水工混凝土结构及材料学科发展.doc

水工混凝土结构与材料学科发展一、引言水工混凝土结构与材料是一个综合性学科，研究对象是水利水电工程中的建筑物，分为水工结构和水工材料两个领域。受篇幅限制，本专题报告重点评述有关高混凝土坝的形式、变形、强度、稳定分析和安全评价，以及水工材料的学科发展。混凝土坝规模大，施工周期长，受自然和施工条件与过程的制约，结构和基础内部存在着许多现有科技手段尚不能察明的不确定因素，设计和施工在相当大的程度上仍需大量借鉴经验类知识，每一个大型水工建筑物的设计和施工都会遇到新的挑战，这是水工结构学科发展的特点。同时，水工结构是一门强交叉性学科。可以说，没有现代计算机、网络、先进的勘测、试验和监测技术手段的发展，就没有学科今天的发展。自 20 世纪 80 年代以后，我国筑坝水平有突飞猛进的提高，很多水工建筑物的规模已跃居世界第一位，一些被世界坝工权威、专家定为“难以克服”的技术难题也已被相继征服，我国已成为世界坝工建设的中心。随着西部大开发的发展，许多世界级高难度的大型和超大型水利枢纽工程已开始或着手兴建，为学科提出了一系列迫切需要解决的问题。中华人民共和国成立 50 多年来，已建的水工建筑物正经历着老化过程，部分工程已处于病险期。水工结构与材料学科面临着崭新的机遇和严峻的挑战。二、国内外发展现状和主要成果（一）国外混凝土坝研究主要进展由于综合国力和整体科技水平上的差距，从国际上看，欧美、日本各国的水利水电开发程度在 20 世纪已经达到很高的水平，在高坝设计与施工方面曾取得很大的进展。当前，在发达国家，高坝大库的兴建已不多见，混凝土坝已不再是他们的重点研究方向。然而，拱坝、重力坝、碾压混凝土坝这几种高混凝土坝常用的坝型，以及胶凝砾石坝都是我国从国外引进的。涉及固体力学、混凝土力学、岩石力学、土力学的动静力本构关系和数值计算方法的原创性成果大多源于欧美国家。美国、瑞士和日本等国家近年来开展了对大坝抗震安全评价的研究。目前，发展中国家的坝工建设正方兴未艾，这些国家所取得的成就和经验教训值得我国重视，国际上已提出了碾压混凝土坝可以建到任何高度的设想，巴基斯坦待建的 Basha 坝向 300m 级特高碾压混凝土坝提出的挑战也值得我国关注。（二）近年来国内研究主要成果述评1 高拱坝技术二滩水电站的拦河大坝为抛物线形双曲拱坝，坝高 240m ，坝底厚度 55 ， 74m ，是目前我国已建成的最高拱坝，世界第三高双曲拱坝，在建的和待建的特高拱坝有世界第一高的锦屏一级（ 303m ）、小湾（ 292m ）、拉西瓦（ 250m ）、溪洛渡（ 273m ）、白鹤滩（ 275m ）、虎跳峡（ 278m ）等双曲拱坝。我国在高拱坝的建设方面已步人世界前列。在应用基础理论研究方面，大体积的全级配大坝混凝土强度试验，取得了一些成果，但因成本过高，设备条件有限，试件个数少，材料不均匀性大，成果离散性大，因而尚难建立新的实用本构关系。近期全级配大坝混凝土动力性能预静载动态试验取得了新的成果，三维动态细观力学、混凝土 CT 试验等都有所进展，促进了人们对混凝土中裂纹开展机理的认识过程。混凝土的断裂力学和损伤力学模型及各种组合模型、虚拟裂缝模型、钝裂缝带模型等已能应用到水工结构分析。其他还有新的混凝土非局部化模型及随机格构模型，都有引进和改进应用。但由于模型复杂，材料参数与常规试验不直接配套，自身试验基础相对薄弱，用于复杂的水工结构尚未被工程界普遍接受。