在收集洪水、地震等历史资料、材料参数试验数据和地质勘探资料等的基础上，利用统计与假设检验的方法研究高混凝土坝载荷与抗力效应随机变量的分布规律；通过国内病险坝运行监测和室内模型试验资料的调研、查阅国内外事故混凝土坝的分析文献，结合理论研究、数值模拟、对比分析与专家讨论，探索高坝可能失效模式及其原因，建立高坝失效的故障树模型，确定主要失效模式；根据高混凝土坝破坏机理的研究成果，建立主要失效模式的状态函数，通过等量正态化、独立变换，利用JC法与蒙特卡罗法计算单个失效模式的失效概率；利用双模窄界公式、概率网络估算（PNET）法计算具有多个失效模式的失效概率；通过对现有的直接损失和间接损失估算方法的比较，确定高坝风险损失定量估算方法，合理选取风险指标，确立高坝可接受风险标准的制定原则与方法，建立基于风险分析的高坝安全评估方法和准则。研究成果将应用于锦屏高拱坝的安全评估。 2100433B

裂缝是混凝土坝常见的病害问题，是大坝发生病变失稳的前兆，及时探测其发生并监测其发展过程，对保障大坝安全、防范灾害事件发生、充分发挥工程效益等具有重要意义。本项目采用理论分析、物理模型试验和数值模拟相结合的方法，研究了基于塑料光纤光时域反射技术（POF-OTDR）的混凝土坝裂缝监测方法，实现了对混凝土坝裂缝定位、定向和定宽的分布式探测和监测。本项目主要研究内容和成果有：（1）充分考虑实际应用中带涂覆层POF与混凝土可能的结合方式，建立了不同结合方式下POF与混凝土之间应变传递关系的理论模型，运用数值仿真方法对该模型的正确性进行了验证；利用该模型研究了POF纤芯与混凝土之间应变传递的效果及影响因素，提出了利于POF与混凝土之间应变传递的结构及材料参数组合。（2）对POF进行了基本力学性能测试，获取了其基本力学参数；依据混凝土坝的典型开裂形式，研究了POF在轴向拉伸、非轴向拉伸、垂直于轴向受剪、绕轴向扭转、宏弯曲等条件下的变形能力和力光转换特性，同时还研究了温度对POF内部光学特性的影响；基于试验成果，分析了开裂条件下POF的力光转换规律，探讨了POF对结构开裂的感知能力。（3）在试验研究基础上，运用波动光学和几何光学理论，结合数值仿真，剖析了基于POF光损耗特性的裂缝感知机制，揭示了POF对裂缝的感知机制是POF在裂缝处的微弯曲变形引起其内光传输模式发生变化而产生光损耗，而POF上应力集中和径向收缩变形所引起的光损耗量有限，据此提出了实际应用中提高POF裂缝感知敏感度的措施。（4）研究了POF-OTDR技术对多条裂缝监测的复用能力；建立了基于POF的裂缝监测模型，并提出了基于双支POF的裂缝定量监测方法，在此基础上，提出了可用于混凝土坝裂缝监测的POF网络和布设方法。 2100433B

序

前言

第1章 绪论

1.1 研究对象及研究意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.2.1 高混凝土坝坝基失稳机理研究

