束、混凝土薄壁、肋板等组成。为保证渡槽工程的输水功能持续性，严格要求槽身在全寿命周期不得发生开裂现象，因而对槽身结构的设计和施工提出更高要求。解凌飞等^[5]针对施工期间渡槽内侧表面易产生裂缝的问题进行了有限元分析，结果表明：由于施工期间渡槽混凝土内外温差较大、降温较快或间歇性强约束导致表面开裂，并提出合理的温控防裂措施，为渡槽的设计和施工提供参考。尚洪彬等^[6]通过有限元分析研究了温度梯度对渡槽应力分布的影响，结果表明：较大的竖向和横向温度梯度均会产生明显的温度应力，在进行渡槽设计时应予以考虑。

预应力钢绞束的布置方式对槽身防裂性能具有重要影响，不合理的布置方式和张拉顺序会导致槽身更易发生开裂现象。为解决上述问题，居浩等^[7]针对U形渡槽环向预应力钢绞束的布置方式和布置间距进行了数值模拟优化研究，其环向预应力钢绞束布置在U形渡槽壁厚中部时，内壁呈现整体受压状态，更有利于提升槽身的抗裂性能，而预应力钢绞束的纵向布置间距对槽身的防裂性能影响较小。袁坤等^[8]研究了不同纵向预应力钢绞束张拉顺序对槽身防裂性能的影响，确定了张拉顺序的计算方法，并提出相应的评价准则。翟利军等^[9]对渡槽的纵向、环向预应力钢绞束的布置方式进行了有限元参数分析，确定了合理的钢绞束布置方式，保证渡槽的抗裂性能和变形性能满足规范要求。此外，槽身在使用过程中钢绞束预应力的状态对其抗裂性能影响明显，并且预应力损失也会加剧槽身的开裂风险。李海枫等^[10]针对渡槽预应力钢绞束的工作状态，提出了预应力测值异化成因分析方法，通过对检测数据的回归分析和数值分析确定预应力异化的主要原因，为槽身的设计和正常工作提供借鉴，以确保槽身在使用过程中的刚度及抗裂性能。

部分学者对槽身结构进行了优化设计^[11-13]，主要优化对象为槽身的几何尺寸，以提高渡槽结构的设计效率，提升渡槽的使用性能。如张建华等^[14]开发了参数化建模程序，实现渡槽的自动化三维建模、算法程序优化计算及有限元分析计算，并以混凝土用量最低为优化目标，快速实现渡槽尺寸的参数优化，且优化后的结构具有较明显的经济效益。

上述在渡槽槽身结构设计及优化方面的研究，为提升渡槽的抗裂和防渗能力提供了有力支撑，为保证渡槽全生命周期内的正常输水提供了有力保障，同时也有效提升了槽身的设计效率及经济效益。未来，随着社会的持续发展和进步，人们对输水量需求将进一步增加，渡槽跨度将进一步增大，发展大断面、大跨度渡槽势在必行，针对此类型槽身结构设计和优化方面的研究具有广阔的发展空间。

2 水-槽相互作用 2.1 水-槽相互作用计算

在地震作用下：地面加速度通过渡槽结构传递至槽身，引起槽身振动，槽身振动进一步引起槽内水体晃动，并改变水体的动水压力幅值和分布；同时，水体晃动也会反作用于槽身和渡槽结构，对其自振特性和地震响应造成影响，该问题为复杂的流固耦合动力学问题。假设水体为无旋、无黏、不可压缩流体，其水体运动可由Laplace方程表示^[15]，表示如下：

$ \frac{\partial^2 \phi}{\partial x^2}+\frac{\partial^2 \phi}{\partial z^2}=0. $

(1)

其中：ϕ为速度势函数；x、z为自变量。

不过上述方程不易求解，为描述上述复杂水体晃动问题，学者们相继提出了多个等效的数学模型，如Westergaard附加质量模型^[16]、Housner等效弹簧-质量模型^[17]、Li晃动等效模型^[18]等。其中，Housner等效弹簧-质量模型依据水体晃动对槽壁的作用力和弯矩建立平衡方程，将水体的冲击压力和对流压力分别等效为固定质量和系列弹簧-质量的组合系统。由于该系统表达简洁、物理现象直观，因此发展较快。在此基础上，学者们进一步采用数值计算等方式提出槽内晃动等效简化模型^[19]，通过非线性曲线拟合的方式得到简化表达式^[20-22]，提出不同截面形式槽身水体晃动作用的计算公式，并通过实际工程试验验证了上述公式的有效性。