基于拱梁分载法的拱坝体形优化和基于有限元方法的大体积混凝土温控仿真理论、方法和软件日臻成熟，应用普遍。混凝土坝的三维整体动静力非线性有限元应力变形分析、应力与渗流耦合以及仿真分析在重大工程中已普遍使用；在大坝与基础的联合作用分析、基础和坝肩稳定及抗震分析方面，计算规模庞大并且非连续的细部模拟异常复杂。其他引进的现代数值计算方法，如离散元法、 DDA 、数值流形代表的非连续数值分析方法，可以模拟结构的大变形和破坏全过程，一般用于破坏分析，但用于混凝土大坝设计的不多。我国的拱坝设计已达到世界先进水平。近期研究指出，改进混凝土坝安全评估方法的方向是改善坝体应力和稳定分析方法，使应力和稳定的计算结果更加符合实际，不在于是否采用可靠度理论，也不在于采用多项系数法；我国特高拱坝的抗压安全系数偏低，应适当提高混凝土坝抗裂安全系数，并提出了一套完整的决定抗裂安全系数的理论和方法。上述建议值得重视。小湾高拱坝混凝土设计指标（ C 180 40F 90 250W 90 14 ）高，通过选择合适的砂石骨料、采用 MgO 含量为 3.8 5.0 的中热水泥、掺级粉煤灰、掺高效减水剂与优质引气剂等措施，配制出高强度、低热、低弹模、不收缩、高耐久的大坝混凝土，满足了设计要求，使用效果好。2. 碾压混凝土筑坝技术我国自 20 世纪 80 年代引进新型碾压混凝土坝以来，建设起点高，发展迅速。已建的百米以上的高坝有龙滩（ 216m ）、百色（ 130m ）、江垭（ 128m ）、索风营（ 115m ）、棉花滩（ 113m ）、大朝山（ 111m ）、岩滩（ 111m ）、景洪（ 1lOm ）、水口（ 10lm ）等重力坝和沙牌（ 128m ）、石门子（ 109m ）、招徕河（ 107m ）、大花水（ 134m ）、蔺河口（ 100m ）等拱坝。龙滩大坝为 200m 级世界第一高碾压混凝土重力坝，混凝土总方量 385 万方，工程实现了在高温多雨地区的全年连续浇筑。在建的碾压混凝土坝还有以高 200.5m 的光照为代表的 23 座百米级以上的高碾压混凝土重力坝及拱坝。我国的学者和专家结合上述工程进行探索和研究取得了一系列研究成果，在坝体体形优化、抗震性能、碾压混凝土层间抗滑稳定、变 态和富浆二级配组合坝体防渗结构、温控防裂的特有问题、拱坝横缝、诱导缝和拉应力区的应力释放短缝设置等设计研究方面，以及碾压混凝土材料特性的实验研究、配合比设计、填筑和接缝重复灌浆工艺、成套设备等方面发展迅速，建设了一批世界级高坝，形成了一整套具有中国特色的筑坝技术，也形成了我国碾压混凝土粉煤灰掺量高、筑坝采用薄层大仓面、低稠度、快速短间歇、连续浇筑、全断面碾压施工等技术特点。在坝工结构和构造设计方面，以有限元为代表的现代数值计算方法在坝体位移、应力、稳定和抗震以及温度应力仿真中获得了广泛的应用。这些成就使我国已全面步人了碾压混凝土坝设计和施工的世界前列。另外，研究开发了石灰石粉、磷渣粉等碾压混凝土新掺合料，并成功应用于景洪等碾压混凝土坝工程，这为我国解决缺乏粉煤灰资源的西南地区修建碾压混凝土坝提供一种新途径。在基于新材料筑坝方面，由日本引进的胶凝砾石坝目前在我国仍处于试验和小规模试用阶段，尚有待进一步发展。3 混凝土坝温控防裂研究混凝土坝的开裂是非常普遍的现象，一直以来有“无坝不裂”的说法。造成这种说法的根本原因之一，是人们只重视早期表面保护而忽视后期表面保护。近年来，我国学者全面总结了混凝土坝的设计、施工和科研的经验和成果，提出了“全面温控，长期保温，结束无坝不裂的历史”的构想，反映了我国在混凝土坝防裂限裂的应用基础理论研究和工程技术上的长足进步。