碾壓混凝土壩服役性能安全監(jiān)控理論研究進(jìn)展

魏博文，吳海真，李 波，江桂榮

(1.南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031；2.江西省水利廳，江西 南昌 330009；3.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，湖北 武漢 430010；4.國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司，江西 南昌330006)

0 引 言

碾壓混凝土壩作為世界筑壩技術(shù)發(fā)展的重要成果之一，中國(guó)是其三十余年來(lái)推廣應(yīng)用的主陣地，目前無(wú)論是現(xiàn)役數(shù)量還是建造壩高均居世界之最，其長(zhǎng)效健康服役關(guān)系到整個(gè)水工程的安危，已成為關(guān)乎國(guó)計(jì)民生、社會(huì)穩(wěn)定的公共安全問(wèn)題[1，2]。隨著大壩服役年限的增加，壩體結(jié)構(gòu)受筑壩材料性能演變與環(huán)境因素長(zhǎng)期耦合作用，不可避免地出現(xiàn)不同程度的老化及性能退化問(wèn)題，進(jìn)而造成工程病險(xiǎn)頻現(xiàn)、結(jié)構(gòu)抗力降低和失事風(fēng)險(xiǎn)增大，嚴(yán)重影響大壩健康服役。

依托原型觀測(cè)資料分析大壩運(yùn)行性態(tài)是保障大壩健康服役的重要技術(shù)手段，自20世紀(jì)50年代國(guó)外率先開(kāi)展安全監(jiān)控研究以來(lái)，已形成了從宏觀到細(xì)微觀精細(xì)模擬的較為成熟的大壩安全監(jiān)控理論體系，尤其是近年來(lái)，伴隨數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，水工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控理論研究更是取得了長(zhǎng)足的發(fā)展[3]。然而因碾壓混凝土壩筑壩歷史相對(duì)較短，加之碾壓混凝土材料與逐層振搗碾壓筑壩技術(shù)的特殊性和復(fù)雜性，碾壓混凝土壩壩身存在諸多施工層面，因此壩體結(jié)構(gòu)性能分析模型與計(jì)算參數(shù)難以精準(zhǔn)確定，有關(guān)碾壓混凝土壩安全監(jiān)控研究仍存在不少亟待解決的技術(shù)問(wèn)題[4]。本文在闡述碾壓混凝土壩宏細(xì)觀結(jié)構(gòu)力學(xué)行為、多場(chǎng)耦合數(shù)值仿真分析與變形監(jiān)控模型等方面現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，提出了一些碾壓混凝土壩安全監(jiān)控理論研究亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題。

1 碾壓混凝土結(jié)構(gòu)跨尺度力學(xué)行為分析

混凝土壩系統(tǒng)是一種多相耦合系統(tǒng)，從澆筑過(guò)程開(kāi)始，即處于復(fù)雜的化學(xué)-熱-水力-力學(xué)耦合作用下，混凝土壩結(jié)構(gòu)性能演變與混凝土和壩基巖石材料的衰變密切相關(guān)[5]。服役期碾壓混凝土壩受靜、動(dòng)荷載與不確定環(huán)境因素協(xié)同作用，驅(qū)動(dòng)筑壩材料性能演化直接影響大壩結(jié)構(gòu)運(yùn)行效能。碾壓混凝土壩逐層振搗碾壓的施工工藝導(dǎo)致壩體存在諸多施工層面，其作為碾壓混凝土壩結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，直接關(guān)乎碾壓混凝土壩服役性能的發(fā)揮。合理考慮施工層面對(duì)碾壓混凝土壩體結(jié)構(gòu)力學(xué)行為演化的影響是分析碾壓混凝土壩運(yùn)行效能的關(guān)鍵[6]。