1.2.2 高混凝土坝抗滑稳定分析方法与控制标准研究

1.2.3 高混凝土坝温度及徐变应力仿真分析方法研究

1.2.4 高混凝土坝体形优化研究

1.3 研究内容

1.4 研究思路

主要参考文献

第2章 高混凝土坝宏观力学参数研究

2.1 大尺度坝工材料宏观抗剪强度的随机——临界研究

2.1.1 大尺度材料性能的随机场概率模型

2.1.2 基岩材料抗剪强度的随机参数估计方法

2.1.3 逾渗(Percolation)理论的启示

2.1.4 大面积软弱结构面的抗剪强度

2.1.5 大体积岩土、混凝土的抗剪强度

2.2 混凝土坝基面的宏观抗剪强度研究

2.2.1 坝基面宏观屈服的临界条件

2.2.2 混凝土坝基面的宏观抗剪强度

2.2.3 坝基面宏观抗剪强度的数值求解方法

2.3 大体积岩土混凝土宏观力学的计算机随机模拟方法研究

2.3.1 大体积岩土混凝土宏观力学性质

2.3.2 深厚覆盖层高压旋喷凝结体的宏观力学参数研究

2.4 小结

主要参考文献

第3章 高混凝土坝坝基岩体力学模型研究

3.1 坝基岩体力学模型概述

3.1.1 Mohr-Coulomb屈服准则

3.1.2 广义Mises屈服准则

3.1.3 坝基软弱结构面的各向异性屈服准则

3.1.4 节理力学模型

3.1.5 坝基岩体的本构模型

3.2 坝基稳定分析的广义Mises屈服准则

3.2.1 Mohr-Coulomb屈服准则的改进

3.2.2 广义Mises屈服准则精度的研究

3.3 坝基稳定分析的弹塑性损伤演化本构模型

3.3.1 弹塑性损伤演化的一般格式

3.3.2 损伤场的计算策略

3.3.3 损伤场的半解耦计算

3.4 小结

主要参考文献

第4章 高混凝土坝结构安全的非线性随机有限元法及非概率可靠性分析

4.1 高混凝土坝结构非线性随机有限元分析

4.1.1 非线性随机有限元的迭代格式

4.1.2 基于非线性随机有限元法的可靠度计算

4.1.3 算例

4.2 随机渗流场分析

4.2.1 确定性渗流场

4.2.2 随机性渗流场

4.3 基于集合理论凸模型的非概率分析方法

4.3.1 非概率凸集模型理论的鲁棒性准则

4.3.2 Ben—Haim鲁棒可靠性准则剖析

4.3.3 基于区间分析的非概率可靠性指标计算

4.3.4 可靠性非概率模型与概率模型的比较

4.4 高拱坝的非概率可靠性分析

4.4.1 基于随机有限元响应面法的非概率可靠度计算模型的建立

4.4.2 分析算例

4.5 小结

主要参考文献

第5章 重力坝深层抗滑稳定设计表达式及分项系数研究

5.1 概述

5.2 深层抗滑稳定分析分项系数极限状态设计方法产生背景

5.3 深层抗滑稳定分析的极限平衡法

5.3.1 深层抗滑稳定传统计算方法与99版规范建议公式

5.3.2 对99版规范建议公式的讨论

5.3.3 基于sarma法的安全系数广义计算公式

5.3.4 双滑面等K1法计算公式

5.3.5 多滑面等K1法计算公式

5.4 坝基双滑面抗滑稳定可靠度分析和目标可靠指标确定

5.4.1 极限状态方程

5.4.2 可靠指标计算

5.4.3 目标可靠指标确定

5.5 混凝土重力坝深层抗滑稳定极限状态设计表达式和分项系数

5.5.1 分项系数的种类

5.5.2 重力坝深层抗滑稳定分项系数极限状态设计表达式

5.5.3 标准值和分项系数

5.5.4 结构系数计算

5.5.5 成果分析

5.5.6 建议的设计表达式以及相应分项系数

5.6 工程算例

5.7 小结

主要参考文献

第6章 高混凝土坝抗滑稳定分析的分项系数有限元法研究

6.1 基于非线性有限元法的渐进破坏过程模拟

6.2 分项系数有限元法

6.3 基于非线性有限元法的系统整体失稳判据

6.3.1 塑性屈服区贯通法

6.3.2 位移突变法

6.3.3 有限元迭代不收敛判据

6.3.4 变形稳定判据

6.3.5 能量法

6.4 影响重力坝深层抗滑稳定分析的因素研究