在以美国为代表的发达国家奠定的混凝土建筑物施工温控技术的基础上，从 20 世纪 50 年代我国的学者和水利工作者开始对混凝土坝温控防裂进行研究，全面系统地开拓和发展了现代水工混凝土建筑物施工温控理论方法和技术。近期鉴定通过的混凝土高坝施工温度控制决策支持系统，集中体现了我国在混凝土坝温控防裂仿真计算的理论、方法、软件方面的世界领先水平以及水工结构与现代计算机技术的高层次的交叉与融合。该系统实用性强，可根据混凝土高坝实际施工进度、浇筑工艺和温控措施及接缝灌浆等真实情况，利用实际数据进行实时仿真分析，及时反映全坝实际温度场和应力场状况，预测未来温度与应力的变化，掌握其变化规律，为现场施工温控决策提供技术支持；可在同一可视化仿真分析平台上对现场的混凝土热学参数、各项温控指标和措施进行反演分析计算；同时也可应用于混凝土高坝的设计和运行管理。我国近几十年来减水剂和粉煤灰的应用使得坝工混凝土的绝热温升已有所降低；采用氧化镁含量为 3.5 5.0 中热硅酸盐水泥，使混凝土自生体积变形为膨胀变形，以补偿温降收缩变形，提高了混凝土抗裂性；混凝土掺钢纤维与面板堆石坝混凝土面板混凝土掺合成纤维，均提高混凝土抗裂性；提出考虑因素全面、物理意义明确的水工混凝土材料抗裂指数计算公式；采用自动化拌和楼和大型平仓振捣机混凝土施工质量亦有较大改进；预冷骨料、水管冷却等技术已趋成熟，基础温差的控制基本符合设计要求，防止了基础贯穿裂缝发生。温控防裂上的一个新措施是在混凝土大坝表面采用外贴保温板和喷涂泡沫保温材料的方法进行坝面的保温，已用于三峡的三期工程、汾河二库、石门子和龙首碾压混凝土拱坝等工程。三峡三期工程在上下游表面采取 3 5cm 厚聚苯乙烯板长期保护，并实行了全面严格的温度控制，浇筑了 500 万 m 3 混凝土，未发现裂缝。研究成果和工程实践表明了永久保温措施在运行期的重要作用，其绝非仅在施工期才需要。永久保温板和保温防渗板已有研制。另外一个新的混凝土防裂措施是利用微膨胀混凝土的膨胀特性抵消混凝土温度收缩带来的拉应力，起到防止混凝土开裂的效果，减少温控措施，从而加快了施工速度。目前，国内已有 30 多座坝使用该项技术，前期多用于坝体基础块的填筑，近年来又开始用于拱坝的全断面。广东的长沙拱坝率先全断面采用外掺 MgO 微膨胀混凝土防止混凝土开裂。试验和分析研究以及工程经验表明，使用微膨胀混凝土筑坝必须进行温度应力补偿计算，针对当地气候条件设计，必要时应选择采用表面保护等温控措施以及设置诱导缝等结构措施。该项技术已应用于气候温和地区的中小型工程，例如，贵州三江拱坝，高 71 5m ，坝顶中心线弧长 137 。 5m ，在坝的上部设置了两条诱导缝，一个冬季内完成浇筑并已蓄水运行，至今来发现裂缝。由于大坝工程事关重大，目前尚不具备把该项技术推广到寒冷地区和大型工程的条件，进一步推广应用，特别是加大 MgO 的掺量，应通过慎重研究后决定。对于实现从“无坝不裂”到“无裂缝坝”的构想，研究表明拱坝设计中采用的设计荷载、计算条件、基岩地质构造及材料特性与实际情况存在差别，抗裂安全系数取值偏低，对碾压混凝土温控的认识有偏差，这些是混凝土拱坝竣工后出现各种事故的根本原因。在结构和温控设计中使用有限元仿真分析使计算结果尽可能接近真实状态，在做好基础温差等常规温度控制的基础上，重视运行期保温对上下游坝面依工程的重要性和坝型及部位的不同进行分区保温，施工区可选择长期或短期保温，运行期可选择永久保温或永久保温防掺，有望使混凝土拱坝不再开裂。