1.1 宏觀力學(xué)行為研究

目前有關(guān)碾壓混凝土結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)行為仿真研究可歸納為3種：一是等效法，利用變形等效的特點(diǎn)來(lái)模擬碾壓混凝土壩在宏觀上表現(xiàn)的各向異性性質(zhì)，但其概化層面影響的同時(shí)掩飾了層面的本質(zhì)；二是將層面單獨(dú)考慮，能一定程度上反映碾壓混凝土壩的層面特性，但這種分析方法對(duì)層面厚度及層面的計(jì)算參數(shù)一般難以確定；三是成層結(jié)構(gòu)的分析方法，主要有界面元法、有限差分法和無(wú)限差分法，但在實(shí)際應(yīng)用中存在難以確定計(jì)算參數(shù)和邊界條件等問(wèn)題。顧沖時(shí)[7，8]等針對(duì)碾壓混凝土壩施工層面對(duì)大壩變形產(chǎn)生顯著影響的問(wèn)題，先后建立了施工層面有厚度和無(wú)厚度分析模型，并基于碾壓混凝土壩層面影響帶的漸變特性，利用復(fù)合材料力學(xué)串聯(lián)和并聯(lián)理論，建立了碾壓混凝土壩層面影響帶漸變規(guī)律分析模型，提出了確定層面影響帶瞬時(shí)彈性模量、延遲彈性模量以及粘性系數(shù)等方法，進(jìn)而揭示了決定層面影響帶特性的主要計(jì)算參數(shù)的漸變規(guī)律；筆者[9，10]繼承并發(fā)展了碾壓混凝土壩層面影響帶黏彈塑性流變模型，提出了碾壓混凝土壩薄弱層與本體協(xié)調(diào)承載流變分析方法，給出了層面影響帶厚度、彈性模量及黏性系數(shù)等計(jì)算參數(shù)的確定方法；黃光明[11]等針對(duì)碾壓混凝土壩粘彈性參數(shù)橫觀各向同性的特點(diǎn)，采用三參量固態(tài)模型來(lái)描述碾壓混凝土壩力學(xué)流變特性，并結(jié)合實(shí)測(cè)資料反演獲得了碾壓混凝土壩段粘彈性參數(shù)；陳龍[12]結(jié)合碾壓混凝土壩的施工過(guò)程和壓實(shí)機(jī)理，對(duì)碾壓混凝土壩本體內(nèi)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了深入研究，指出碾壓混凝土本體內(nèi)的力學(xué)參數(shù)沿層深呈指數(shù)衰減，并建立了碾壓混凝土壩力學(xué)參數(shù)漸變分析模型，同時(shí)，將碾壓混凝土壩整體看作橫觀各向同性體，建立碾壓混凝土壩結(jié)構(gòu)等效分析模型，通過(guò)建立等效力學(xué)參數(shù)和本體內(nèi)漸變力學(xué)參數(shù)關(guān)系，揭示了碾壓混凝土壩本體力學(xué)參數(shù)漸變規(guī)律；李波[13]基于粘彈性流變本構(gòu)，在研究碾壓層彈性力學(xué)參數(shù)間相互關(guān)系和碾壓混凝土壩并層齡期分析方法的基礎(chǔ)上，綜合考慮碾壓混凝土的漸變特性，建立了碾壓混凝土壩彈性力學(xué)參數(shù)和粘彈性力學(xué)參數(shù)漸變規(guī)律分析模型。然而，此類(lèi)本構(gòu)模型大多建立在宏觀均勻介質(zhì)假設(shè)這一基礎(chǔ)之上，較少涉及大壩碾壓混凝土材料的多相非均質(zhì)特性，難以詮釋真實(shí)混凝土內(nèi)部先天或人為細(xì)觀損傷及裂隙等缺陷。

