近年来,随着我国一大批具有高水头、大流量的高拱坝相继投入运行,保障其健康服役关乎整个工程的安危。在服役过程中高拱坝受动荷载与不确定环境因素作用易形成疲劳损伤,而泄流激振往往是加剧拱坝累积损伤的重要因素。高拱坝及地基的材料性能参数作为反映其运行健康性态的重要指标之一,对精准评估大坝结构整体运行性态发挥着重要作用。为此,本文以某高拱坝为研究对象,采用原型观测、理论分析和数值模拟相结合的研究手段,开展原型材料参数反分析研究,主要内容如下:（1）鉴于在高拱坝原型振动测试中外界环境噪声的干扰,拱坝原型振动响应信号常表现为非线性和低信噪比,为精确提取出结构振动响应中的有效特征信息,提出一种基于信号特性改进的变分模态分解算法,全面实现了振动响应信号的滤波降噪。（2）考虑到基于数据驱动的随机子空间法中参数不确定性及其所带来的结构振动模态参数的识别误差,提出一种基于参数优化改进的随机子空间法,通过构造脉冲模拟信号来模拟高拱坝振动响应,分析参数优化对模态参数识别的精度和稳定性,从而确定一种最适于揭示高拱坝在工作状态下的模态阶次及模态特性的手段。（3）考虑高拱坝材料参数反演的计算效率和精度,基于高拱坝材料分区情况,建立考虑流-固耦合作用的高拱坝三维有限元模型,分析不同材料参数对高拱坝动力特性的灵敏度,确定对高拱坝动力特性影响较大的材料参数,以此为基础,深度挖掘各分区材料参数对于高拱坝模态参数的敏感性,阐明材料参数分区对结构模态参数的影响规律,确定高拱坝待反演的材料参数及其分区。（4）针对有限元正分析计算效率过低的问题,基于响应面理论,提出一种响应面多项式函数来提高反演效率,采用拉丁超立方实验法来生成考虑样本点分布规律的参数样本集,以此构建出反映高拱坝材料参数与模态参数之间非线性映射关系的响应面数学代理模型,从而替代有限元模型。（5）由于诸多智能算法在寻优求解高拱坝分区材料参数过程中存在不适定性和不稳定性的问题,提出一种基于天牛须算法的粒子群混合优化算法,弥补了传统智能算法易早熟和易局部收敛的不足,并构建高拱坝分区材料参数反演最优化数学模型,结合所提出的智能算法准确地求解出高拱坝分区材料参数,为今后高拱坝材料参数反分析研究提供一种新手段。