6.4.1 参与降强度参数的区域对坝基稳定性的影响分析

6.4.2 弹性模量和泊松比对坝基稳定性的影响分析

6.5 运用分项系数有限元法的算例分析

6.6 小结

主要参考文献

第7章 高混凝土重力坝坝基失稳机理及控制标准研究

7.1 高混凝土重力坝均质坝基的失稳机理研究

7.1.1 计算分析方法

7.1.2 坝基破坏过程及失稳机理分析

7.2 重力坝坝基失稳准则以及稳定审查方法研究

7.2.1 坝基失稳形态

7.2.2 坝基稳定设计的“准弹性”准则

7.2.3 “准弹性”准则的公式及算例分析

7.3 高碾压混凝土重力坝的失稳机理研究

7.4 高混凝土重力坝的稳定临界准则及设计安全系数研究

7.4.1 稳定临界准则公式

7.4.2 等比例降强度稳定临界准则公式的设计安全系数研究

7.4.3 不等比例降强度稳定临界准则公式的设计安全系数研究

7.5 小结

主要参考文献

第8章 高混凝土坝温度控制理论及温控仿真分析方法

8.1 高混凝土坝水库水温数值分析方法

8.1.1 水库水温一维数值分析模型

8.1.2 水库水温二维数值分析模型

8.1.3 考虑淤沙影响的二滩水库水温数值分析

8.1.4 考虑淤沙影响的水库水温对封拱温度及运行期坝体应力的影响

8.2 高混凝土坝温度场及温度应力分析理论

8.2.1 温度场计算的基本原理

8.2.2 混凝土坝弹性徐变温度应力场计算方法

8.2.3 温度场及温度应力全过程仿真流程

8.3 大体积混凝土非线性徐变模型理论

8.3.1 混凝土非线性徐变模型

8.3.2 基于非线性徐变模型的温度应力仿真计算方法

8.3.3 混凝土非线性徐变模型的试验验证

8.3.4 大体积混凝土气温骤降条件下的表面温度应力计算

8.4 大体积混凝土温度应力分析的时间非线性弥散裂缝模型

8.4.1 单个时步内温度应力的增量

8.4.2 考虑时间效应的混凝土本构模型和破坏准则

8.4.3 混凝土时间非线性弥散裂缝模型

8.5 大体积混凝土温度裂缝扩展分析的无网格方法

8.5.1 热传导问题的无网格法控制方程

8.5.2 无网格法求解瞬态热传导的过程

8.5.3 混凝土温度裂缝扩展过程模拟

8.5.4 数值算例验证

8.6 高拱坝施工期横缝接触模型及横缝开合度模拟方法

8.6.1 接触摩擦算法

8.6.2 基于扩展拉格朗日算法的接触单元

8.6.3 横缝三维有厚度接缝单元

8.6.4 接触一接缝复合单元格式

8.7 基于可靠度理论的混凝土坝随机开裂模型及安全评价

8.7.1 混凝土坝的随机开裂模型

8.7.2 大体积混凝土裂缝的可靠度分析算例

8.8 小结

主要参考文献

第9章 高混凝土坝体形优化理论研究

9.1 概述

9.2 优化原理和方法

9.2.1 最优化问题的数学模型

9.2.2 最优化问题的分类

9.2.3 最优化问题的求解方法概述

9.3 混凝土坝体形优化中常用的优化求解算法

9.3.1 复合形法

9.3.2 序列二次规划法(SQP法)

9.4 常态混凝土重力坝体形优化方法

9.4.1 优化变量

9.4.2 目标函数

9.4.3 约束条件

9.4.4 荷载计算

9.4.5 抗滑稳定和应力

9.5 碾压混凝土重力坝体形优化方法

9.5.1 碾压重力坝坝体断面优化设计的数学模型

9.5.2 碾压重力坝坝体断面优化设计的程序框图

9.6 混凝土拱坝体形优化方法I.

9.6.1 混凝土拱坝体型优化设计的数学模型

9.6.2 拱坝有限元分析的自动化实现

9.6.3 拱坝优化程序设计

9.7 小结

主要参考文献 2100433B

本书以高混凝土坝的结构安全与优化为主题，重点阐述高混凝土坝的结构安全与优化理论与和模型，提出了高混凝土坝宏观力学参数模型、高混凝土重力坝坝基失稳机理及控制标准、高混凝土坝稳定安全设计理论等，系统介绍了适用于重力坝坝基多滑面抗滑稳定分析的广义等K法、重力坝坝基深层抗滑稳定分析的新设计表达式及分项系数、高混凝土坝抗滑稳定分析的分项系数有限元法等。