1.2 宏細(xì)觀耦聯(lián)分析

建立精細(xì)化模擬碾壓混凝土壩工作特點(diǎn)的數(shù)值方法是有效詮釋其結(jié)構(gòu)特性的重要途徑，也是架接從材料到結(jié)構(gòu)、細(xì)觀到宏觀分析其服役性能的橋梁。為研究混凝土材料在細(xì)觀尺度下復(fù)雜力學(xué)特征，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在混凝土細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)、數(shù)值方法及混凝土結(jié)構(gòu)變形力學(xué)響應(yīng)的跨尺度模擬等方面收獲了豐富的研究成果[14-16]。即便細(xì)觀力學(xué)模型在分析混凝土材料變形力學(xué)行為方面具備獨(dú)到優(yōu)勢(shì)和重要價(jià)值，但將其直接應(yīng)用于高混凝土壩仿真分析中尚無(wú)成功參考范例，受計(jì)算模型自由度數(shù)龐大因素的制約，現(xiàn)有混凝土細(xì)觀力學(xué)研究多以平面模型為主，三維模型也僅限于小尺寸構(gòu)件的模擬；為此，將細(xì)觀力學(xué)模型與宏觀分析框架耦聯(lián)共同分析，充分發(fā)揮兩類(lèi)模型的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土材料和結(jié)構(gòu)的宏細(xì)觀響應(yīng)進(jìn)行耦聯(lián)分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)展了多種從細(xì)觀到宏觀模型的等效處理方法。唐欣薇[17]結(jié)合位移漸進(jìn)展開(kāi)技術(shù)與有限單元法建立了多尺度框架下的平衡方程，對(duì)混凝土宏觀等效彈性模量、泊松比等參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行了研究；Nguyen[18]發(fā)展了可考慮混凝土細(xì)觀局部化連續(xù)損傷破裂-宏觀非連續(xù)黏聚裂縫模型的多尺度耦聯(lián)模型，并基于高效的并行算法實(shí)現(xiàn)，有效提高了混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)細(xì)觀連續(xù)-宏觀非連續(xù)的多尺度耦聯(lián)分析效率；吳中如[4]亦從水工結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略發(fā)展前沿，提出了高壩及病險(xiǎn)大壩宏觀、細(xì)觀與納觀層面嵌套分析模型，微納尺度分析法與隨機(jī)疲勞理論等發(fā)展方向。目前有關(guān)寫(xiě)實(shí)描述混凝土壩服役性能的基礎(chǔ)理論研究尚處于改進(jìn)期，由于大壩監(jiān)測(cè)儀器系統(tǒng)獲得的結(jié)構(gòu)性態(tài)信息可很好地反映其真實(shí)地質(zhì)、施工、運(yùn)行環(huán)境條件等因素影響，通過(guò)安全監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行反饋并調(diào)整關(guān)鍵力學(xué)模型和參數(shù)，寫(xiě)實(shí)分析大壩系統(tǒng)多物理力學(xué)場(chǎng)空間分布特性，這一思路在壩工界已形成共識(shí)。

