Page 95 - 2023年第54卷第6期

４．２ 混凝土坝劣化致因与安全防控 围绕高海拔区低温、低湿度、大温度日较差的特征环境要素，混
凝土坝结构尺度的研究主要从两方面展开，即混凝土坝开裂、渗漏等性态异常的致因诊断分析和预测
预报、温控防裂等大坝安全防控的模型与方法建设。综合全面考虑干寒大温度日较差环境下混凝土坝
服役性态特征与劣化主控致因，提高现有安全监控模型的评估与预报精度，建立包括保温层在内的大
坝保温控温系统，现已逐渐成为高海拔区混凝土坝工程建设与安全防控的焦点内容。
图 ４梳理了在高海拔区特征环境驱动下混凝土坝性态的转异表现形式、主控致因、特征效应或现
象、防控措施与方法。具体表现为低温、大温差、寒潮等加剧了坝体内外温度梯度并在坝体表面产生
了周期性的较大拉应力，导致大坝混凝土开裂、剥落、力学性能降低，引发了大坝渗漏、变形、应力
应变等结构响应的反常变化。其中，混凝土重力坝坝面易产生超过混凝土抗拉强度的拉应力，引起坝
面和接缝开裂破坏 ［３８ － ４３］ ；混凝土面板堆石坝坝顶位移增加且应力显著降低 ［４４］ ；水闸闸墩冻融损伤区
域由表及里逐步扩大 ［４５］ 。

图 ４ 高海拔区低温、低湿度、大温度日较差特征环境下的混凝土坝服役性能研究

大坝安全防控方面，在干寒冻融环境复杂多变的温度边界条件下，混凝土坝坝体变形呈现出显著
的滞后效应、幅值削减效应、变形不协调现象等 ［４６ － ４８］ ，文献［４６ － ５０］通过建立多点监测数据组合、滞
后因子、冻胀因子等，有效提高了现有安全监控模型在复杂环境下的评估与预报精度。受坝体材料热
胀冷缩与孔隙水体冻胀融缩的联合作用，混凝土坝坝顶垂直位移在夏季和冬季均出现增长态势，张国
新等 ［５１］ 通过考虑水－ 冰相变作用对大坝温度场的影响，建立了混凝土坝冻胀变形的数值分析模型。此
外，大坝表面设置保温层可有效降低坝体温度梯度，减小坝面温度应力，防止开裂破坏 ［５２ － ５４］ 。
４．３ 小结 高海拔地区干寒大温度日较差的特殊服役环境引发了混凝土坝材料力学性能与耐久性的降
低、结构异常变形与劣化的加剧。通过加强施工间歇期层面保温、增设坝面保温层、开展高海拔区特
征工况下大坝行为的数值分析、建立考虑滞后因子的监控模型等方式，有效保障了混凝土坝工程在高
海拔区复杂变温环境下的服役性能。然而目前高海拔地区的混凝土性能试验、结构健康检测、工程环
境监测等数据样本较小，难以准确量化高海拔区特征环境要素对材料及结构影响的贡献度。因此，亟
需建立高海拔区混凝土坝材料与结构劣化病害数据库，广泛收集高海拔区混凝土坝工程数据，深度挖
掘高海拔区混凝土坝工程数据间的关联规则、演化规律、时频特征，为开展非概率可靠度下大坝多测
点联合监控与评估提供基础。此外，高海拔区干寒大温度日较差环境下，人工巡检困难，大坝局部劣
化与性态异常难以被及时感知发现，因此，建议在深度学习、水下机器人、无人机等辅助下，研发混
凝土坝工程智能巡测装备技术与方法，建立半监督式的结构与系统安全判识模型，为保障高海拔区大
坝的长期安全运行提供支撑。

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