4 老坝病坝安全评估与加固加高技术我国混凝土大坝运行期间最长者达 60 多年，有的混凝土大坝老化病害严重，主要有裂缝、渗漏、冲刷磨损与气蚀破坏、冻融破坏、混凝土碳化与钢筋锈蚀、水质侵蚀等病害。因此，必须对老坝病坝进行安全评估与补强加固处理。目前，我国拟从结构上加固的混凝土坝有梅山、佛子岭、丰满、陈村和恒山等大坝。主要存在的问题是混凝土老化及坝面和坝体存在裂缝，降低了大坝的安全度，混凝土设计指标、拉应力控制或坝肩稳定等不符合现行规范。这些坝的加固工作多处于设计阶段，尚无完成验收的工程。在结构上的主要关键技术问题是：上、下游加固方案的选择，混凝土置换方案的可行性、新老结构的结合、裂缝灌浆压力的控制、坝肩加固方式的选择、使用喷射钢纤维混凝土或喷射钢纤维钢筋混凝土的补强效果、坝肩加固方式的选择，以及温控和严寒地区保温板的使用等。以上问题在工程上已有解决方案，但分析计算方法、对实际安全度的补强效果尚待未来施工期和运行期的检验。目前尚无对现实病险坝加固的成熟的结构分析计算方法和相关的导则或规范。佛子岭连拱坝，经近 50 年运行后，主要问题是坝身裂缝较多，垛墙收缩缝冬季裂缝张开，削弱垛墙的整体性；拱筒叉缝和垛头斜缝，危害拱、垛结构强度。在结构补强方面，通过方案比较，决定采用钢纤维混凝土新型复合材料对大坝进行加固处理，并在大坝两端拱上下游面增设钢筋并用喷射钢纤维混凝土贴厚加固。在修补材料方面，研制成功多元胶凝材料高强抗冲磨混凝土、聚脲抗冲磨材料、“海岛结构”环氧合金抗冲磨材料、碳纤维复合补强材料、环氧聚氨酯互穿网络灌浆材料等，并在工程上得到成功应用。近年来对南水北调中线丹江口混凝土重力坝加高进行了大量的研究工作，其中，针对大坝加高工程中新老混凝土结合面开裂和全年施工的可行性关键问题，充分运用了有限元分析手段，分析了新老混凝土结合面开裂的机理，研究了减少新老混凝土结合面开裂的技术措施，从理论角度深入研究了加高工程高温季节施工的可行性，给出了具体技术要求，所提出的“设缝和保温”措施的思路新颖，力学机理明确，采用这些手段可以有效减少新老混凝土结合面开裂的面积，增强坝体的整体性。5 大坝安全监控理论与方法研究及系统开发大坝安全监控理论与方法逐渐丰富和完善。目前已建立包括了统计模型、确定性模型与混合模型、施工期特殊监控模型以及基于混沌理论、模糊数学、灰色系统等的预测模型在内的较完整的监控模型体系，提出了材料参数、荷载工况和结构安全度的反分析，以及混凝土坝分级监控指标的理论及方法，提出了重大水工混凝土结构隐患病害检测与监测的集成融合理论和方法、多因素组合条件下的混凝土老化和病变的机理、结构寿命和运行风险的分析评估理论和方法、监测物理量的因果时变分析模型，以及结构整体健康诊断的集成分析方法，初步建立了重大水工混凝土结构健康诊断体系。安全监控系统开发向自动化、网络化、智能化发展。近期完成的小浪底枢纽工程安全监测系统是目前我国结构最复杂、规模最大的。该系统面向实测数据、工程安全问题及不同层次用户需求，以发现结构异常、确定异常程度为主要目标，采用人工智能技术开发大坝安全监测信息综合分析推理系统，可以满足在线监控及离线分析的需要。主要的技术特点有：单测点的信息最大限度的定量化，确定测点的时效发展趋势；利用专家系统技术使综合推理部分结构化以及为分析人员离线综合分析提供了充分有效的数据和模型支持。