特征值(固有频率)和特征向量(振型)统称特征值问题,反映了结构的固有特性,是结构动力特性的主要参数,也是振型叠加法计算大坝动力响应的关键,还是验证有限元模型是否合理的重要依据。由于实测地震记录是重力坝在工作状态下的动力响应,根据地震响应识别的模态参数能反映重力坝的真实动力特性。因此,以基于地震记录识别的重力坝模态参数为依据,建立与模态识别有相应特征值的库水-坝体-地基有限元模型具有重要意义。本文的主要工作及结论如下:(1)介绍了特征值、特征向量在分析重力坝动力问题中的作用及目前常用于获取动力特性参数的几种方法。根据工程结构所处的环境特点,对无输入激励信号下应用较为成熟的几种模态识别方法进行了综述。此外,还阐述了水工结构模态识别的研究现状,并指出利用有限元法求解重力坝特征值时还存在的问题。(2)详细介绍了峰值法的识别原理,通过引入互功率谱对其进行改进,获得振型系数的提取方法。利用数值算例验证了改进功率谱峰值法理论及所编程序的正确性,说明该方法能识别在仅有振动响应下结构的模态参数。(3)系统讨论了自然激励技术(NExT)、特征系统实现算法(ERA)、随机子空间法(SSI)和ITD法这几种时域方法,并根据各方法的特点,提出联合形成NExT+ERA算法和SSI+ITD的改进算法,SSI+ITD法在保持SSI法识别精度的同时提高了计算效率。此外,通过引进奇异熵增量技术解决时域法的模型定阶问题。数值算例表明,利用奇异熵增量技术能有效确定模型阶次,同时NExT+ERA法、SSI法、SSI+ITD法具有较强的抗噪能力,无需进行信号的预处理。(4)根据库水-坝体-地基间相互作用的特点,从自由振动方程出发,介绍了基于无厚度Goodman单元的粘弹性人工边界、水体附加质量计算及“直接滤频法”求解重力坝特征值问题的过程。利用FORTRAN语言编制了求解重力坝特征值问题的三维有限元程序DYCDAM.F,并运用于水口重力坝。(5)基于水口重力坝的实测地震响应,利用频谱分析、功率谱峰值法、NExT+ERA法、SSI法、SSI+ITD法识别的特征频率和振型系数为依据,建立具有相应特征值的重力坝三维有限元模型。研究表明,在不考虑地基质量的情况下,计入坝轴向地基弹性作用模型计算的特征频率和振型系数与模态识别相一致,该模型能反映地震作用下重力坝的动力特性。此外,由特征频率随坝体弹模的变化可知,水口重力坝的坝体实际弹模高于设计值。同时,根据计入坝轴向地基弹性作用模型的讨论结果,可看出有质量地基模型与无质量地基模型计算的特征频率存在对应关系。