1.2　本书内容概述

本书内容主要分为两部分，第1部分为已建大坝中水荷载问题，包括第2～4章内容；第2部分为在建大坝中的温度控制问题，包括第5～8章内容。前者包括大坝变形分析中的水荷载、大坝稳定分析中的水荷载、运行期混凝土坝分析中的不确定性反馈方法；后者包括施工期混凝土坝不确定性的反馈方法、施工期混凝土坝特殊监控指标拟定、施工期通水冷却的控制论法、施工期混凝土坝测温辅助决策支持系统。

（1）第1章为绪论。

（2）第2章介绍大坝变形分析中的水荷载。

1）水荷载作为体荷载和面荷载之间的定量关系仍感到迷惑，为此从数值计算角度对上游库水荷载作为体荷载或面荷载之间的关系进行研究。

2）渗流体荷载作用下的地基位移理论解答是一个重要的工程科技问题，基于多孔连续介质模型，从理论上探讨作用在地基上的水荷载作为渗流体荷载时引起混凝土重力坝的应力解答和位移解答。

3）《混凝土坝安全监测技术规范》（DL/T 5178—2003）规定“倒垂线钻孔深入基岩深度应参照坝工设计计算结果，达到变形可忽略处。缺少该项计算结果时，可取坝高的1/4～1/2”。倒垂线在基岩深处的锚固点是否固定不动？为此，对地基变形模量随深度逐渐增加、渗透系数随深度逐渐减小、坝基渗透系数各向异性、坝踵设置帷幕和排水以及考虑渗流场和应力场耦合等对混凝土坝位移分量的影响进行分析评价。

4）目前，大部分的拱坝三维有限元模型向上游截取1倍或2倍坝高，如此建立的拱坝三维有限元模型，在施加相应的水荷载进行大坝变形分析时，是否能合理反映地基水荷载作用使地基面转动所引起的位移？为此，结合典型高拱坝进行对比分析。

5）现有混凝土拱坝设计规范中温度荷载是假定上游库水位固定为正常蓄水位来计算温度荷载，水库实际运行时上游水位不断变化，导致固定水位与变化水位条件下的温度荷载存在较大的差异性。在朱伯芳研究的基础上，分别计算固定水位下和水位变化条件下的温度荷载，讨论两种温度荷载的差异及对拱坝应力变形的影响。

（3）第3章介绍大坝稳定分析中的水荷载。

1）现有规范上的材料力学法和传统材料力学方法不完全一致，采用传统材料力学方法进行了重力坝应力分析及改进，然后对分析中涉及的应力正负号、剪应力积分和剪力合力之间的关系以及如何考虑扬压力等几个容易混淆的问题进行讨论。

2）针对采用有限单元法对扬压力进行计算时，常容易发生疑惑而导致错误的问题，首先对比分析双斜面深层抗滑稳定分析时两种不同扬压力的作用方式，然后研究采用有限元法分析重力坝沿坝基面或深层双斜面抗滑稳定时扬压力的施加方式。

3）研究作用在水平拱圈坝肩滑面上的扬压力和作用在滑块上的渗流体积力之间的关系。同时，对比分析扬压力作为面力作用在坝肩滑面上，以及作为渗流体积力作用在坝肩滑块上对坝肩应力的影响。

4）研究作用在圆弧滑动土坡上的水载荷作为孔隙水压力和作为渗流体载荷之间的关系，然后基于作用在滑块上的水载荷分别作为面载荷和作为体载荷的等效关系，给出一种较简洁的基于代替法的稳定渗流对圆弧滑动土坡稳定影响的改进分析方法。

5）由于实际工程问题的复杂性，水库蓄水后的地下水位具有不确定性，水库蓄水后，基于不同假设获得的地下水位对边坡的安全影响很大。基于极限平衡理论，对线性插值地下水位和水平延伸地下水位对边坡稳定影响进行对比分析。

（4）第4章介绍运行期混凝土坝分析中的不确定性反馈方法。

1）实际地基水荷载存在不确定性，地基水荷载作用方式不同，引起的效应量差异较大，如果人为地将地基水荷载作为面荷载或作为稳定渗流体荷载进行数值计算，参与优化反分析，反演获得的参数值得商榷。为此，基于实测位移对地基水荷载进行智能识别。

2）用有限元方法作渗流和应力分析时，计算域应取多大，边界条件如何确定，这些看似简单的问题，却是常被忽略的重要问题。针对大坝地基几何尺寸的截取范围本质上是一个不确定的问题，结合实测位移反馈大坝地基几何尺寸。