上述研究成果为渡槽的抗震设计奠定了基础，其简化等效弹簧-质量模型被写入《水工建筑物抗震设计标准》^[23]，不同渡槽形式的动水压力计算模型如图 1所示，将槽内水体动水压力分为冲击压力和对流压力2部分。在横槽向地震下，动水压力可等效为沿高程分布的水平向附加质量，槽壁上的质量大小按式(2)计算。对于槽底的冲击压力：当H/l≤1.5时，按式(3)计算；当H/l＞1.5时，按线性分布计算。

$ m_{\mathrm{wh}}(z)=\left\{\begin{array}{l} \frac{M}{2 l}\left[\frac{z}{H}+\frac{1}{2}\left(\frac{z}{H}\right)^2\right] \sqrt{3} \tanh \left(\sqrt{3} \frac{l}{H}\right), \\ \frac{H}{l} \leqslant 1.5; \\ \frac{M}{2 H}, \quad \frac{H}{l}>1.5, \end{array}\right. $

(2)

$ p_{\mathrm{bh}}(x, t)=\frac{M}{2 l} a_{\mathrm{wh}}(t) \frac{\sqrt{3}}{2} \frac{\sinh \left(\sqrt{3} \frac{x}{H}\right)}{\cosh \left(\sqrt{3} \frac{l}{H}\right)} . $

(3)

其中：m_wh(z)为槽壁z处的质量；M为顺槽向单位长度的水体总质量；H为槽内水深；l为槽内1/2宽度；p_bh(x, t)为t时刻距槽底中心x处的冲击压力；a_wh(t)为t时刻截面槽底中心处的水平加速度响应。

在横槽向地震下，对流压力可考虑为等效弹簧-质量体系，等效质量M₁、等效弹簧刚度K₁、高度h₁，对于矩形渡槽按式(4)—(6)计算，对于U形渡槽按式(7)—(9)计算。

$ M_1=2 \rho_{\mathrm{w}} H l\left[\frac{1}{3} \sqrt{\frac{5}{2}} \frac{l}{H} \tanh \left(\sqrt{\frac{5}{2}} \frac{H}{l}\right)\right], $

(4)

$ K_1=M_1 \frac{g}{l} \sqrt{\frac{5}{2}} \tanh \left(\sqrt{\frac{5}{2}} \frac{H}{l}\right), $

(5)

$ h_1=H\left[1-\frac{\cosh \left(\sqrt{\frac{5}{2}} \frac{H}{l}\right)-2}{\sqrt{\frac{5}{2}} \frac{H}{l} \sinh \left(\sqrt{\frac{5}{2}} \frac{H}{l}\right)}\right] . $

(6)

其中：ρ_w为槽内水体质量密度；g为重力加速度。

$ M_1=M\left\{0.571-\frac{1.276}{\left(1+\frac{h}{R}\right)^{0.627}}\left[\tanh \left(0.331 \frac{h}{R}\right)^{0.932}\right]\right\} \text {, } $

(7)

$ K_1=M_1 \omega_1^2, $

(8)

$ h_1=H\left\{1-\left(\frac{h}{R}\right)^{0.664}\left[\frac{0.394+0.097 \sinh \left(1.534 \frac{h}{R}\right)}{\cosh \left(1.534 \frac{h}{R}\right)}\right]\right\} . $

(9)

其中：R为U形渡槽圆弧段内半径；ω₁为第1阶振型的圆频率。

在竖向地震下，只计冲击水压力的作用。对于槽底考虑为均匀分布的竖向附加质量，按式(10)计算。对于槽壁考虑为沿高程分布的水平压力，按式(11)计算。

$ m_{\mathrm{wv}}=0.4 \frac{M}{l}, $

(10)

$ p_{\mathrm{wv}}(z, t)=0.4 \frac{M}{l} a_{\mathrm{wv}}(t) \cos \left(\frac{{\rm{ \mathsf{ π} }}}{2} \cdot \frac{H+z}{H}\right) . $

(11)

