前言

20世纪70年代末以来，国内继东江、紧水滩、李家峡、五强溪等水电站采用下游坝面压力管道（即坝后背管）以来，三峡水电站也采用了下游坝面浅槽式钢衬钢筋混凝土结构型式，随着坝后背管管型纳入《水电站压力管道设计规范》及三峡的采用，对国内这种管道的应用将产生巨大的影响，也促进了有关科研工作的开展，特别是针对三峡管道在选择结构型式阶段和技术设计审查阶段开展了比较透彻的科研工作。

对三峡管道斜直段而言，由武汉大学马善定教授领导，我们参加完成了大比尺 （1∶2）平面结构模型试验研究。浙江大学钟秉章教授等人用非线性有限元进行了相应的结构仿真计算，计算成果和试验结果在应力分布、变形规律、初裂荷载及部位、塑性软化开裂区发展规律等方面较为接近，并可相互验证。中国水利水电科学研究院董哲仁等人也作了比较全面系统的结构仿真计算，并提出了钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度计算方法。与此同时，西北勘测设计研究院傅金筑教授在李家峡水电站坝后背管原型观测的基础上对坝后背管外包混凝土裂缝进行了大量深入研究，对模型裂缝的相似性问题、坝后背管的结构计算方法、缝宽及裂缝处钢筋应力的关系等都有独到见解。

在三峡技术设计审查阶段根据三峡坝后背管1∶2大比例尺平面结构模型试验的成果和国内外这种管道的设计运行经验，对安全系数、钢衬钢筋材质及配置等进行了优化。长江水利委员会提出了三峡水电站压力管道优化设计报告，并于1998年4月9日在北京通过了专家审查。在长江水利委员会和三峡总公司的支持下三峡大学水利与环境学院承接了 “三峡水电站压力管道优化设计方案工作性态研究”课题，深入的研究使得课题研究的难度很大，如钢衬钢筋混凝土的三维非线性有限元分析，在过去的研究中对混凝土本构关系模式，钢衬与钢筋混凝土黏结滑移的本构关系等至今尚未获得大多数人公认的满意结果，目前还几乎不能用数值方法求解裂缝宽度。为此我们一方面钻研三维非线性有限元，同时寻求新的方法，如用数值流形方法模拟固体介质的裂纹扩展，用BP网络中的全局优化算法预测大坝背管混凝土的裂缝宽度，计算结果与模型试验或有关计算都有较好的对比性，这些尝试虽然是初步的，但具有开创性，这也在一定程度上拖了进度。研究报告于2006年完成并通过验收。

研究过程为了更好掌握国外关于坝后背管发展情况，我们于2001年初完成了三峡总公司与俄罗斯关于三峡工程压力管道交流资料的翻译工作，其后又于2002年8月与三峡总公司配合完成了《前苏联钢衬钢筋混凝土压力管道设计与施工》一书的出版工作，这其中的工作量巨大。

在完成上述各项工作的基础上，由笔者撰稿成书，书中各章内容及完成人情况如下：第1章概述，完成人为伏义淑、田斌；第2章厂房坝段混凝土三维跳仓浇筑施工过程实时仿真分析，完成人为秦杰、黄达海、孟永东、王林伟；第3章水电站钢衬钢筋混凝土压力管道运行期温度影响研究，完成人为秦杰；第4章坝后背管外包混凝土裂缝宽度实用新算法研究，完成人为王康平、伏义淑；第5章用数值流形法进行裂缝扩展计算研究，完成人为王水林；第6章坝后背管三维非线性有限元应力应变分析，完成人为童富果、田斌、徐福卫、张萍；第7章大坝背管混凝土裂缝的前馈人工神经网络预测研究，完成人为徐福卫、蒋定国、晋良海；第8章紧水滩水电站坝后背管调研报告，完成人为伏义淑。在成书过程中得到了吴海林博士、卢晓春博士的支持，并由万光义、唐迎旭、张洋完成文字修改、打印等工作。

在完成上述各项研究任务的过程中得到武汉大学马善定教授、长江水利委员会陈际唐教授、西北勘测设计研究院傅金筑教授、三峡工程开发总公司专家组专家魏永辉的指导和帮助，在此一并表示衷心的感谢。

本书能如期出版，得到了三峡大学水利与环境学院以及三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心的资助，感谢学校以及学院的支持和信任。

限于水平，书中缺点和错误在所难免，希望读者给予指正。

著者

2015年7月于宜昌