圖1 碾壓混凝土結(jié)構(gòu)跨尺度性能仿真

大壩物理參數(shù)的反演亦是其結(jié)構(gòu)宏細(xì)觀耦聯(lián)數(shù)值分析的重要問(wèn)題，黃耀英等[19]基于變形監(jiān)測(cè)資料建立了一種混凝土壩與基巖時(shí)變參數(shù)反演三步法，依次從力學(xué)機(jī)制上解析了龍羊峽重力拱壩拱冠梁在2 530～2 610 m高程的徑向時(shí)效位移向上游變位的原因；康飛等[20]運(yùn)用混合單純形人工蜂群算法，建立了一種基于不完全模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)的混凝土壩動(dòng)力材料參數(shù)識(shí)別的優(yōu)化反演模型；顧沖時(shí)[21]基于改進(jìn)粒子群算法構(gòu)建了壩體混凝土與基巖材料力學(xué)參數(shù)反演模型，并將其有效應(yīng)用于實(shí)際工程分析；筆者[22]利用GA-APSO混合罰函數(shù)構(gòu)建了混凝土壩力學(xué)參數(shù)優(yōu)化反演模型，并結(jié)合ANASY平臺(tái)研制了相應(yīng)程序。從現(xiàn)有的研究成果來(lái)看，目前尚無(wú)一種本構(gòu)理論被公認(rèn)為可以完全描述其材料力學(xué)特性，仍存在一定局限性，難以詮釋碾壓混凝土壩本體與層面的不同力學(xué)行為特征。由此可見(jiàn)，從碾壓混凝土壩宏細(xì)觀力學(xué)性能演化機(jī)制角度，結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)真實(shí)服役特性，并綜合應(yīng)用試驗(yàn)、數(shù)值分析以及實(shí)測(cè)資料，發(fā)展基于宏細(xì)觀尺度耦聯(lián)數(shù)值分析方法，建立一種詮釋壩體結(jié)構(gòu)跨尺度力學(xué)行為的仿真分析模型，如圖1所示，對(duì)有效彌補(bǔ)現(xiàn)有方法中分析碾壓混凝土壩運(yùn)行效能演化規(guī)律的不足，實(shí)現(xiàn)大壩結(jié)構(gòu)多尺度行為數(shù)值仿真具有一定工程實(shí)踐意義。

2 大壩多場(chǎng)耦合數(shù)值分析

碾壓混凝土壩逐層振搗碾壓的施工工藝導(dǎo)致壩體存在諸多施工層面，其層面滲流特性對(duì)碾壓混凝土壩運(yùn)行安全影響重大。自20世紀(jì)70年代，Bellier[23]和Wittke[24]在分析法國(guó)某拱壩失事成因時(shí)發(fā)現(xiàn)，在受載后壩基某些主要部位會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致巖體初始滲流特性的改變，最終產(chǎn)生集中滲透壓力引起拱壩失穩(wěn)。據(jù)此，兩人揭示了壩基滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)相互作用是導(dǎo)致垮壩的主要原因。之后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析方法開(kāi)展了大量研究，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)壩體滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)相互作用研究主要集中在數(shù)值模擬分析方面，針對(duì)碾壓混凝土壩層面滲流與應(yīng)力耦合問(wèn)題的系統(tǒng)性研究成果相對(duì)較少，大多是借以巖體裂隙滲流與應(yīng)力耦合方法開(kāi)展的。柴軍瑞[25]建立了基于離散裂隙網(wǎng)絡(luò)的碾壓混凝土壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析數(shù)學(xué)模型，但該模型僅能體現(xiàn)水流在縫隙中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，未能揭示本體與層面的滲透交融特性；沈振中[26，27]采用罰函數(shù)法處理滲流邊界條件，推導(dǎo)了求解有自由面滲流問(wèn)題的基本方程，并建立了基于無(wú)單元法的應(yīng)力場(chǎng)與滲流場(chǎng)耦合分析模型；朱岳明等[28]利用等效連續(xù)介質(zhì)模型，將層面滲流量等效平攤到本體中，并將其理解為具有對(duì)稱等效滲透張量的各向異性連續(xù)體，采用連續(xù)介質(zhì)滲流理論進(jìn)行分析研究，但由于水交替過(guò)程存在于碾壓混凝土壩層面系統(tǒng)與本體系統(tǒng)之間，該模型未考慮此過(guò)程，故難以保證滲透壓力、流速等滲流特性的等效，亦未能表征碾壓混凝土壩層面滲流真實(shí)性態(tài)；程正飛[29]采用耦合VOF法建立了包含不同地層、不良地質(zhì)體、帷幕、排水孔以及壩體的碾壓混凝土壩三維統(tǒng)一模型，對(duì)其復(fù)雜自由滲流場(chǎng)較好地實(shí)施了數(shù)值模擬；李明超[30]以某高碾壓混凝土重力壩防滲結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，提出了一種基于伽遼金法的滲控結(jié)構(gòu)滲流數(shù)值模擬方法。然而這類(lèi)模型在對(duì)滲流數(shù)值進(jìn)行模擬時(shí)有兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，一是排水孔排水效果，二是帶自由面滲流問(wèn)題。通常其排水孔的處理采用排水子結(jié)構(gòu)和桿單元等方法，自由面的處理采用固定網(wǎng)格法和變網(wǎng)格法等。顧沖時(shí)[31]從碾壓混凝土壩安全監(jiān)控角度，在反演碾壓混凝土壩本體及層面影響層的厚度、彈性模量等參數(shù)的基礎(chǔ)上，建立了碾壓混凝土壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)兩場(chǎng)耦合模型，但該模型未考慮結(jié)構(gòu)劣化損傷效應(yīng)，后同筆者[10]就碾壓混凝土壩層面滲流與變形相互作用問(wèn)題，發(fā)展并提出了一種基于內(nèi)時(shí)損傷的碾壓混凝土壩流固耦合分析模型。從現(xiàn)有的研究成果來(lái)看，施工層面作為碾壓混凝土壩防滲的薄弱部位，其本體與層面抗?jié)B能力的差異決定了壩身是強(qiáng)滲透各向異性體，故層面滲流是研究碾壓混凝土壩服役性態(tài)的關(guān)鍵，而目前對(duì)于兩場(chǎng)耦合作用下碾壓混凝土壩力學(xué)性能演化規(guī)律分析，大多基于粘彈性宏觀力學(xué)模型開(kāi)展的研究，難以量化服役期筑壩材料時(shí)變損傷特性。

