碱骨料反应是损害大坝混凝土耐久性的主要原因之一，其表现为骨料所含的碱活性物质与水泥砂浆中的碱溶液发生化学反应，产物吸水膨胀，导致混凝土骨料和砂浆开裂。在未来的几十年内，我国混凝土坝存在碱骨料反应的风险。另外，我国很多高坝建于高地震烈度区。因此，需建立有效的数值模型分析和预测混凝土坝因碱骨料反应引起的变形与开裂，并校核其抗震安全性。.本项目拟研究温度场、化学反应过程、应力场的耦合问题，建立分析宏观结构碱骨料反应膨胀和开裂的混凝土热-化学-损伤耦合模型；基于颗粒离散元细观模型研究碱骨料反应过程材料力学参数退化与各向异性膨胀机制，为宏观模型提供可靠的材料参数，为结构提供各向异性变形准则；在拱坝系统抗震分析模型中引入热-化学-损伤耦合模型形成拱坝长期碱骨料反应与地震响应的统一分析模型。成果可用于遭受碱骨料反应病害的混凝土坝膨胀变形和损伤破坏的分析与长期预测，评价其运行过程中各阶段的抗震稳定性。

碱骨料反应是损害大坝混凝土耐久性的主要原因之一，其表现为骨料所含的碱活性物质与水泥砂浆中的碱溶液发生化学反应，产物吸水膨胀，导致混凝土骨料和砂浆开裂，从而造成结构稳定安全性受到损害。碱骨料反应一般持续数年，乃至数十年，对混凝土结构的危害是长久的。随着我国混凝土坝不断投入服役运行，在未来的30~50年，这些混凝土坝存在遭受碱骨料反应危害的风险。另外，我国很多高坝建于西南高地震烈度区，其服役生命周期内，极有可能遭受地震的考验。因此，混凝土坝长期服役碱骨料反应危害，以及受损混凝土坝抗震安全性问题，亟待进行深入的研究。本项目建立了混凝土细观碱骨料反应模型，研究了混凝土碱骨料反应引起材料细观损伤演化过程，揭示了碱骨料反应的膨胀机制及其引起混凝土材料劣化的机理，建立了碱骨料反应造成混凝土力学性能降低与碱骨料反应程度的关系，搭建了细观与宏观材料碱骨料反应损伤演化之间的桥梁；基于细观分析结果，建立了化学、力、热多场耦合的混凝土坝全生命周期细宏观跨尺度热-化学-损伤模型，分析和预测了碱骨料反应作用下混凝土坝长期服役的工作性态；建立了碱骨料反应混凝土坝长期性态和瞬态抗震分析统一模型，研究了老化混凝土坝的抗震安全性。该项目研究成果极大地促进了混凝土碱骨料反应与大坝长期服役老化研究理论水平的提高，加深了对混凝土碱骨料反应劣化机理和老化大坝服役工作性能的认识。 2100433B

作为我国超高坝的主要坝型，高拱坝具有良好的超载能力及经济性，但同时其安全性也因高坝、大库容、复杂环境条件等因素的影响而备受关注。为提高高拱坝健康监测水平，研究准确高效的损伤识别算法是目前的关键技术问题。因此，本研究拟在考虑材料参数、外界作用及测量数据不确定性的情况下，建立适于高拱坝损伤识别的模型修正方法。主要内容有：（1）采用模糊变量描述复杂高拱坝结构的不确定性，针对高拱坝损伤特点，研究结合正则化过程的模糊模型修正方法，从修正参数隶属函数提取结构损伤指标；（2）充分利用高坝长期监测系统，以大坝变形等结构响应的长期时间序列为输入数据，建立卡尔曼滤波框架下的递推型修正算法；同时考虑温度场分布等时变模糊因素的影响，采用模糊扩展卡尔曼滤波方法进行高拱坝损伤识别。本研究将从数值模拟、模型实验及原型观测等方面分析、验证损伤识别方法的可靠性，为高拱坝运行期间的在线监测、安全评价等提供理论基础和技术支撑。

