混凝土重力坝具有结构简单和地质条件适应性好等特点,是世界水电建设中的主要坝型。由于坝体的温度变化、地基的不均匀变形等原因,大坝通常是带裂缝工作的。当遭受地震等极端荷载时,裂纹是否稳定成为影响大坝安全的重要因素。本文基于多边形比例边界有限元法(Polygon SBFEM)提出了一种重力坝在地震荷载下开裂过程模拟的数值模型。具体内容如下：(1) SBFEM有降维和半解析求解的特点,此方法在应力强度因子求解问题上的适用性及优越性,早有学者对其进行了验证。但网格重剖分技术在裂纹扩展问题研究中还存在一些问题。本文引入的多边形单元可对不规则结构进行较快且精确地网格剖分,大大降低了对复杂结构的网格重剖分难度。同时,本文引入的局部网格重剖分技术只对裂纹扩展路径上的局部区域进行重剖分,大大降低了计算工作量。多边形单元和局部重剖分策略可使裂缝扩展过程的模拟非常灵活、便捷。(2)为验证此模型的有效性和高效性,本文模拟了Koyna大坝在超载水头作用下的裂纹扩展过程,并对网格密度、裂缝扩展步长等因素作了敏感性分析。模拟所得裂缝扩展路径和荷载位移曲线与现有文献结果一致。同时,本模型仅用粗网格即获得了满意的精度,且计算结果对裂缝扩展步长及网格密度不敏感。说明此模型适用于实际大坝工程的断裂分析。(3)在动态裂纹扩展过程模拟中,不仅荷载随时间变化,断裂韧度也随裂纹扩展速度变化。以三点弯曲试件为例,模拟了其在受冲击荷载作用下的动态裂纹扩展过程,并与其它方法进行了比较。目前,混凝土材料的动态断裂韧度尚未有统一的变化规律。鉴于此,在对Koyna重力坝进行地震断裂过程模拟时,动态断裂韧度取为常数。文中给出了大坝的裂纹扩展路径、应力强度因子和位移等的时程变化规律。