3 變形監(jiān)控模型理論研究

變形是大壩結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境因素與筑壩材料性能演變耦合作用驅(qū)動(dòng)下最能直觀可靠反映其運(yùn)行性能的觀測(cè)量，環(huán)境荷載與大壩變形間的映射關(guān)系如圖2所示。依據(jù)大壩原型觀測(cè)資料科學(xué)有效地建立大壩變形監(jiān)控模型可較好地反映大壩結(jié)構(gòu)演變特征，也可定量解讀主要影響因素的作用和預(yù)測(cè)大壩運(yùn)行情況，并依此對(duì)大壩服役性態(tài)進(jìn)行判診。國(guó)外于20世紀(jì)50年代率先開(kāi)展了安全監(jiān)控研究，但主要是對(duì)監(jiān)測(cè)值做定性分析。1956年Tonini[32]首次將水壓、溫度和時(shí)效3部分作為導(dǎo)致大壩位移變形的主要因子，并將水壓因子和溫度因子用三次多項(xiàng)式表示；隨后Xerez[33]等將氣溫作為溫度因子，選取觀測(cè)前不同天數(shù)的平均氣溫來(lái)分析壩高110 m的卡斯特羅拱壩；Rocha[34]等將溫度因子用大壩橫斷面各層的平均溫度和溫度梯度表示，水位因子則用函數(shù)式來(lái)表示。20世紀(jì)80年代以后，Pedro[35]等、Purer[36]等開(kāi)展了更廣領(lǐng)域深層次的發(fā)展研究，并取得了大量的研究成果[37，38]。國(guó)內(nèi)在大壩安全監(jiān)控方面的研究工作開(kāi)展相對(duì)較晚，20世紀(jì)70年代河海大學(xué)陳久宇教授[39，40]開(kāi)始將統(tǒng)計(jì)回歸分析法應(yīng)用于大壩原型監(jiān)測(cè)資料分析中，并在大壩安全監(jiān)控模型方面開(kāi)展了大量科研工作，詳細(xì)地研究了混凝土壩位移統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型和混合模型中水壓、溫度和時(shí)效等因子選擇的基本原理、方法和公式，并將其應(yīng)用到工程實(shí)例中，取得了滿意的效果。此后，在國(guó)內(nèi)大量學(xué)者的不斷探索和研究下，大壩安全監(jiān)控模型取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，除了對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)控模型進(jìn)行改進(jìn)外，許多新型模型也被不斷提出。

