针对大坝渗透系数反演结果唯一性问题和渗流场动态变化的特点,本文以水口混凝土坝为研究对象,建立了基于正交设计、有限元正分析、BP神经网络和遗传算法(GA)相结合的渗流多目标动态反演分析模型。结合有限元数值计算软件,建立了水口混凝土坝引水坝段三维有限元模型,并以监测环境量和效应量为参数反演的数据基础,以渗流多目标动态反演分析模型为参数反演的技术基础,开展了水口混凝土坝坝体、防渗帷幕和坝基渗透系数反演研究,在此基础上对水口混凝土坝的渗流安全状态进行了分析并提出了渗流监测的优化建议,主要研究成果如下:(1)针对稳定渗流反演结果唯一性问题,建立了基于正交设计、有限元正分析、BP神经网络和遗传算法相结合的渗流多目标动态反演分析模型。通过土石坝算例验证了所建立反演模型的可行性,并探讨了不同监测效应量对渗流反演结果的影响程度,确定了渗流反问题数学模型中的最优权重。本文所建立的多目标动态反演分析模型可以较好的解决单目标反演的缺陷,所得反演参数为绝对参数,反演结果唯一。(2)基于水口混凝土坝工程概况和渗流监测设计方案,调取了水口混凝土坝坝基扬压力和渗流量的数据资料,分析了扬压力和渗流量的变化规律,为水口混凝土坝的安全管理提供了参考。针对部分测点扬压力和渗流量发生突变的情况,分析了异常变化发生的主要原因,排除了威胁大坝安全的影响因素。鉴于反演结果准确性问题,筛选出可用于渗流反演的数据资料,在一定程度上减小了反演结果的误差和确保了反演结果的准确性。(3)基于有限元数值模拟软件,本文建立了水口混凝土坝引水坝段的三维有限元模型。结合水口混凝土坝水文地质条件,确定了参与渗流反演的参数。通过本文建立的渗流多目标动态反演分析模型,得到了水口混凝土坝坝体、坝基(强风化花岗岩和弱风化花岗岩)和防渗帷幕的反演渗透系数。坝体、防渗帷幕、强风化花岗岩以及弱风化花岗岩的反演渗透系数与其理论值之间的相对误差分别为17.41%,9.2%,-18.11%和15.3%,总体上反演渗透系数的相对误差控制在20%以内。为了验证反演渗透系数的准确性,通过扬压力和单宽渗流量实测值和模拟值的对比,分析了反演结果的可靠程度。3个渗压计的扬压力相对误差分别控制在-0.40%~0.92%,-9.92%~8.75%和-22.03%~22.7%范围内,单宽渗流量相对误差控制在-17.50%~26.92%范围内,反演结果可靠。本文所反演的渗透系数反映了水口混凝土坝真实工况下的参数,所反演渗透系数可以用于水口混凝土坝渗流安全分析。(4)开展了水口混凝土坝在正常蓄水位和校核洪水位工况下的渗流安全分析。水口混凝土坝在两种工况下的渗流场分布规律基本一致,防渗帷幕承担了大约82%和80%的水头,坝体坝基渗透坡降值基本控制在0~2和0~2.15范围内,防渗帷幕处最大渗透坡降值接近18.5和19.4,均小于设计允许坡降值25。通过对比两种工况下大坝总水头分布规律可知,上游水位变化对坝基防渗帷幕下游侧水头值影响较小,表明水口混凝土坝的防渗帷幕和排水孔起到了良好的“前堵后排”的效果,大坝处于安全的运行状态。结合渗流场分析结果,建议在水口混凝土坝4#~39#坝段防渗帷幕上游侧,沿坝轴线方向布置1个纵向扬压力监测断面,监测防渗帷幕前扬压力的动态变化;同时,关闭11#、17#、25#、29#、32#坝段横向廊道内最靠进下游测的渗压计。