渗流性态是影响碾压混凝土坝安全稳定的关键因素。然而，由于碾压混凝土坝坝体结构的特殊性，坝基地质条件的复杂性以及渗流运动的隐蔽性，使得碾压混凝土坝的渗流性态难以被准确分析与有效控制。国内外目前主要从渗流参数反演、渗流数值模拟和渗流安全评价三个方面对大坝渗流性态进行分析，并且已取得诸多有意义的研究成果;然而，现有研究仍然存在一些不足。首先，缺乏既能够快速、准确地反演渗流参数，又能充分考虑反演过程中不确定性的渗流参数反演方法;其次，缺乏能够精细模拟复杂地质条件下的碾压混凝土坝自由渗流场的数值模拟方法;再者，缺乏能够充分考虑评价过程中不确定性的碾压混凝土坝渗流安全综合评价模型。另一方面，目前碾压混凝土坝渗控结构优化研究大多采用单参数、单目标的优化方法，无法充分考虑不同的渗控结构设计参数之间的关联性，以及难以获得同时满足多个目标要求的渗控结构设计方案。因此，如何克服现有研究中的不足，提高碾压混凝土坝渗流性态分析的可靠性以及渗控结构优化的有效性，是碾压混凝土坝渗流分析与控制领域亟待研究的重要课题。本文针对碾压混凝土坝渗流性态分析与渗控结构优化进行了深入的研究，并取得以下创新性研究成果：
　　(1)针对传统贝叶斯渗流参数反演方法仅考虑反演过程中的随机性，而忽略灰色性与未确知性，并且求解效率与反演精度均较低的现状，引入熵-盲数理论、响应面模型和高斯牛顿法对其进行改进，进而提出了一种改进的贝叶斯渗流参数反演方法。
　　首先，为充分考虑反演过程中的多种不确定性，将待反演渗流参数视为盲数，并引入熵-盲数理论对其进行不确定性分析;其次，为提高贝叶斯渗流参数反演的求解效率，采用响应面模型替代其求解过程中需要反复调用的正演模型;再者，为提高贝叶斯渗流参数反演的反演精度，采用高斯牛顿法对其反演结果进行优化;然后，给出了改进的贝叶斯渗流参数反演求解流程;最后，通过一个假想二维矩形土坝渗透系数反演的算例，验证了该方法的有效性和准确性。
　　(2)针对现有碾压混凝土坝渗流数值模拟研究多采用达西定律求解渗流场，概化了渗流运动过程，并且难以有效准确地确定浸润自由面位置，以及在建模过程中常常对地质条件、坝体的细节以及排水孔进行较大的简化处理的现状，提出基于精细地质建模和CFD技术的碾压混凝土坝渗流数值模拟方法。
　　首先，通过将不同尺度和类型的数据源进行有效的整合，提出了包含地质构造模型以及人工对象模型的三维精细地质模型的建模方法;其次，基于CFD技术和VOF方法，建立了碾压混凝土坝渗流数值模型，并通过三维精细地质模型数据与CFD模型数据之间的耦合转化，以及采用有限体积法和PISO算法求解数值模型，实现了对复杂地质条件下的碾压混凝土坝渗流场的数值模拟;然后，提出了一种基于“以缝代井列”法的开度可调节排水孔幕模拟方法;最后，以某碾压混凝土坝段为研究对象，通过对比模拟结果与现场实测资料验证了该方法的可靠性。
　　(3)针对当前大坝渗流安全评价研究大多仅采用反映整体渗流安全且现有技术可监测的指标建立评价指标体系，忽略了坝体溢出点高程、坝基防渗帷幕最大水力梯度等目前难以监测但对局部渗流安全有重要影响的指标，并且在评价过程中未能充分考虑由于等级分界与数据获取存在的模糊性和随机性的现状，提出了基于AHP-熵权法和云模型的碾压混凝土坝渗流安全模糊综合评价方法。
　　首先，在常规的大坝渗流安全评价指标(坝体渗流量、坝基面扬压力、坝基渗流量)的基础上，通过数值模拟增加现有技术难以监测但对局部渗流安全有重要影响的两个指标(坝体溢出点高程和帷幕最大水力梯度)作为碾压混凝土坝渗流安全的评价指标，从而建立了多层次、多指标的碾压混凝土坝渗流安全综合评价指标体系;然后，提出基于AHP-熵权法和云模型的碾压混凝土坝渗流安全模糊综合评价求解方法，该方法能够克服主观因素的依赖，同时考虑评价过程中的随机性和模糊性，并且能够量化评价结果的模糊性程度;最后，以某碾压混凝土坝段为研究对象，对其渗流安全状态进行了模糊综合评价，并通过与传统方法进行对比验证了该方法的可靠性和优越性。
　　(4)针对目前碾压混凝土坝渗控结构优化研究多采用单参数、单目标的优化方法，无法充分考虑不同设计参数之间的关联性，以及难以获得同时满足多个目标要求的渗控结构设计方案，并且现有少数考虑多参数联合或者多目标的研究尚存在求解效率低或者求解精度差等问题的现状，提出了基于代理模型的碾压混凝土坝渗控结构多目标优化方法。
　　首先，通过对碾压混凝土坝渗控结构主要组成部分的渗控原理、设计原则以及设计参数进行分析，建立了碾压混凝土坝渗控结构多目标优化数学模型;然后，提出了基于多目标粒子群算法与代理模型的模型求解方法，其中，多目标粒子群算法应用于快速求解Pareto解集，而代理模型应用于建立设计参数与优化目标之间的近似关系式，用以替代优化过程中求解耗时的渗流数值模型，从而提高求解效率，同时考虑不同设计参数之间的关联性。最后，以某碾压混凝土坝坝体为研究对象，对其渗控结构进行了多目标优化，并通过与传统方法进行对比验证了该方法的有效性与优越性。
　　(5)以我国西南某碾压混凝土坝工程为例，对本文提出的碾压混凝土坝渗流性态分析和渗控结构优化理论与方法开展了应用研究。
　　首先，采用改进的贝叶斯渗流参数反演方法对该工程的渗流参数进行反演分析;其次，以渗流参数反演结果作为输入参数，采用基于精细地质建模与CFD技术的碾压混凝土坝渗流数值模拟方法对该工程的渗流场进行了数值模拟分析;然后，基于工程现场渗流监测资料和渗流场数值模拟结果，采用基于AHP-熵权法和云模型的碾压混凝土坝渗流安全模糊综合评价方法对该工程的厂房坝段渗流安全进行了综合评价;最后，为提高该工程的渗流安全性能，采用基于代理模型的碾压混凝土坝渗控结构多目标优化方法对其渗控结构进行了多目标优化。实践表明，本文提出的碾压混凝土坝渗流性态分析和渗控结构优化理论与方法科学、有效、可靠，能够为碾压混凝土坝工程的渗流分析与渗控设计提供理论基础与技术支持。