近期这些技术又已改进、推广应用到多个混凝土坝的安全监控系统。6 水工混凝土耐久性研究对混凝土抗冻性问题，主要进行了 C60 C100 高强混凝土抗冻性、新型 SJ-2 引气剂研制与应用、安全性抗冻混凝土技术条件、混凝土抗冻定量化设计、冻融与荷载双重疲劳因素作用下混凝土损伤过程等试验研究。对混凝土抗冲磨性问题，主要进行了低收缩硅粉高强抗冲磨混凝土、多元胶材高强抗冲磨混凝土、聚脲抗冲磨材料等试验研究。对混凝土化学侵蚀问题，主要进行了压力水作用下混凝土渗漏溶蚀。、高浓度与外力作用下混凝土硫酸盐侵蚀性试验研究，以及抗硫酸盐侵蚀材料研制与应用研究等。7 高分子材料水工混凝土建筑物高分子材料主要包括密封嵌缝材料、涂料、灌浆材料与土工合成材料等。我国密封嵌缝材料发展较晚，从开始进口到现在都能生产聚氨酯、聚硫、硅酮、丙烯酸四大密封材料；水工结构用涂料包括防腐、防碳化、抗冲磨等涂料，我国已开始重视环保 型涂料的研发，如有机挥发扬（ VOC ）含量低的聚氨酯、聚酯、环氧、丙烯酸涂料已研制成功；高分子灌浆材料主要分防渗堵漏浆材与结构补强加固浆材两类，近几年开发出环氧聚氨酯互穿网络浆材与环氧甲凝互穿网络浆材；土工合成材料主要是土工膜，其功能是防渗。采用土工膜作为碾压混凝土坝上游面防渗、抽水蓄能电站上库或下库也有用土工膜防渗的。三、国际比较（一）与国际混凝土坝的研究进展的差距水工结构学科是在逐步解决水利水电工程关键技术问题的过程中不断发展的，每一个精心设计和施工的水利水电枢纽都包含着科学与艺术相结合的创新。随着二滩、龙滩、三峡和小湾等一批高或特高混凝土坝的兴建，在引进和自主开发相结合的方针指导下，我国在高混凝土坝的结构设计和分析的理论、方法，以及施工技术等均已达到国际先进水平，在许多方面已处于世界领先水平。然而，我国的新混凝土坝坝型和新结构的成果在世界上得到广泛承认和应用的还相对较少，尽管这与大坝设计尚带有相当程度的经验性有关，但也反映出我国坝工基础理论研究和应用技术还有待在总结分析已有成果的基础上进一步深化和提高。发达国家为满足其他建筑和工业行业的需要，在固体力学和动、静力混凝土力学的本构关系和数值计算方法的原创性成果的基础上，近年来取得了许多成果，也已开始为我国所引进借鉴并开展研究和改进，但在坝工上的具体应用尚极不成熟。以有限元为代表的现代数值计算方法已开始广泛在设计、施工和运行的各个阶段，但原创性的工作也不多。美国、瑞士和日本等国家已在大坝抗震安全评价准则的制定方面做了许多工作，国际大坝会议建议了运行基准地震 OBE 和最大可信地震 MCE 或最大设计地震 MDE 两级设防的安全水准，我国也正开展这方面的研究，但对坝址地震动输入工程界尚未达成共识。在混 凝土断裂损伤动静力特性试验方面还有待进一步发展。我国尚未开发出通用的结构分析软件。坝工专业软件对发达国家已不是研发重点，与他们的其他主流行业的专业软件相比，我国无论在软件开发周期和推广应用上都有不小的差距。在大坝安全监测方面，目前温度、应力应变及渗漏监测的分布式光纤技术发展较快，英国、美国及日本等在设备研发上处领先地位，国内应用较多，但研发能力相对薄弱，还没有成功的应用实例。与发达国家相比，我国水工混凝土耐久性微观机理与量化研究深度不足，多因素复杂环境侵蚀条件下的仿真研究较少，研究成果纳入规范及推广应用进程缓慢。（二）主要发展方向比较从国际上看，欧美、日本等发达国家和地区的大坝工程研究的重点已转移到大坝的寿命、坝工与环境、生态的协调、溃坝的风险预测与评估等领域。