国家骨干水网及重大水电工程建设是实现国家“双碳”目标和水安全及能源安全战略的重要保障。我国西南、西北尤其是青藏高原地区的高山峡谷河流蕴藏着十分丰富的水能资源，但河床覆盖层深厚。随着我国西南水电基地和雅江下游水电开发及抽水蓄能电站的建设，近期和将来面临的深厚覆盖层上建坝需求增多。与建在基岩上的面板坝相比较，修建于覆盖层上的面板坝存在防渗系统变形不协调下的渗流控制、覆盖层上高面板坝建坝适应性、防渗系统局部缺陷评价、覆盖层上高面板坝长效性能评估等行业“卡脖子”问题。为此，我校水利水电学院沈振中教授研究团队紧密围绕国家重大需求和科学前沿，在覆盖层上高面板坝变形与渗流控制、设计准则、长效性能评估技术等方面取得了创新和突破。

1.研发了深厚覆盖层高面板坝防渗系统“柔性”连接型式及防渗效果评价方法

针对深厚覆盖层上高面板坝坝基混凝土防渗墙与趾板间不均匀变形问题，对比“刚”、“柔”连接型式，提出了深厚覆盖层高面板坝“坝基混凝土防渗墙+连接板+趾板+面板”的坝基与坝体防渗系统“柔性”连接型式和渗流控制设计准则，有效解决了深厚覆盖层高面板坝坝基与坝体防渗系统变形不协调带来的渗流控制技术难题；针对传统计算方法难以准确计算防渗系统缺陷部位渗漏量及定量评价覆盖层渗透坡降超限区的问题，建立了深厚覆盖层面板坝防渗系统潜在缺陷部位渗控量化指标，提出了一种基于三维有限元分析的任意断面（柱面）渗流量计算方法，实现了混凝土防渗墙（面板）局部缺陷（开叉、裂缝、破损、空洞、失效等）条件下缺陷部位渗漏量的精准预测和受局部缺陷影响的覆盖层渗透坡降超限区分布的有效评价；针对覆盖层上面板坝力学参数多、反演效率低的问题，提出了基于面板坝工程原型监测资料的渗流和变形力学参数人工智能反演分析方法，实现了坝体和坝基多分区参数的高效反演。 

图1 创新成果一示意图

2.提出了深厚覆盖层高面板坝建设适应准则及防渗墙施工时序控制技术

针对深厚覆盖层高面板坝变形大，缺乏覆盖层高面板坝覆盖层物理力学参数控制原则等问题，系统分析了覆盖层厚度、覆盖层模量系数和坝高对坝体应力变形的影响，构建了基于坝基覆盖层工程特性和坝体结构特性的悬挂式垂直防渗布置控制指标体系和覆盖层深度、模量系数与适用面板坝坝高的定量关联，提出了能适应深厚覆盖层超大不均匀变形的结构布置设计准则；针对防渗墙施工时序对坝体及防渗墙应力变形影响不明确的问题，定量分析了“先坝后墙”“先墙后坝”和“墙坝相间”施工时序对坝体应力变形、面板应力、面板挠度和防渗墙应力变形的影响规律，提出了“墙坝相间”施工时序控制技术，有效控制坝基防渗墙结构受力分布，保障了防渗墙长效安全运行。

图2 创新成果二示意图

3.创建了深厚覆盖层上高面板坝长效性能评估与寿命预测模型

针对混凝土面板、防渗墙及灌浆帷幕等混凝土防渗体在长期服役过程中性能劣化显著、测试手段缺乏的问题，研制了首个二级配大尺寸混凝土渗透溶蚀试验装置，破解了超高水力梯度下开裂混凝土面板渗流量、钙离子浓度和裂缝开度等参数的联合测定难题，探明了混凝土面板宏观渗透行为与微观胶凝物质溶解之间的内在联系，填补了混凝土面板渗流-溶蚀耦合分析领域的空白；针对防渗系统时变性态分析方法与寿命评估准则缺失的问题，提出了考虑防渗材料本体与支撑结构变形影响的时变分析技术和混凝土面板防渗与强度“双控”寿命评估准则，实现了混凝土面板坝时变性态和服役寿命精准预测；针对深厚覆盖层上高面板堆石坝长效性能评估误差大的问题，开发了考虑覆盖层和面板坝流变效应的弹-黏弹-黏塑硬化模型，确定了坝体变形、接缝变形和面板应力动态安全评价指标及阈值，实现了深厚覆盖层面板坝长效性能评估及预测。