圖2 大壩變形監(jiān)控分析模型

Léger[41]采用簡(jiǎn)化確定性模型描述大壩的溫度變形，在校核模型參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用所建模型推演了極端天氣下加拿大某混凝土重力壩的變形情況；顧沖時(shí)[42，43]為解決大壩安全監(jiān)控確定性模型、混合模型中水壓分量數(shù)學(xué)模型易出現(xiàn)拐點(diǎn)病態(tài)問(wèn)題，分析了其拐點(diǎn)病態(tài)的原因，提出了出現(xiàn)拐點(diǎn)病態(tài)的判據(jù)及相應(yīng)處理方法；何金平[44]針對(duì)單測(cè)點(diǎn)信息監(jiān)測(cè)模型的缺點(diǎn)，提出了基于貝葉斯理論融合多測(cè)點(diǎn)信息的大壩安全監(jiān)測(cè)模型；李占超[45]綜合運(yùn)用Bootstrap法和偏最小二乘回歸分析方法于大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)轉(zhuǎn)異診斷中，建立了混凝土壩小樣本安全監(jiān)控模型；蘇懷智[6]綜合運(yùn)用SVM與貝葉斯理論，建立了考慮除險(xiǎn)加固措施影響的重力壩位移監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型；筆者[22，46-48]先后結(jié)合混沌理論、蛙跳算法、時(shí)間序列分析等原理分析了變形監(jiān)控模型殘差序列混沌效應(yīng)，建立了考慮殘差混沌效應(yīng)的變形監(jiān)控模型。然而，當(dāng)前有關(guān)變形監(jiān)控研究存在套用常態(tài)混凝土壩變形分析理論與方法的問(wèn)題，未能有效考慮碾壓混凝土壩層面相對(duì)薄弱特性，已建的變形監(jiān)控模型難以跟蹤監(jiān)控并反饋碾壓混凝土壩的真實(shí)工作性態(tài)，尤其對(duì)層面性態(tài)量化分析難度較大。

4 發(fā)展趨勢(shì)和亟待解決的問(wèn)題

目前，在碾壓混凝土壩服役期結(jié)構(gòu)性能演變與安全監(jiān)控分析模型方面取得了一些有益研究，并且部分成果已成功應(yīng)用于碾壓混凝土壩運(yùn)行性態(tài)診斷工作中。但是，在碾壓混凝土壩材料與結(jié)構(gòu)性態(tài)演變機(jī)理方面的研究仍處于探索階段，其宏觀性態(tài)安全監(jiān)控理論存在套用常態(tài)混凝土壩分析手段的問(wèn)題，未能較好地考慮碾壓混凝土壩的結(jié)構(gòu)特性，不能全面地詮釋碾壓混凝土壩的真實(shí)服役性態(tài)。因此，筆者認(rèn)為就碾壓混凝土壩服役性態(tài)監(jiān)控理論可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。

(1)大壩混凝土材料及結(jié)構(gòu)性能演化機(jī)制研究方面，服役期大壩受內(nèi)外環(huán)境雙重效應(yīng)作用，環(huán)境因素主要通過(guò)驅(qū)動(dòng)材料演化來(lái)影響大壩結(jié)構(gòu)性狀，壩體材料劣化又是大壩性能演變的重要因素，直接決定著混凝土壩的服役壽命。大壩混凝土性能演變對(duì)工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)效服役影響已達(dá)成共識(shí)，在其演變特征對(duì)混凝土壩性能影響方面研究也取得了一些有益結(jié)論，但目前尚未形成詮釋水工混凝土內(nèi)部破壞機(jī)理的理論，尤其有關(guān)反映碾壓混凝土壩材料及結(jié)構(gòu)力學(xué)性能跨尺度演化機(jī)制系統(tǒng)研究方面鮮有報(bào)導(dǎo)，而筑壩材料及層面薄弱帶的性能劣化是服役期碾壓混凝土壩運(yùn)行效力降低的內(nèi)在因素，分析其結(jié)構(gòu)性能演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制又是建立碾壓混凝土壩性能安全監(jiān)控方法的基礎(chǔ)。因此，有必要從材料宏細(xì)觀物理特性層面，綜合考慮荷載與環(huán)境因素的影響，進(jìn)一步研究典型因素對(duì)碾壓混凝土壩運(yùn)行效能演化作用及規(guī)律，據(jù)此深入分析多元合力下碾壓混凝土壩服役性能演化規(guī)律。

