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