混凝土坝变形观测资料分析理论研究

本文在全面介绍水工建筑物原型观测资料分析常用的统计学方法的基本原理的基础上,着重分析了混凝土坝变形统计回归模型和混合型模型的基本原理和建模方法,特别是变形统计回归模型中水压、温度、时效因子函数的基本理论和公式以及混合模型中水压分量确定性模型的建模原理和方法,为混凝土大坝的统计回归模型和混合模型的构建提供理论基础。     

混凝土大坝的不可逆时效变形

从大坝混凝土及坝基岩石的变形特性出发，结合国内外水电工程实际，较全面地分析了影响混凝土大坝时效变形的各种因素，并对确定混凝在坝不可逆时变形的方法进行了探讨。     

基于PCA的高混凝土坝变形空间融合监控模型

针对单测点监控模型无法反映大坝整体变形性态的问题,提出了基于主成分分析(PCA)的高混凝土坝变形空间融合监控模型。以混凝土坝空间变形场多测点监测数据为基础,利用PCA提取能反映大坝整体变形性态的综合效应量,基于有限元对其建立混合模型,并以模型预测值与实测值之间的2倍标准差作为控制域进行大坝空间变形性态的融合诊断。应用此模型对某高拱坝进行建模分析,结果表明,所提取的第一综合效应量即可解释原29个坝体正垂线测点所共同表征的大坝变形性态,对其建立的混合模型中水压分量的调整系数为0.85,分离出来的时效变形分量尚未收敛,说明坝体目前仍有向下游侧的整体趋势性变形,与该高拱坝处于蓄水运行初期的状况相符。基于PCA的空间融合监控模型,可有效减少变形监控模型的数量,从而快速诊断高混凝土坝的整体变形性态。     

混凝土坝变形Wavelet-EGM-PE-ARIMA组合预测模型

混凝土坝的总变形可以归结为由水压和温度变化引起的变形以及随时间发展的变形。其中,水压变形和温度变形体现为总变形中的周期性分量,而时效变形体现为总变形中的趋势性分量。借助复合建模思想,提出一种混凝土坝变形Wavelet-EGM-PE-ARIMA组合预测模型。首先利用小波多分辨分析功能,分解出大坝变形时间序列中的趋势性项、周期性项;其次,运用EGM模型实现对趋势性项的有效预测,采用周期外延模型实现对周期性项的有效预测,在此基础上,利用ARIMA模型实现对EGM模型和周期外延模型残差项的有效预测;最后通过某工程实例,检验所提出模型的有效性。计算结果表明:该组合模型充分考虑大坝各变形分量的变化规律,并基于此,实现对大坝变形时间序列有效的拟合和预测,且其拟合和预测精度均明显优于传统统计模型。     

基于多元线性回归模型的大坝变形预报研究

大坝变形监测预报的准确性对大坝安全评估具有重要作用,而其变形又受诸多相互关系复杂的外界因素的影响。阐述了目前大坝变形预报的几种主要模型和方法,重点对多元线性回归模型进行了分析。针对温度因子和时效因子的特点,在建模时考虑了温度因子对大坝的时延影响,采用三角函数对温度因子进行表述;对时效因子采用衰减蠕变因子描述,建立了科学合理的回归方程。以三峡工程大坝安全监测为例,采用M at-lab语言对回归模型进行了编程实现。计算结果表明,采用多元线性回归模型能有效地对大坝变形进行预报,预报精度较高,对大坝安全评估具有重要意义。     

基于SVM的混凝土坝变形监控模型预测能力实例分析

大坝变形与水位、温度、时效等较多因素非线性相关,支持向量机(Support Vector Machine, SVM)适用于小样本、非线性、高维学习问题,在大坝安全变形监控上具有很大的优越性。阐述了支持向量机的原理,介绍了应用SVM建立混凝土坝变形监控模型的步骤及其参数优化方法。针对预测样本数目的合理取值问题,通过实例分析,研究基于SVM的混凝土坝变形监控模型的预测能力。结果表明,基于SVM的混凝土坝变形监控模型短期预测能力优于长期预测能力,且其预测能力受预测集数目的影响大于算法优化的影响。因此,合理选择预测集数目对变形监控模型有效预测尤为重要。     