(2)壩體內(nèi)部多場(chǎng)耦合行為數(shù)值仿真研究方面，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)壩體滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)相互作用研究主要集中在數(shù)值模擬分析方面，而針對(duì)碾壓混凝土壩層面滲流與應(yīng)力耦合問(wèn)題的系統(tǒng)性研究成果相對(duì)較少。施工層面作為碾壓混凝土壩防滲的薄弱部位，其本體與層面抗?jié)B能力的差異決定了壩身是強(qiáng)滲透各向異性體，故層面滲流亦愈發(fā)成為研究碾壓混凝土壩服役性態(tài)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，而對(duì)于兩場(chǎng)耦合作用下碾壓混凝土壩力學(xué)性能演化規(guī)律分析，以往大多都是基于粘彈性宏觀力學(xué)模型開(kāi)展的研究，難以量化服役期筑壩材料時(shí)變損傷特性。為此，有必要開(kāi)展多力耦合作用下碾壓混凝土壩力學(xué)性能宏細(xì)尺度演化仿真分析模型研究，為跟蹤監(jiān)控碾壓混凝土壩服役性態(tài)提供科學(xué)依據(jù)。

(3)碾壓混凝土壩工作性態(tài)安全監(jiān)控方面，存在簡(jiǎn)單套用常態(tài)混凝土壩研究理論與方法的問(wèn)題；而在有關(guān)融合壩體多類(lèi)型監(jiān)測(cè)信息并結(jié)合壩體材料和結(jié)構(gòu)多尺度演化特性，開(kāi)展碾壓混凝土壩運(yùn)行效力跟蹤監(jiān)控等方面的研究較少；且碾壓混凝土壩力學(xué)參數(shù)、邊界條件及結(jié)構(gòu)和滲流分析的復(fù)雜性，在實(shí)際的安全監(jiān)控模型構(gòu)建方面仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。為此，利用來(lái)自不同監(jiān)測(cè)類(lèi)型和不同時(shí)空大壩多源信息，綜合考慮碾壓混凝土壩本體、施工層面及壩基等各部分的工作特點(diǎn)，并融合在役大壩多源時(shí)空監(jiān)測(cè)信息，研究碾壓混凝土壩運(yùn)行效能演化狀態(tài)的多源多尺度跟蹤監(jiān)控理論與方法是迫切亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

5 結(jié) 語(yǔ)

開(kāi)展碾壓混凝土壩服役性態(tài)安全監(jiān)控理論研究對(duì)保障大壩安全運(yùn)行與充分發(fā)揮工程效益具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)用意義，伴隨對(duì)碾壓混凝土材料及結(jié)構(gòu)性能研究的深入，專(zhuān)門(mén)針對(duì)碾壓混凝土壩安全監(jiān)控理論的研究也取得了有益的科研成果。但由于碾壓混凝土壩建壩歷程相對(duì)較短，碾壓混凝土壩結(jié)構(gòu)性能的研究尚處于起步階段，合理科學(xué)詮釋多力耦合作用下碾壓混凝土宏細(xì)觀結(jié)構(gòu)性能演變特征及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并開(kāi)展碾壓混凝土壩服役效能演化狀態(tài)的多源多尺度跟蹤監(jiān)控方法研究，對(duì)完善碾壓混凝土壩安全監(jiān)控理論體系、確保碾壓混凝土壩長(zhǎng)效服役和安全運(yùn)行意義重大。