有关我国在这些领域的研究情况不是本报告评述的重点。为适应我国坝工迅速发展的需要，结合我国的坝工建设中的关键技术，国家“六五”至“九五”攻关、自然科学基金和相关主管部门多次立项，在混凝土材料的动静力试验分析，大坝混凝土本构关系与分析模型和相关数值计算方法、大坝和基础的联合作用、大坝混凝土的温控与仿真、高坝设计理论和方法，高坝抗震、碾压混凝土坝材料特性、大坝断面和构造、层间结合和温度应力控制等特殊问题及坝工新材料、新结构和新筑坝技术的应用，以及大坝安全监测等方面全方位地开展了系统的研究。 2l 世纪以来，我国在坝工上的发展方向主要集中在满足西部大开发的战略发展要求方面，研究的重点以解决重大工程的关键坝工问题为目标，更有针对性和实用性。例如，在“十一五”攻关中，坝工方面开展了丹江口大坝加高关键技术的研究并拟在特大型梯级水利水电工程高效运行关键技术研究中，结合溪洛渡、向家坝、白鹤滩等工程开展高坝深层抗滑稳定、特高拱坝抗裂、防裂以及高拱坝结构安全度的研究。我国水工混凝土材料研究发展方向是开发新型掺和料与外加剂，不断提高水工混凝土的抗裂性与耐久性。四、战略需求与发展目标（一）学科发展目标当前，面对诸多世界级高难度的大型和超大型水利枢纽工程的兴建及已建水工建筑物的逐年老化和可能出现的病险状况，靠引进和借鉴他国经验已无法应对未来的发展。学科发展的目标是认真总结国内外的经验，针对我国水利水电工程中的关键技术问题，确定重点研究方向，加强应用基础理论研究，充分运用现代科学理论和高新技术，在更高的层次上实现学科的交叉渗透和融合，以期在基础研究和关键技术上有所突破和创新，使学 科在整体上达到世界领先水平，为我国南水北调、水电开发等水资源和水能资源开发利用中的工程建设提供科技支撑。（二）水工混凝土结构与材料学科发展需求分析1. 特高混凝土坝建设的需求尽管我国在高坝设计、施工和科研方面已达到世界先进水平，但特高混凝土坝规模巨大，设计和施工非常复杂，存在着许多现有科技手段尚不能察明的不确定因素，可参考和借鉴的经验缺乏。从结构的角度看，需要对设计标准和安全评价准则作全面审核，研究更先进的安全评估方法和新技术纳入规范的可行性，并需要针对每一个坝的结构和材料关键技术问题使用先进的技术手段进行具体研究，在基础理论和应用技术上有所突破。对特高坝工程有需要也有条件引进和发展现代计算机和网络技术，实现大坝设计、利，研、施工和管理为一体的数字化、可视化、智能化和网络信息化。从筑坝混凝土材料角度看，需进一步提高混凝土材料的抗裂性与耐久性等。2 高坝安全管理的需求目前，重大水工混凝土结构健康诊断体系已初步建立，有必要对大坝安全监控理论与方法进一步丰富和完善，并向利于实用的软件化方向发展。同时，有必要实现勘测、设计、施工、计算分析成果的信息化，为监控提供更全面的基础条件，以便提取有关结构及基础的材料性能参数、荷载、工作形态变化规律的信息，建立具有针对性的安全评价与实时监控模型与方法，在更高的层次上进行高坝安全评价与实时监控。面向流域的高坝安全评价与管理和高坝安全风险评价与管理也是目前研究的热点。3 老坝、病混凝土坝安全评估和加固技术的需求老坝、病混凝土坝的安全评估目前使用的方法主要是通过对大坝监测数据和人工巡视检查的结果的分析发现问题，有必要则通过表面或内部钻孔对混凝土或坝基进一步观测或取样用试验对老化和损伤程度进行评判，所依据的准则出自相关的设计规范。目前尚无针对现实病险坝状态制定的加固的规范或导则。有必要对现实病险坝安全评估的理论和方法进行总结和研究。