其中：m_wv为竖向附加质量；p_wv(z, t)为t时刻槽壁z处的水平压力；a_wv(t)为截面槽底中心处竖向加速度响应。

2.2 水-槽相互作用机理

针对水-槽相互作用机理问题，近年来，部分学者进一步开展了缩尺模型试验及数值模拟研究。王海波等^[24-25]进行了缩尺比为1∶10的渡槽模型振动台试验，如图 2所示。确定了水体晃动的自振特性和阻尼比，并定量给出水体对流作用的等效质量及作用位置。试验结果表明槽身自振频率与水体晃动频率相差较大，在中、近场地震作用下，水体对流作用对槽体响应的影响有限；而在远场地震作用下，水体对流作用是影响槽体响应的主要因素。

清华大学土木工程系针对水-槽相互作用开展了数值模拟研究，借助有限元分析软件ABAQUS建立等效弹簧-质量模型及Eulerian-Lagrangian耦合分析模型，通过恒定加速度和正弦加速工况下的研究表明二者对槽体内力响应影响不大，并进一步进行了振动台模型试验，如图 3所示，试验结果与数值模拟结果吻合，验证了2类分析模型的有效性^[26]。

梁桓玮等^[27]依托滇中引水工程松林渡槽建立了精细化有限元模型，通过耦合Eulerian-Lagrangian和《水工建筑物抗震设计标准》中的等效弹簧-质量模型2种方式模拟水-槽相互作用，分析了2种模拟方式对渡槽结构响应的差异，发现强震下水体可能存在多峰形态并出现碎波现象，打破了水体无旋和小幅晃动的假设，进一步分析提出了等效弹簧-质量模型的适用范围。张年煜等^[28]建立了渡槽水体的流固耦合有限元模型，通过数值模拟研究表明：流固耦合动力作用强度主要与水体晃动频率及槽身自振频率相关，当激励频率接近这2种频率时，流固耦合动力作用十分明显，而当激励频率为水体晃动频率的2倍时，水体主要表现为整体的惯性运动。房忠洁等^[29]研究了带隔板渡槽水体的晃动特性，将流体划分为若干子域，并求得相应的振型函数，依据边界条件和表面波方程，求得水体的振型函数和晃动频率。

此外，现有工程中发现渡槽内易出现水体异常波动问题，部分学者为解决上述问题开展了模型试验及数值模拟研究。屈志刚等^[30]和王才欢等^[31]通过数值模拟分析揭示了渡槽内水体异常波动的原因是：渡槽出口出现Karman涡街现象，同时出口两侧水流相互激励产生共振，从而放大了水体波动的幅值，并结合实际工程提出合理的解决方案。此外，卢明龙等^[32]通过数值模拟研究了槽身长度对水体波动幅值的影响规律。蒋莉等^[33]研究了不同输水量对Karman涡街局部阻水的影响，结果表明：流量越大，水流越紊乱，当水流量高于200 m³/s时，应采取相应的消波措施。

2.3 TLD减震控制

调谐液体阻尼器(tuned liquid damper，TLD)是一种典型的被动减震控制装置^[34]，在超高层结构的抗风和抗震中具有良好的减震控制效果。原理是将该装置固定在超高层结构上，在风荷载或地震作用下超高层结构振动带动装置晃动，并利用装置内水体的晃动，在装置两侧产生动压力差来提供减震力，从而实现超高层结构的减震控制。

一些学者认为TLD减震原理与渡槽槽内水体的晃动有相似之处，可利用槽内水体晃动减轻渡槽结构的地震响应，以实现减震效果。为探究渡槽水体的TLD减震控制机理，许多学者开展了多项研究工作。张多新等^[35]采用变分原理建立了流固耦合渡槽模型，通过动力分析表明：槽内水体存在TLD效应，即槽内水体会耗散部分地震能量，不过随着水体高度的增加，槽内水体的地震能量耗散作用减弱。徐家云等^[36]分析表明：槽内水体具有TLD减震效果，沿纵槽向设置隔板会使其减震效果更加明显；在过水断面相同的前提下，当水体宽度为高度的2倍时，渡槽具有最佳的减震效果。黄研昕等^[37]通过振动台模型试验研究了强震下槽内水体的TLD效应，试验表明：槽内水体晃动和水波破碎对渡槽横向地震响应起到一定的TLD作用；同时当水体晃动频率与槽体自振频率接近时，TLD减震效果最为明显。段秋华等^[38]通过有限元分析表明：槽内水体的晃动特性与地震动的频谱特性密切相关，当地震动的主频范围囊括槽身自振频率，且槽内水体晃动频率与槽身自振频率一致时，晃动水体能起到TLD减震作用。黄邦辉等^[39]提出了适用于大型渡槽的导水屏障，晃动水体穿过导水屏障的预留孔洞时，改变晃动特征，从而减小渡槽结构的地震响应；并进一步通过振动台模型试验研究表明，导水屏障具有良好的减震效果。

