冻融是影响大坝混凝土耐久性的重要因素。现有冻融试验主要针对饱和或高饱和混凝土试件进行研究,而实际大坝混凝土结构大部分区域混凝土一般处于非饱和状态。研究表明,当混凝土饱和度小于91.7%时,不会产生冻融破坏。即为了获得大坝混凝土冻融劣化的真实工作性态,必须掌握距裸露面不同深度混凝土的真实饱和度。为此,本文根据混凝土大坝的体型和几何特点,将大坝简化为具有一个吸水面的混凝土试件;进而设计并开展控制低温环境下非饱和混凝土毛细吸水试验,基于实测饱和度采用优化算法辨识非饱和混凝土毛细吸水-水分分布模型的关键参数;与此同时,设计并开展实际低温环境下非饱和混凝土毛细吸水试验,并基于实测值反馈验证室内控制低温试验辨识获得的非饱和混凝土毛细吸水-水分分布模型;最后,采用验证后的水分分布模型探索在低温季节不同降雨持续时间下、距裸露面不同深度大坝混凝土水分分布和饱和度分布规律。主要研究内容如下:（1）控制低温环境下非饱和混凝土毛细吸水试验方法研究。比选了传统称重法、压汞法和核磁共振法等3种饱和度测试方法。研究表明,由于压汞法检测受取样位置随机性影响,传统称重法和核磁共振法检测结果更接近试件真实情况;而核磁共振法检测费用相对昂贵,为此选取传统称重法获取混凝土饱和度。与此同时,探索了聚脲防水涂料、亚克力水槽和高压PE平口袋等3种毛细吸水装置的核心材料。实践表明,由于聚脲防水涂料的流动性,导致混凝土棱柱体试件棱边的完全密封工艺复杂且操作难度大;采用亚克力水槽进行侧吸法和上吸法的毛细吸水试验不易实现,不能很好地研究重力的影响;而高压PE平口袋操作的灵活性较强,可以兼顾侧吸法和上吸法,且试验过程不易渗水,试验结果规律性较好,为此采用高压PE平口袋进行混凝土毛细吸水试验。（2）控制低温环境下非饱和混凝土毛细吸水规律研究。设计开展了不同水胶比（0.41、0.5和0.6）、不同环境温度（2℃、5℃和8℃）、不同吸水龄期（28d和90d）、不同吸水方式（侧吸法和上吸法）和不同吸水时间（7d和14d）条件下非饱和混凝土毛细吸水试验,获得了距吸水面不同深度饱和度实测值。试验表明:水泥基材料实测饱和度随水胶比变化的大小关系为θ0.41＜θ0.50＜θ0.60,随龄期变化的大小关系为θ28d＞θ90d;,随吸水时间变化的大小关系为θ14d＞θ7d;28d龄期试件饱和度随环境温度变化的大小关系为θ2℃＞θ8℃＞θ5℃,90d龄期试件对应关系为θ5℃＞θ2℃;水泥基材料采用上吸法进行毛细吸水试验测得的饱和度比侧吸法要大。（3）控制低温环境下非饱和混凝土毛细吸水数值反馈。首先通过敏感性分析,确定了水分扩散系数量值参数D0和形状系数n作为待反演参数;接着采用正交设计-水分传输有限元计算的方法,仿真计算混凝土试件距吸水面不同深度饱和度,进而获得饱和度实测值和计算值沿试件深度的累计误差,并与待反演参数的正交设计组合构建神经网络学习样本,进行神经网络模型的训练和验证。确定合适的累计误差,并输入训练好的神经网络模型,即可获得毛细吸水控制方程的关键参数。反演分析结果表明,饱和水分扩散系数Ds=D（θ=1）随水胶比（0.41、0.50和0.60）增大而增大,随环境温度（2℃、5℃和8℃）先减小后增大,且上吸法的Ds略大于侧吸法的Ds。（4）实际低温环境下毛细吸水数值模型验证及预测。设计开展了实际低温环境下非饱和混凝土毛细吸水试验,获取了试件距吸水面不同深度饱和度分布规律。基于控制低温环境建立的毛细吸水数值模型,计算了实际低温环境试件饱和度分布,结果表明,计算饱和度与实测值的相对误差绝对值在1.84%以下,由此验证了本文建立的低温环境非饱和混凝土毛细吸水模型的可靠性。进而采用反馈验证后的低温环境毛细吸水数值模型,预测了低温季节典型工程大坝下游面饱和度分布规律,分析表明,混凝土大坝下游面饱和度高于91.7%的深度较小,在东北、西北和华中地区对应的最大深度分别为1.2cm、1.3cm和1.8cm。