考虑黏弹性滞后效应的拱坝位移监控组合模型

位移监控模型需要对拱坝变形性态兼具良好的解释和预测能力。水压-滞后-周期性温度-时效四因子HHST(Hydraulic,Hysteretic,Seasonal and Time)模型能够合理地解释锦屏一级拱坝的黏弹性滞后变形性态。为进一步提升该模型的预测精度,使用支持向量机(SVM)建立有限元计算所得拱坝黏弹性滞后位移与其因果因子之间的隐式关系,再将其融入到HHST模型中,进而基于多元线性回归建立拱坝位移的组合监控模型。以锦屏一级拱坝为例,减少输入因子数的组合模型的预测精度明显高于直接以HHST模型中18个因子作为输入的单一模型;SVM对滞后水压位移分量的预测精度明显高于基于约束最小二乘法的线性回归模型,采用2种滞后水压分量所建组合模型对拱坝变形性态具有相近的解释能力,而采用SVM滞后水压分量建立的组合模型可有效地提高拱坝位移的预测精度,多测点均方误差(MSE)平均降低21.67%,决定系数R²整体提高0.07%。     

重庆江口拱坝坝体弹性模量的反演

基于重庆江口拱坝原型位移监测资料,对大坝混凝土弹性模量进行反演。首先从逐步回归统计模型中分离出位移水压分量,建立拱梁分载模型,推求假设坝体混凝土弹性模量时的水压分量,再建立混合模型进而反演得到坝体混凝土综合弹性模量。结果表明,以拱梁分载法和统计分析法为主要手段反演拱坝坝体混凝土综合弹性模量是可行的。     

碾压混凝土坝等效黏弹性参数反演

根据碾压混凝土坝的成层结构特性,将层面影响概化到整个坝体中,将碾压混凝土坝视为横观各向同性体,建立了碾压混凝土坝等效黏弹性模型。根据位移实测资料,采用偏最小二乘法建立位移统计模型,分离水压分量和时效分量,建立反演碾压混凝土坝双向异性黏弹性参数的目标函数,并利用混沌遗传算法对黏弹性参数进行反演。工程实例中,将反演得到的黏弹性参数作为已知值,计算测点在相应时间段变形的水压和时效分量之和,并与分离出的实测值进行对比,结果表明:计算值与实测值比较接近,说明反演方法是正确、可行的。     

基于质量检测与安全监测数据的补强拱坝弹性模量反馈

针对施工期进行补强加固处理的高拱坝在长期服役后真实材料力学参数是否满足设计要求的问题,本文依托某施工期补强碾压混凝土拱坝工程,首先采用钻孔取芯、大坝弹性波CT及表面波法(SASW)和现场普查相结合的方法进行大坝混凝土质量检测;进而基于变形监测资料对拱坝的实测位移进行定性分析;然后通过建立径向位移统计模型进行定量分析;接着采用正交设计-BP神经网络-数值计算相结合的方法,优化反演坝体和坝基的弹性模量。研究表明:该补强拱坝坝体内部混凝土强度基本在30 MPa以上,反演获得的坝体混凝土弹性模量为30.13～33.30 GPa。虽然该补强大坝拱冠梁处测点变形偏大且存在左、右岸变形不对称的现象,但结合运行期大坝质量检测成果以及参数反演结果,可认为目前补强拱坝运行状态良好,坝体混凝土能满足设计要求。     

混凝土大坝变形监控指标拟定的混合法

针对混凝土坝变形监控指标拟定涉及的材料参数众多且不容易准确获取的问题,考虑到水压分量数值计算涉及的参数相对较少且计算结果相对可靠,采用数值计算-变形统计模型的混合法拟定混凝土坝变形监控指标,即水压分量采用不利水位工况下数值计算值,其它分量则采用不利工况下变形统计模型的分离值或反映非线性效应的分量值,结合某常态混凝土高拱坝,提出了基于混合法拟定混凝土坝变形一级、二级监控指标。分析表明,基于混合法拟定的变形一级监控指标与典型小概率法拟定的监控指标接近但略大,这表明该拱坝目前处于黏弹性工作性态,但混合法拟定的变形一级监控指标考虑的因素更全面,而且材料性能分项系数的引入明确了强度参数的合理取值。     

有限元应力确定性模型在里石门拱坝中的应用

鉴于里石门拱坝的应变计监测数据误差较大,无法建立合理的应力统计模型。通过有限元分析,基于水平位移统计模型分离出来的水压分量位移,反演出大坝溢流坝段和非溢流坝段的弹性模量,并根据反演后的弹性模量计算不同水位和温度下的坝体变形及应力,建立大坝的应力确定性模型,取得了较好的成果。     