图3 创新成果三示意图

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目（52379123、52179130、51609073）等资助，发表在《Computers and Geotechnics》《Construction and Building Materials》《Journal of Hydrology》《 Journal of Building Engineering》等期刊，成果已成功应用于新疆察汗乌苏、甘肃苗家坝和九甸峡、四川金川等20余座面板坝工程，经济社会生态效益显著，推广应用前景广阔。

代表性文献成果：

[1] Feng Yaxin, Tian Bin, Shen Zhenzhong, Sun Yiqing, Zhang Hongwei, Xu Liqun, Gan Lei, Wang Runying. (2025). A novel inversion approach for seepage parameter of concrete face rockfill dams based on an enhanced sparrow search algorithm[J]. Computers and Geotechnics, 183: 107214.

[2] Gan Lei, Zou Zongyi, Zhang Zongliang, Zhang Hongwei, Gu Hao, Jing Hongjie. (2024). Investigation on the evolution of concrete pore structure under freeze-thaw and fatigue loads[J]. Journal of Building Engineering, 97: 110914.

[3] Yu Jiaao, Shen Zhenzhong, Li Haoxuan, Li Fangzhi, Huang Zangxin. (2024). An artificial intelligence optimization method of back analysis of unsteady-steady seepage field for the dam site under complex geological condition[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 83(4): 127-146.

[4] Xu Liqun, Zhao Shaofeng, Zhang Hongwei, Shen Zhenzhong, Gan Lei, Li Ling, Zhang Yanhe. (2024). Hydraulic fracturing in cement mortar subjected to seepage-sulfate coupled attack under varying pH levels[J]. Construction and Building Materials, 449: 138325.

[5] Li Lechen, Brügger Adrian, Betti Raimondo, Shen Zhenzhong, Gan Lei, Gu Hao. (2024). A Cepstrum-Informed neural network for Vibration-Based structural damage assessment[J]. Computers & Structures, 306: 107592.

[6] Gan Lei, Liu Yu, Xu Teng, Xu Lei, Ma Hongying, Xu Weichao. (2023). Experimental investigation of the seepage characteristics of a single fracture in limestone with different roughness and seepage fluids[J]. Journal of Hydrology, 622: 129699.

[7] Gan Lei, Xu Chaoqun, Shen Zhenzhong, Xu Liqun, Zhang Hongwei, Liu Yuan. (2023). Numerical investigation of seepage dissolution evolution of the bottom expansion cutoff wall in deep overburden[J]. Construction and Building Materials, 386: 131510.

[8] Gan Lei, Xu Weichao, Shen Zhenzhong, Xu Liqub, Zhang Wenbing. (2023). Experimental and numerical investigations on damage evolution of concrete under sulfate attack and freeze-thaw cycles[J]. Journal of Building Engineering, 71: 106469.

[9] Gan Lei, Chen Guanyun, Shen Zhenzhong, Xu Liqun, Zhang Wenbing. (2022). Modification method of seepage parameters for rough fractures based on digital image technique[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 209: 109967.

[10] Zhang Hongwei, Shen Zhenzhong, Xu Liqun, Gan Lei, Liu Detan, Wu Qiong, Tan Jiacheng, Sun Y,iqing Ma Zekai. (2022). Experimental and theoretical investigation on hydraulic fracturing in cement mortar exposed to sulfate attack[J]. Materials & Design, 223: 111226.