但是也有学者认为，在通常情况下，槽内水体晃动对渡槽地震响应是不利的，不具备TLD减震作用。李遇春等^[40]认为通常槽内水体体量较大，只有少部分水体(晃动质量)参与晃动，多数水体(固定质量)不参与晃动，因此，总体上槽内水体不具备TLD减震作用；并通过有限元分析表明，当外荷载卓越频率与渡槽结构前2阶自振频率接近时，水体会加剧渡槽结构的地震响应。

目前，学者们在水-槽相互作用机理和计算方法研究方面已取得丰富的研究成果，提出了多个等效模型，可有效考虑地震下晃动水体与渡槽的相互作用。上述研究成果为滇中引水工程渡槽的设计和抗震分析提供了有力支撑。不过有些学者研究发现：强震下水体剧烈晃动可能存在多峰形态和碎波现象，这打破了水体无旋和小幅晃动的假设，水-槽相互作用计算等效模型的有效性有待进一步验证。发展新的可有效考虑上述现象的计算方法和计算模型成为未来重要的发展方向，对更新渡槽抗震设计、完善渡槽抗震体系有重要作用。此外，槽内水体是否具有TLD减震效应还尚无定论。实际上，水体晃动特性、渡槽自振特性及地震动特性构成一个相当复杂的系统。大体量水体会明显改变渡槽的自振特性，渡槽自振特性的变化也会影响水体晃动特性，而水体晃动及渡槽结构地震响应又与地震动特性密切相关，上述复杂系统决定了槽内水体TLD效应能否正常发挥。厘清TLD减震控制机理是未来重要的发展方向，具有潜在机遇，如何利用槽内水体晃动降低渡槽地震响应，对优化渡槽结构抗震设计具有重大意义。

3 土-结相互作用

在滇中引水工程中，渡槽结构放置在刚性承台上，而承台下通常布置有桩基础。因此地震作用下槽墩的边界应是弹性边界，而非固定边界。现有许多研究成果表明：渡槽结构的动力响应及地震响应在考虑/不考虑土-结相互作用时存在较为明显的差异^[41-44]。由于滇中引水工程渡槽结构的设防烈度较高，并且渡槽多用于跨越河谷，其不同基础所在土体性质可能存在一定差异，因此在进行渡槽结构抗震计算时，考虑土-结相互作用是十分必要的。

在渡槽结构抗震分析中，对于采用桩基础的渡槽结构，常采用等效弹簧模拟土-结相互作用。该方法中，将土体视为弹性介质，对桩基础施以水平抗力，水平抗力系数采用Matlock法进行计算，抗力系数随桩基深度呈线性增加。针对Matlock法的研究成果较为丰富，土-结相互作用模拟方法已被写入中国《建筑桩基技术规范》^[45]和《公路桥梁抗震设计规范》^[46]。依据《水工建筑物抗震设计标准》的规定：若渡槽采用桩基础，进行渡槽的抗震分析时也需沿用上述方法考虑土-结相互作用。潘鹏等^[26]建立了滇中引水工程松林渡槽有限元模型，采用Matlock法分析考虑/不考虑桩土-结相互作用对渡槽结构自振特性和地震响应的影响，结果表明：考虑桩土-结相互作用后，渡槽结构的自振周期延长，同时第3阶模态改变，如图 4所示，渡槽结构的弯矩地震响应变化不大，但槽墩和支座的变形量增加^[26]。

部分学者在进行渡槽动力特性和地震响应分析时，采用三维实体单元模拟土-结相互作用，以获得更真实的渡槽结构响应。张多新等^[47]以滇中引水工程中某渡槽为对象，采用三维实体单元建立了考虑土-结相互作用的有限元模型，研究高地震烈度区渡槽的横向错动规律，结果表明：渡槽端部的错动位移较跨中处更大，并阐释了其机理；当采用高阻尼橡胶支座时，槽身的横向位移增大，但错动变形不大，不会加剧止水的破坏。应磊等^[48]研究考虑土-结相互作用对渡槽动力特性及地震响应的影响，结果表明：土-结相互作用对水体晃动特性的影响不大，对槽身自振频率的影响较为明显，且土-结相互作用的影响并不是单调变化的。杨潇然等^[49]利用子结构方法建立了土体-渡槽-水体耦合系统运动方程，采用数值积分方法得到整个系统的动力响应，并进一步研究了剪切波速、渡槽尺寸、水体流量等参数对耦合系统的地震响应规律。文[50-52]还对比研究了采用黏弹性边界和无限远边界下，渡槽结构的地震破坏机理。