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。     

锦屏一级特高拱坝工作性态仿真与反演分析

锦屏一级拱坝坝高305 m,运用有限元仿真分析方法模拟了锦屏一级特高拱坝自第一仓混凝土浇筑至蓄水运行全过程,基于监测资料对后期发热温升、坝体与基础弹性模量等主要热力学参数进行了反演分析,并对下一阶段蓄水的工作性态进行了预测。计算结果表明,锦屏一级拱坝后期发热温升约为5~6℃,短期蓄水过程中混凝土和地基弹性模量约为设计初始值的1.65倍左右。在水位上升至1 880 m时,径向最大变形出现在1 730.0 m高程的PL13-4监测点。预测值与监测值吻合较好,证明仿真分析成果能基本反映大坝实际工作性态,分析结果也为其他特高拱坝的设计提供了参考。     

高寒地区碾压混凝土坝运行期力学参数反演分析

为准确获得高寒地区碾压混凝土坝真实状态下的力学参数,将碾压混凝土作为横观各向同性材料进行参数反演分析。首先采用均匀设计构造力学参数样本,然后基于有限元法计算不同工况下的顺河向位移,将有限元分析得到的水压分量相对值及相应的力学参数作为神经网络的训练样本,建立水压分量相对值与相应的力学参数非线性映射关系。基于大坝实测位移,考虑坝顶冻胀变形的影响,通过建立坝体及坝基多测点变形统计模型分离出水压分量相对值,将其作为反演模型的输入值,得到坝体及坝基的力学参数。通过实例分析表明,该方法反演得到的坝体及坝基力学参数是可行的,可为高寒地区碾压混凝土坝安全性态评估提供参考。     

基于改进粒子群优化算法的施工期拱坝结构性态反演分析

针对施工期拱坝坝体变形的特点,建立了施工期拱坝坝体变形特殊安全监控模型,对坝体变形中的水压分量进行提取。采用改进的粒子群优化算法对拱坝反问题最优控制解模型进行优化计算,以此完成施工期拱坝结构性态的反演分析。以某拱坝为例,对该拱坝施工期的结构性态进行反演分析。结果表明,坝体变形反演的相对误差均在2%以内,由此验证了所提出方法的可行性。     

Analysis of working behavior of Jinping-I Arch Dam during initial impoundment

To study the stress, deformation, and seepage pressure during the initial impoundment of the Jinping-I Arch Dam, monitoring analysis and numerical calculation were used in a dam behavior analysis that focused on the working behavior of the dam during the late period of the initial impoundment up to the end of November 2014. The numerical calculation was performed based on feedback analysis of the deformation and stress of the arch dam through inversion of the elastic moduli(E) of the dam body and foundation, using a three-dimensional finite element model for the linear elastic material of the arch dam. The main monitoring indices presented insignificant changes in the late period of the initial impoundment, and the results of feedback analysis were consistent with monitoring results. Analysis results also show that the deformations of the dam body and dam foundation were within the design range; the dam stress distributions were normal, with values lower than the design control criteria; and the seepage flows through the dam body and dam foundation were lower than the design drainage capacity of the deep-well pump house, demonstrating that the Jinping-I Arch Dam was in good working condition, and the initial impoundment had been successfully completed. The results of the working behavior analysis of the Jinping-I hydropower project during the initial impoundment can provide references for safe operation of similar projects.     

我国特高拱坝的建设成就与技术发展综述

结合二滩、溪洛渡、锦屏一级、大岗山、小湾等一系列特高拱坝的建设实践,总结了我国特高拱坝的建设成就,阐述了我国特高拱坝建设关键技术的研究进展,包括建基面的研究与确定、体形优化设计、应力分析与强度设计、拱座抗滑稳定、整体稳定、抗震设计、混凝土材料、混凝土温控防裂、基础处理、施工技术等10个方面的内容。认为我国混凝土拱坝建设技术已处于国际领先水平,指出我国特高拱坝建设需深化研究的4个问题,即特高拱坝安全评价体系建设、特高拱坝风险设计、特高拱坝抗震研究以及特高拱坝安全运行健康诊断技术研究。     