基于人工蜂群算法与Elman神经网络的大坝变形监控模型

针对Elman神经网络收敛速度慢、容易陷入局部极小等问题,建立了人工蜂群算法(ABC)与Elman神经网络组合的大坝变形监控模型。应用于某混凝土重力坝的结果表明,单纯Elman神经网络建模方法预测的相对误差和标准差分别为3.50%和0.131,ABC-Elman(人工蜂群算法与Elman神经网络)模型预测的相对误差和标准差分别为1.98%和0.063。从各影响因子对大坝变形的贡献上看,水压分量占27.9%,温度分量占62.3%,时效分量占9.8%。ABC-Elman模型在建模效率、预测精度等方面均有一定的优势,较适合于大坝变形的建模分析,并可推广于大坝渗流、应力等监控模型中。     

多维复杂关联因素下的大坝变形动态建模与预测分析

大坝变形监控模型是多维复杂关联性以数学形式表达的集成载体,因而合理量化和集成关联性有利于更加全面而准确地构建数学模型。本文着重从维度、关联、检验、措施及模型五个层面依次对因子相关性、动态因果关系和序列相似性三种关联性进行阐述,提出了一种兼顾相关性和相似性的大坝变形动态监控模型。该模型以环境因子与大坝变形间的因果关系为基础,分别采用耦合相关性诊断方法、动态最大信息系数和标准化动态时间规整算法度量因子相关性、动态因果关系和序列相似性,并通过非线性模型建立、动态输入修正和交叉多输出改进将多维复杂关联性统一于大坝变形动态建模框架中。以西南地区某混凝土坝工程多测点变形监测数据为例,通过多模型性能对比仿真实验对所提方法的有效性和准确性进行了验证评估。结果表明,与常规模型相比,集成多维复杂关联性的大坝变形动态监控模型的预测性能尤佳,以期为大坝变形安全预报提供一种新型建模方法。     

基于DTW-Wavelet的混凝土坝变形特征辨识方法

基于水压、温度、时效在混凝土坝变形监测数据中蕴含的不同时频特征,利用小波多分辨率特性,研究混凝土坝变形监测数据周期性分量、时效分量的辨识方法;针对影响辨识效率和精度的小波分解层数确定问题,引入动态时间弯曲距离用于度量周期性分量和环境量间的差异性,实现大坝安全监测数据更为客观、高效的特征辨识。通过实例验证表明,该方法用于实际工程中,所辨识得到的周期性分量和时效分量符合一般规律,说明将其应用于混凝土坝变形特征辨识是可行的、有效的,可为进一步深入研究提供可靠的数据资源。     

大坝变形空间函数监控模型

对于传统的大坝变形监控模型,温度分量有着欠拟合的现象,对此进行了改进。为了反映大坝整体变形规律,引入空间坐标向量,建立了基于温度分量改进的大坝变形空间函数监控模型。所建的监控模型由于因子较多,因此应用量子遗传算法及逐步回归分析选择了显著性因子并剔除了不显著因子。最后将所建的大坝变形空间函数监控模型应用于某混凝土坝变形监测中,结果显示,所建模型较传统大坝变形监控模型精度高。     

水布垭面板堆石坝流变初步分析

工程实践表明,堆石体的变形除与应力有关外,还与时间有关,即堆石体具有流变性;进行计入时间效应的应力应变分析,将有助于人们更加全面了解面板堆石坝的性态.运用神经网络技术,通过对西北口面板坝的反馈分析获得了堆石体流变参数,并用于水布垭面板坝流变分析.结果表明,用神经网络技术对已建面板坝长期实测资料进行反馈分析是可行的;水布垭流变分析虽然仅是初步的,但其结果是比较合理的.堆石体流变对水布垭面板坝应力变形状态有一定的影响.     

混凝土重力坝变形博弈监控模型研究

传统的重力坝安全监控模型考虑了水压、温度及时效等外荷载的作用,尚不能反映出大坝材料与结构特性的影响。基于博弈思想,提出大坝变形的博弈参与者,研究分析了大坝变形与大坝材料、大坝结构特性等抗因素的关系,构建了大坝安全监控博弈模型的具体表达式。工程实例分析表明,本文所提出的博弈模型能够更好地模拟大坝的变形过程。     

分形学在大坝安全监测资料分析中的应用

介绍Hurst重标度和分形学理论分析时间序列数据的方法。应用该方法研究了陈村混凝土重力拱坝变形的分形特性，评价了105裂缝对大坝结构性态的影响，并且由此对大坝的安全状况作了评价。最后得出大坝可以看作一个非线性复杂动力系统，分形维数可以从整体上描述大坝系统的动态变化特征并可以应用于大坝的病害诊断。     