目前，对于渡槽土-结相互作用的研究大多聚焦于借助现有规范和文献资料考虑该作用，通过有限元模型分析探究其对渡槽结构抗震性能的影响^[53-54]，在渡槽抗震分析效率和分析精度方面均有很大提高。现有研究针对滇中引水工程中的多个渡槽结构，建立相应的考虑土-结相互作用的精细化有限元模型，并进行相应的动力分析，不过还暂无文献通过模型试验验证该方法在渡槽抗震性能上的可靠性。由于渡槽结构的特殊性，因此地震作用下土-结相互作用和水-槽相互作用的耦合机理有待进一步研究。同时，由于多种极端事件频发，多灾害链日益凸显，渡槽、地震、河流等耦合作用研究也是未来的发展方向，多物理场耦合分析技术具有很大的发展潜力。

4 复杂地形条件

滇中引水工程中的多个渡槽需跨越V形河谷等特殊地形，这种典型局部不规则地形对地震动传播具有一定的放大效应，将进一步影响渡槽地震响应，而这种影响不能被忽视。因此，如何有效考虑复杂地形条件的影响是渡槽结构设计的难点之一。

为考虑V形河谷等复杂地形对渡槽结构设计的影响，部分学者借鉴倒虹吸结构抗震设计方面的经验，将考虑河谷地形效应的地震动作为输入，进行渡槽结构的抗震分析设计，其计算模型如图 5所示^[55]。依据Zhang等^[56]提出的V形河谷对入射SH波的理论解答，区域1和2质点位移满足运动控制式(12)。

$ \frac{\partial^2 u_j}{\partial r_j^2}+\frac{1}{r_j} \frac{\partial u_j}{\partial r_j}+\frac{1}{r_j^2} \frac{\partial^2 u_j}{\partial \theta_j^2}+k^2 u_j=0. $

(12)

其中：u_j为区域j质点位移，j取值为1或2；(r_j，θ_j)为区域j质点整体极坐标；k为剪切波数。

波场还应满足河谷表面和水平地表的应力自由边界条件，表示如下：

$ \tau_{\theta z}^{(1)}=\frac{\mu}{r} \frac{\partial u_1}{\partial \theta}=0, \quad(\theta= \pm \beta, r \leqslant a) ; $

(13)

$ \tau_{\theta_1 z_1}^{(2)}=\frac{\mu}{r_1} \frac{\partial u_2}{\partial \theta_1}=0, \quad\left(\theta_1= \pm \frac{{\rm{ \mathsf{ π} }}}{2}, r_1 \geqslant b\right) . $

(14)

其中：(r，θ)为局部极坐标；τ_θz为剪切应力；μ为剪切模量；β为y轴正向与河谷表面的角度；a为河谷斜坡长度；b为河谷的1/2宽度。

同时，区域1和2之间的位移和应力连续，即满足式(15)和(16)。

$ u_1(r, \theta)=u_2(r, \theta), \quad(r=a, -\beta \leqslant \theta \leqslant \beta) ; $

(15)

$ \tau_{r z}^{(1)}(r, \theta)=\tau_{r z}^{(2)}(r, \theta), \quad(r=a, -\beta \leqslant \theta \leqslant \beta) . $

(16)

首先，利用式(12)—(16)可得到区域1和2的波场，并进一步得到区域1的放大因子和频域传递函数。其次，对入射地震波进行Fourier变换，将得到的Fourier谱与频率传递函数相乘得到响应Fourier谱。最后，通过Fourier逆变换得到考虑V形河谷地形效应的地震动^[57]。