乌东德高拱坝大坝混凝土长期性能试验研究

乌东德大坝是世界上首座全坝应用低热水泥的特高拱坝,大坝混凝土采用“低热水泥+35% Ⅰ级粉煤灰”胶凝材料体系设计方案,全面掌握大坝混凝土性能对工程安全运行至关重要。对乌东德大坝胶凝材料水化性能、混凝土力学性能、混凝土变形性能、混凝土绝热温升等开展了试验,研究了乌东德大坝低热水泥混凝土5 a龄期的性能发展规律。研究表明,乌东德大坝混凝土用胶凝体系在3 a龄期后水化程度为90.4%,水化进程达到准稳定状态;从性能发展规律可分析得出,大坝混凝土最终抗压强度为70.5 MPa、弹性模量约42 GPa、干缩约380×10^-6、自生体积变形约20×10^-6,较同条件下中热水泥混凝土,具有长期强度高、弹性模量相当、长期体积稳定性好等特点;乌东德大坝混凝土绝热温升的最终收敛值为27.9 ℃,3 a龄期后绝热温升年增长仅0.1 ℃,后期无“翘尾”现象。综合分析可知,乌东德大坝混凝土的各项性能约1 a龄期后逐步进入缓慢收敛状态,3 a龄期后基本达到稳定状态。     

氧化镁混凝土拱坝的宏观变形

在整理三江拱坝等氧化镁混凝土拱坝工程长达十年之原型监测资料的基础上,结合拱坝在库水、空气、地基等边界条件下的实测温度,讨论拱坝的温度场及温度作用。同时,三江拱坝的正倒垂观测资料表明,全坝混凝土外掺氧化镁后使拱坝产生了类似于温升作用的变形效果,在宏观变形上进一步验证氧化镁混凝土的膨胀效应,并从拱坝宏观变形的角度讨论了混凝土外掺氧化镁后的工程意义。     

大岗山高拱坝混凝土无裂缝成因的探讨

大岗山高拱坝坝址区地震基本烈度为Ⅷ度,100年超越概率2%,水平峰值加速度为557.5 gal,其混凝土裂缝控制技术是关键。大岗山拱坝建成后,混凝土无裂缝,坝体无渗漏,真正实现了拱坝混凝土无裂缝的目标。分析原因有以下两方面:(1)混凝土设计抗裂指数高、材料性能好,其设计抗裂指数为1.8,施工仿真计算结果达2.2以上;混凝土抗压强度高、弹模低、极限拉伸值大、绝热温升值低、徐变变形较大、自身体积变形较小。(2)仓面施工和温度控制达到了较高的质量水平,对于混凝土抗裂十分有利。     

碾压混凝土拱坝三维弹塑性有限元分析

在建立碾压混凝土拱坝等效连续概化模型的基础上 ,采用压扁单元和等效连续概化模型相结合来模拟碾压混凝土坝体的方法 ,运用四参数、Mohr- Coulumb和 Drucker- Parger准则分别模拟坝体、层面和基岩 ,以及用分散式裂缝模型模拟坝体开裂状态。对沙牌碾压混凝土拱坝进行的三维弹塑性有限元分析表明 ,坝肩出现了非层面向的裂缝并危及帷幕灌浆体 ,不利于拱坝正常运行。     

大塅水电站溢流坝段混凝土徐变试验研究

本文在试验基础上对大塅溢流坝段混凝土的徐变、弹性模数、瞬时弹性变形,松驰系数、线膨胀系数进行了研究和探讨,并给出了弹性模数、徐变度及松驰系数计算公式,其试验研究成果可供溢流坝段进行应力分析之用。     

二滩拱坝基础变形模量变化对坝体应力影响的敏感性分析

本文针对二滩拱坝坝基地质条件,通过基础变形模量变化所引起的坝体应力的变化。研究基础变形模量变化对坝体应力影响的规律,从而为二滩拱坝坝体强度的安全评价提供依据。     

软弱岩体蠕变模型辨识与参数反演

压缩蠕变试验是了解岩体蠕变力学特性的重要手段。通过对大岗山水电站坝区软弱岩体现场压缩蠕变试验资料的分析，揭示坝区软弱岩体具有瞬时弹性变形、减速蠕变和弹性后效特性。通过对各种流变组合模型的辨识，确定采用广义开尔文模型来反映坝区软弱岩体的压缩蠕变特性。根据辨识的蠕变模型推导出了刚性承压板边缘岩体表面的压缩蠕变变形计算公式，据此采用优化反演法获得了坝区软弱岩体的瞬时弹性模量、黏弹性模量和黏滞系数等蠕变参数，从而为坝区边坡加固设计和稳定性分析提供了重要的岩体流变参数资料。