永久保温措施在降低温度荷载作用显著，如何纳入荷载规范尚待研究。水工混凝土建筑物抗冲磨修补使用年限不够长，水下修补（如丰满大坝上游面防渗水下处理）难度极大，因此，需要研究新型抗冲磨材料、水下修补材料及水下修补工艺等。五、对策与建议（一）水工混凝土结构与材料领域学科发展的重点领域1. 高坝真实工作形态与安全评估方法混凝土坝的开裂分析一直是水工结构分析中的难点和研究热点，重点是开裂机理分析、使用 CT 等先进技术对混凝土内部损伤破坏过程的研究；动静力本构模型，包括实用的断裂和损伤模型的建立及应用，关键是模型的试验基础和对模型的验证，包括用工程实例的验证；坝一水库一地基系统动、静力相互作用的力学模型、构造缝和裂缝等的非连续力学及裂隙渗流耦合模型的完善和改进，以及实用算法和软件的改进及研发。在大坝安全评估方面，研究指出：施工应力、非线性温差、库区水压力、基岩地质构造及特性、横缝与裂缝等对拱坝应力状态有重大影响，材料力学、拱梁分载法和弹性力学方法很难考虑这些因素，在拱坝剖面设计中应以有限元等效应力法取代拱梁分载法；极限平衡法不能考虑坝体和坝基应力状态及坝体与坝基互相影响，重要工程应以有限元强度递减法取代极限平衡法计算抗滑稳定；在查明地质构造的前提下，通过全坝全过程非线性有限元仿真分析及基于有限元强度递减法的安全评估，可以充分考虑各种因素对坝体应力、稳定及安全度的影响，避免重大事故的发生。进一步完善和推广混凝土坝温控防裂仿真计算的理论、方法、软件以及加强表面保温防护措施的研制和应用，避免裂缝的发生。在大坝抗震领域建议按满足工程需要的合理精度，采用多种方法比较和加强实践验证的方法，通过研究以期对地震动的输入尽早达成共识和规范化，开展高坝抗震理论的研究，建立高坝抗震安全评价体系。2 特高坝的设计标准和安全度尽管高坝真实工作形态与安全评估方法的建议和对策同样适用于特高坝，但已建和在建的 300m 左右的特高坝非常少，对在很大程度上依赖经验的坝工设计来说，有必要对特高坝的设计标准和安全评价准则的可靠性进一步研究。建议及时对已建和在建特高坝原型监测数据进行分析，并及早针对待建工程对相关设计标准和安全评价准则开展全面的可靠性评估。3. 数字大坝建设建议加强大型水工结构数值分析实验室的建设，进行大型结构的动静力计算、仿真分析，加强力学试验数据的处理和本构模型的验证、监测数据的处理和结构的反馈分析，实现工程地质等信息的图形化并开展软件开发工作，从而实现学科的高水平交叉融合，作为长远目标，逐步实现以巨型网络计算机为中心，在海量存储、虚拟现实技术及 GPS 、多媒体等技术下的软件和信息资源的共享。“数字水电站”这一新概念也已提出，目标是实现水电站规划、设计、科研、建设及管理的智能化、可视化和网络化。对超大型水利工程，建议数字水电站的核心软件装备基岩三维地质结构及基础处理模块、全坝全过程非线性有限元仿真模块、施工组织设计优化模块、监测资料处理模块。4. 大坝安全监控与安全管理方法对大坝安全监控与安全管理方法建议加强监测、检测与计算仿真技术的融合，系统研究大坝工作状态评估、健康诊断与安全评价理论与方法；加强基于网络的远程安全监控与分析技术研究，开发面向流域的大坝管理系统并面向流域的大坝风险评价理论与方法的研究，开发大坝安全预警系统。5. 特高坝混凝土抗裂性与耐久性通过材料改性尽量提高水工混凝土的材料抗裂性，即提高混凝土极限拉伸变形、徐变变形、自生体积膨胀变形，降低水化热温升而减小温度变形等，并