基于上述研究，潘鹏等^[26]进一步探究了V形河谷效应地震动对滇中引水工程松林梁式渡槽和鲁支河拱式渡槽的影响。研究发现：V形河谷效应对梁式渡槽的槽墩变形及弯矩响应影响由大到小依次为水平输入、斜向/一致输入、垂直输入；在考虑V形河谷效应后，槽身横槽向相对位移及支座顺槽向变形受输入地震动作用方式的影响较大，设计时需重点关注；V形河谷效应对拱式渡槽具有与梁式渡槽相似的地震响应规律。

5 渡槽抗震及减隔震性能

滇中引水工程全线抗震设防烈度为7~8度，其中8度区线路占总线路长度的比例为77%，抗震设防烈度高，且部分渡槽临近地震断裂带，渡槽受到地震的严重威胁。同时，滇中引水工程中渡槽的输水体量大、水-槽相互作用更加明显；槽墩高、“头重脚轻”特点更为显著。上述因素显著加剧了地震下的槽墩弯矩响应及止水位移响应，易导致槽墩损伤加剧和止水失效，为渡槽结构的抗震设计带来更大挑战。因此，进一步开展渡槽结构的抗震性能和减隔震性能研究，对保证地震作用下的渡槽结构安全和输水功能持续意义重大。

邓开来等^[58]建立了考虑止水破坏和水体外溢的渡槽有限元模型，通过动力时程分析表明：在设计地震强度下渡槽结构不会发生明显损伤，但止水可能失效，从而导致引水功能中断；引入阻尼器可有效控制槽段间的变形，进而降低止水失效风险，但在更高强度的地震作用下，止水依然会被破坏。张社荣等^[59]针对滇中引水工程中的渡槽建立数值模型，研究了不同持续时间的余震对震损渡槽的动力响应影响，结果表明：余震持时增加会造成更加严重的累计损伤，建议在进行渡槽结构抗震设计时，应考虑余震频谱、幅值及持时特性。韩璇等^[60]通过数值模拟分析了拱式渡槽的抗震性能，结果表明：在地震作用下渡槽拱圈承载能力满足设计规范要求，拱上排架根部顺槽向弯矩和剪力较大，设计时应予以加强。黄亮等^[61]通过数值模拟研究了碰撞效应对渡槽地震响应的影响，结果表明：碰撞效应会显著增大止水的内力反应、加剧止水结构的破坏，采用铅芯橡胶支座后能有效抑制碰撞作用，使碰撞力显著降低。杨梦薇等^[62]通过有限元分析研究了渡槽水体在地震作用下的响应特征，渡槽壁水面处受到的水体竖向作用最大，为渡槽底部的10倍以上，随着水流量的增加，水体对渡槽壁的作用力降低，对渡槽结构进行抗震设计时，应充分考虑自由液面处的槽壁强度。张文学等^[63]以流固耦合动力学为基础，结合反应谱理论，推导了考虑流固耦合作用下渡槽横向地震响应的简化公式，从而可快速得到渡槽墩底弯矩、墩底剪力及墩顶位移等反应。

在渡槽减隔震性能研究方面，采用减隔震技术后，渡槽结构具有2方面的优势：1) 延长渡槽结构基本周期，使地震反应谱曲线中的动力放大系数降低，从而减小渡槽结构的地震内力响应；2) 增加渡槽结构的等效阻尼比，减隔震装置耗散的地震能量增加，从而降低渡槽结构的位移和内力响应。常见的减隔震支座有铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座。