3）现有报道文献主要利用大坝变形监测资料反演大坝和坝基的弹性模量，为此，基于变形监测资料提出了混凝土坝与基岩时变参数反演三步法，利用变形观测值分离出的时效分量反演大坝黏弹性参数。

4）目前工程上采用的反分析法一般都是确定性反分析方法。不确定性反分析可采用区间分析方法，由于它只需要较少的数据信息（上下界）就可以描述参数或量测信息的不确定性，比较符合客观实际，可以为实际工程提供合理可行的区间反演分析模型。据此，研究区间参数摄动法和区间参数优化反分析法，并将区间参数优化反分析法应用于水利工程。

（5）第5章介绍施工期混凝土坝不确定性的反馈方法。

1）现有热扩散率的反演公式是基于准稳定温度场的假设，而施工期的大坝混凝土除受环境气温影响外，还存在水泥水化热温升和冷却水管通水降温等影响，为此研究基于施工期实测温度的热扩散率反演。

2）混凝土建筑物的温度场受太阳辐射热的影响很大，尤其是高温季节，为此基于混凝土建筑物现场实测温度进行太阳辐射热反馈。

3）针对施工期高拱坝已灌区温度回升的现象，结合建设中的溪洛渡特高拱坝已灌区温度回升值进行统计分析，从理论上对已灌区温度回升的现象进行解析。

4）针对目前拱坝规范中温度荷载不能较好地考虑坝体内部温度的非线性变化，对年变化温度荷载的计算进行改进，以考虑坝体内部温度的非线性变化。

5）由于矩法采用多项式拟合表示等效温度，根据等效温度的各阶矩与实测温度相应的矩相等，确定多项式系数，进而得到等效温度分布。在矩等效的框架下，当前拱坝设计温度荷载的线性化等效温度法仅是一次矩等效的特例。为此，采用矩法探讨高拱坝实际温度荷载的反馈。

（6）第6章介绍施工期混凝土坝特殊监控指标拟定。

1）对大坝混凝土的施工过程进行实时跟踪反馈无疑是控制混凝土浇筑仓最高温度的一条途径。由于该温控途径的实施存在计算工作量大、计算边界条件理想化等缺点，这导致工程单位在具体实施温控措施时，仍然存在一定的盲目性。为了控制混凝土浇筑仓最高温度，以及使工程单位对最高温度的控制具有针对性和可操作性，建议拟定温度双控指标来进行温度预警。

2）采用小概率法拟定监控指标时，一般需要假设温度监测效应量的概率分布函数，这一定程度影响其计算精度。而最大熵法不需要事先假设样本分布类型，直接根据各基本随机变量的数字特征值进行计算，就可以得到精度较高的概率分布密度函数，为此，采用最大熵法拟定温度双控指标。

3）依据应变计组和无应力计的实测值真实反映了大坝混凝土实际性态，根据混凝土坝体已经抵御经历过拉应力的能力，来评估和预测抵御可能发生抗拉强度的能力，提出利用小概率事件法和最大熵法估计大坝混凝土实际抗拉强度的方法。

（7）第7章介绍施工期通水冷却的控制论法。

1）水管冷却等效热传导法中混凝土初温是采用该混凝土浇筑仓通水时刻的浇筑仓平均温度，还是采用通水冷却期间的浇筑仓单元高斯点温度，或是采用每个时间步都变化的浇筑仓平均温度等，看法不一。另外，基于水管冷却有限元法和水管冷却等效热传导法计算的温度场和徐变应力场的关系如何，也存在一些疑惑，为此，对这些问题进行甄别。

2）针对准大体积混凝土温控防裂是一个与温控措施和材料参数相关的复杂多因素系统优选问题，由于因素过多，进行联合优选难度很大，尝试已知混凝土热力学材料参数情况下的温控措施优选。

3）介绍施工期混凝土坝通水冷却控制论法的研究总体思路，并分别介绍受控对象数学状态模型、受控对象能观性研究及观测器的优化布置、通水措施最优调控模型建立、通水措施最优调控模型求解及能控性研究、通水措施最优调控系统及控制器的研究思路。

4）具体介绍受控对象通水冷却数学状态模型（初期通水冷却和中后期通水冷却）的建立、受控对象观测器的优化布置方法、受控对象通水措施最优调控模型建立的方法、受控对象最优调控系统等，并结合实际工程展示这些方法的应用。

（8）第8章介绍施工期混凝土坝测温辅助决策支持系统。

对施工期混凝土坝测温辅助决策支持系统框架进行总体设计，重点对知识工程中的温度异常值识别准则进行设计，与此同时，初步探讨温度异常值推理类知识和决策建议。

本书内容框图见图1.2.1。