混凝土材料自身收缩变形引起的混凝土裂缝占较大比例，稳定的体积变形是高强高性能混凝土或中低强度混凝土高性能化的重要标志之一。混凝土的收缩开裂问题难以解决的原因之一在于未能抓住“服役期混凝土在环境温湿度及结构荷载耦合作用下的类疲劳损伤效应”这一解决混凝土结构实际使用环境条件下混凝土变形开裂的本质问题。本项目旨在开展混凝土材料的湿热耦合变形开裂研究，揭示周期性温湿度作用下混凝土材料变形开裂机理。围绕周期性温湿度作用下混凝土湿热耦合变形开裂，在已有研究成果基础上，着重开展了混凝土湿热传输、温湿度场、温湿度应力、湿热耦合变形和湿热应力疲劳损伤演化基本理论和计算模拟的应用基础研究，主要包括：基于多孔介质湿热传输原理的混凝土湿热传输模型；温湿度耦合作用下混凝土湿热传输原理及耦合模型；周期性温湿度作用下混凝土湿热耦合传输及变形数值模拟；周期性温湿度作用下的混凝土湿热合变形及材料损伤演化理论初步研究；混凝土在周期性温湿度作用下的开裂过程、机理的初步研究。预期计划中的试验部分未能全部完成，随着项目研究的深入和试验条件等的改善，将继续开展相关研究，以期取得系统全面的研究结果。当前相关研究的主要结果如下： （1）根据水泥石内部典型孔分布情况，认为在分析水泥石内部湿热传输时必须考虑湿度的Knudsen扩散，并分析了考虑Knudsen扩散的内部湿传输机理，建立了相应的湿传输模型； （2）参考热膨胀系数的定义，考虑到实际应用的方便性，初步提出了混凝土湿膨胀系数的概念、定义和理论计算公式的推导； （3）基于多孔介质湿热传输原理和水泥石湿热传输模型，研究了混凝土材料湿热耦合变形数值模拟方法，并通过算例分析进行了验证； （4）结合实际环境温湿度变化特点，提出了周期性温湿度作用的类疲劳效应、混凝土在周期性温湿度环境和约束条件的变形开裂机理。 本项目提出了混凝土体积变形数值模拟的新途径，提出了混凝土湿膨胀系数的概念、定义和理论计算公式，提出了温湿度应力损伤概念和周期性温湿度作用的类疲劳效应，为解决大体积和大面积混凝土工程裂缝、增强结构耐久性提供理论支撑，对混凝土变形开裂机理和混凝土计算材料学的研究与发展有重要的科学意义。 2100433B

作为我国超高坝的主要坝型，高拱坝具有良好的承载能力及经济性，但同时其安全性也因高坝、大库容、复杂环境条件等因素的影响而备受关注。为提高高拱坝健康监测水平，研究准确高效的损伤识别算法是目前的关键技术问题。因此，本项目课题组根据研究计划要点和研究计划进度，拟定了详细的研究方案，采用理论分析、数值模拟、模型试验相结合的研究方法，针对结构参数不确定性大、反演算法不适定强等难点，运用模型修正以及滤波类方法作为基本反演分析工具，结合正则化技术对结构损伤识别算法进行改进，重点研究了高拱坝结构分区等效弹性模量的检测与诊断，全面完成了研究计划内容，取得了预定的研究成果。相关进展和研究成果主要包括：（1）时变温度场作用下高拱坝有限元模型的建立与静动力分析；（2）适于高拱坝结构损伤识别的正则化模型修正方法：具体包含基于响应面方法的模型修正、基于DS证据理论的静动力反演数据融合、不同正则化策略的模型修正算法等；（3）结合正分析先验信息的震后高拱坝模糊损伤识别方法，具体包括高拱坝弹塑性抗震分析以及可能的损伤模式、基于损伤模式种群筛选的遗传算法、基于改进遗传算法的高拱坝模糊损伤识别方法等；（4）基于高拱坝长期变形数据的滤波类损伤识别方法，具体包括基于长期拱坝变形数据的扩展卡尔曼滤波损伤识别方法、结合1范数正则化的无迹卡尔曼滤波方法、具有损伤识别和传感器故障诊断功能的联邦卡尔曼滤波方法、结合零变异改进的PSO粒子滤波算法、集员滤波区间反演算法及其改进等。本课题研究成果有助于提高高拱坝结构损伤定位及定量评估的准确性与可靠性，有利于保障高拱坝结构的安全性，并为高拱坝在线监测和损伤识别提供了必要的理论基础和技术支撑。 2100433B