韩钟骐等^[64]以滇中引水工程大跨梁式渡槽为对象建立有限元数值模型，分析了不同支座类型对渡槽地震响应的影响，结果表明：采用铅芯橡胶支座和摩擦摆支座墩底最大弯矩反应，较采用盆式支座降低约24%；渡槽水位的改变会造成渡槽结构质量的改变，采用铅芯橡胶支座渡槽结构的自振周期也会发生改变，而采用摩擦摆支座渡槽结构的自振周期仅与支座半径有关，与支座上部的质量无关，因而更适用于渡槽结构。何俊荣等^[65]针对滇中引水工程积福村输水梁式渡槽的减隔震性能开展研究，通过有限元分析探究了不同摩擦摆曲率半径和摩擦系数对渡槽结构内力和变形的影响，分析表明: 当曲率半径为3~10 m时，墩底横向弯矩随摩擦系数增大呈先减小后增大的趋势，摩擦系数拐点为0.06~0.08。王俊等^[66]通过有限元分析研究了摩擦摆支座对渡槽地震响应的影响，分析表明：采用隔震支座可有效延长渡槽结构的自振周期，减轻槽身、墩柱和桩基的地震响应，横向隔震率为69%~85%，墩顶位移减小30%~50%。张多新等^[67]对渡槽的地震响应进行了数值模拟研究，分析了高阻尼橡胶支座的减隔震效果和减隔震机理，结果表明：采用高阻尼橡胶支座延长了渡槽结构基本周期、增大了体系阻尼、降低了渡槽结构的地震响应，但支座的变形量有所增加，建议在槽身和挡块之间预留合理的间距。清华大学土木工程系建立了滇中引水工程鲁支河拱式渡槽有限元模型(见图 6)^[26]，研究渡槽的抗震及减隔震性能，分析表明：采用盆式橡胶支座，排架的弯矩响应较大，系梁更易发生屈服；采用摩擦摆支座，排架弯矩反应显著降低，系梁不发生屈服，但边跨槽身与闸口的纵横向相对变形明显，易导致止水失效。因此，提出“摩擦摆支座+ 黏滞阻尼器”的协同方案，用摩擦摆支座降低排架地震内力响应，同时采用黏滞阻尼器降低槽身的地震位移响应，最终实现渡槽结构内力和变形的双重控制，提升渡槽的减隔震效果和输水安全性。

部分学者针对渡槽结构提出新型的减隔震支座，并分析了新型支座的应用效果。如徐瑞祥等^[68-69]提出一种适用于高架渡槽的自复位减隔震支座，如图 7所示，并通过水平力恢复试验和振动台模型试验验证了该支座具有良好稳定的减隔震性能，采用该支座后可有效降低槽墩底部的弯矩反应，同时减小渡槽结构的残余位移。丁晓唐等^[70]将双曲面球型减隔震支座应用于渡槽结构，提出详细的支座设计流程，并采用有限元法对采用不同减隔震支座的渡槽结构进行了地震响应分析，分析结果表明：相较于铅心橡胶支座和高阻尼橡胶支座，采用双曲面球形支座耗能更大，自复位能力更强。

滇中引水工程建立了多个渡槽的减隔震精细化有限元分析模型，分析各类减隔震支座的减隔震效果，并通过参数分析优化了支座的设计参数，为类似工程设计提供了有益参考。研究表明：采用不同减隔震技术(如铅心橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座等)，均可有效降低槽墩等关键构件的地震内力响应，提升渡槽在地震下的结构安全性。但是现有研究多以传统减隔震支座对渡槽结构产生的减震效果为主。未来随着输水体量需求的进一步增加、渡槽结构跨度的进一步增大，需要吨位更大、变形能力更强的新型减隔震支座和减隔震装置，这对新型关键装置的研发提出更高要求。同时，在新型减隔震装置中运用主动或半主动控制技术，有利于提高渡槽在地震下的损伤控制能力，也展现出巨大的发展潜力，这一技术路线是未来的重要发展方向。

6 结论

滇中引水工程是中国在建的规模最为宏大、技术难度最高的引水工程之一，工程建设面临高地震烈度、复杂地质条件等众多技术难题。为解决上述工程建设难题，学者们开展了一系列研究工作，取得丰富的创新成果，主要包括：针对渡槽结构开展水-槽相互作用机理研究，提出等效弹簧-质量模型的适用范围；探明V形河谷等地形差异对渡槽结构抗震性能的影响规律；提出合理的减隔震装置和体系，以有效减轻渡槽的内力和变形地震响应等。进一步结合现有文献资料归纳未来的研究热点，具体如下：

1) 渡槽结构设置止水以适应温度变形，并保障输水功能持续。渡槽在高地震烈度区和复杂地形条件下的变形更为复杂，对止水性能提出更高要求。结合新材料、新构造研发新型止水，保证有效适应地震变形，并保持防漏水等功能，对渡槽输水安全具有重要意义。

2) 经过多年的发展，水-槽相互作用机理研究已取得丰富的研究成果，不过，如何利用槽内水体晃动减轻渡槽的地震响应，以实现调谐液体阻尼器效果是未来的研究重点和难点，这对于渡槽结构设计和保障地震下的结构安全具有积极意义。

3) 依据渡槽结构特点，提出适用于渡槽的新型减隔震装置并形成相应的减隔震体系，以有效降低结构地震响应是未来的研究热点之一。其中，在减隔震装置中引入主动或半主动控制技术是新的重要发展方向。