丰满混凝土重力坝的冻胀变形分析

根据混凝土结构的冻胀变形机理、典型混凝土试件冰冻变形过程并结合丰满大坝的温度过程特点,定性地解释了坝顶位移测值的历年＂双峰＂现象,界定了冻胀变形的涵义;采用温度等效变形的有限元分析说明受冻胀影响,坝顶廊道处的位移除上抬外还会有向上游的水平位移;利用包含冰冻因子的统计模型对坝顶位移的分析表明,丰满大坝的加固工程对减小冻胀变形的影响确实起到了一定作用,位移测值＂双峰＂现象已不明显,但仍存在冻胀变形,表现出季节性的冻胀变形且时效变形仍有一定的发展趋势.     

面板堆石坝面板开裂机理与防止措施研究

针对面板堆石坝面板在施工过程及蓄水时的实际受力变形特点,对面板的开裂机理进行了深入探讨。通过分析发现,混凝土干缩和温度应力是造成面板早期细小裂缝产生的主要因素,而坝体变形所造成的对面板的剪切挤压力、面板的自重以及施工期反向水压力则是造成面板后期呈规律性开裂的主要因素。为改善面板的受力条件,提高面板的防渗能力,同时方便施工,从材料、结构和施工三个方面提出了防止措施的建议。     

滩坑水电站面板堆石坝施工期沉降分析

滩坑水电站面板堆石坝最大坝高162m,通过坝体观测资料分析,反映坝体及坝基的变形特征,并根据观测资料确定混凝土面板的浇筑时间,对同类坝型的施工有一定参考价值.     

钢纤维喷射混凝土作为面板材料的可行性研究

钢纤维混凝土作为一种新型增强材料，以其较好的受力变形特性在水利水电，交通，海岸防护，港口及军事等诸多工程中得到了广泛的应用。针对混凝土面板堆石坝面板的受力变形特点，为改善水布垭面板堆石坝面板的受力条件，提高其防渗能力，同时方便施工，现提出采用钢纤维喷射混凝土作为水布垭面板堆石坝面板材料的新构想，并通过对钢纤维喷射混凝土的物理力学特性及堆石坝面板受力变形进行分析，为钢纤维喷射混凝土在水布垭面板堆石坝面板中的实际应用提出了建议方案。     

高混凝土面板堆石坝流变机理及长期变形预测

对于面板堆石坝,面板的变形主要取决于堆石体变形,如果堆石体变形过大,就会使面板产生裂缝,从而影响其防渗性能,甚至危及坝体的稳定。由于堆石体流变变形的复杂性,影响的因素很多,因此仅仅通过室内试验很难从本质上反映其流变机理和特性,除了试样尺寸与现场的巨大差异引起的缩尺效应误差之外,就是平行试验成果间也会出现差异。回顾了近年来关于堆石体流变机理方面的一些研究进展,介绍了揭示堆石体流变细观机理的两个流变模型,即基于组构理论的流变模型和基于随机散粒体不连续变形理论的流变模型。最后结合正在建设中的水布垭高面板堆石坝进行了流变分析,预测了大坝完建后的流变变形,计算结果表明,考虑流变效应的最大沉降为2.53m,此值基本处在设计的预测范围之内。     

混凝土面板堆石坝地基防渗墙塑性损伤数值分析

在坝体填筑和水库蓄水作用下,防渗墙工作和受力条件复杂,可能产生塑性应变和墙体开裂。本文结合实测资料和数值分析,研究面板堆石坝深覆盖层地基防渗墙的应力变形和损伤特性。在基于实测资料分析防渗墙应力变形特性的基础上,采用混凝土塑性损伤模型,建立防渗墙应力变形及损伤特性的三维数值计算模型。数值模型考虑坝体和地基渗流-应力耦合效应及墙体与覆盖层的接触效应,真实模拟坝体填筑和水库蓄水过程。在采用实测资料验证数值计算结果的基础上,结合实测和数值结果深入分析了面板堆石坝防渗墙的受力机制及其应力变形和损伤开裂特性,讨论了防渗墙位置、材料、坝体和地基渗流-应力耦合作用对墙体力学特性的影响。研究结果对面板堆石坝防渗墙建设和结构安全控制具有一定的指导意义。