大坝三维协同设计研究Ⅰ:大坝信息模型及框架

为改进传统大坝设计流程,提高设计效率,在总结三维协同设计研究进展以及对水利设计行业目前存在问题分析和研究的基础上,提出了包含规划子模型、任务管理子模型、参数化子模型、装配子模型、专业分析子模型、概算子模型、进度子模型、协调子模型和工程图子模型的大坝信息模型,阐述了大坝信息模型的定义、框架和组成,并针对土石坝设计提出了土石坝三维协同设计模型框架,为三维协同设计在大坝设计中的应用和三维协同设计平台的构建和实现提供了理论基础。     

丹江口水利枢纽右岸土石坝抗震安全复核研究

针对丹江口水利枢纽右岸土石坝的抗震安全问题，依据GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》对右岸土石坝抗震安全进行复核。通过构建精细化的三维有限元模型，参考同类工程坝料动力试验成果拟定计算参数，分析研究了大坝在正常蓄水期遭遇地震工况下大坝的加速度分布、动位移、地震永久变形等性状和坝坡稳定性，重点分析防渗体心墙安全性以及土石坝与混凝土坝接头部位的变形协调性。结果表明：右岸土石坝抗震安全性能良好，满足相关规范要求。     

高心墙堆石坝地震动力特性及抗震极限分析

虽然土石坝具有较好的抗震性能,而且一些高土石坝还经过了强震考验,但土石坝的极限抗震能力仍是人们关心的问题.数值模型方法是预测大坝地震动力反应和进行地震安全评价的有效工具.本文采用三维有限元方法分析了某高心墙堆石坝的地震动力特性,探讨了大坝地震破坏评价标准,并在此基础上开展了大坝极限抗震能力研究.根据大坝动力响应的特点,分析了可行的抗震工程措施.     

基于CATIA的土石坝原型三维建模研究

通过对土石坝整体工程及土石坝原型构件构造的研究分析,根据CAITA骨架设计方法,建立土石坝工程整体骨架模型以及断面构件骨架模型,然后通过CATIA建立土石坝构件模板库,将构件模板按照断面构件骨架模型提供的骨架要素进行装配设计,形成土石坝某段三维模型,然后按照整体骨架模型进行装配最终形成整个工程的三维模型。这种三维建模方法能够实现土石坝工程的快速建模以及模型的重用率,提高设计的效率和准确性。     

基于模糊理论的土石坝风险综合评价方法研究

开展土石坝风险研究不仅能为大坝除险加固前期工作提供决策依据,而且可以通过比较加固前后大坝风险值,达到检验除险加固效果的目的.选取了与土石坝风险相关的八个指标:防洪能力、变形性状、渗流态势、生命损失、经济损失、社会环境影响、基础设施水平、管理水平,来构建土石坝风险综合评价指标体系;借鉴模糊数学的理论,建立了综合评价模型;...     

基于数字孪生的高海拔高土石坝工程施工管控探索

为解决高海拔高土石坝工程施工过程复杂、施工周期长等因素引起的施工进度和质量管控难题，采用数字孪生理论与技术体系建立高土石坝工程数字孪生模型，模型包括基于三维GIS和BIM融合技术建立的表达工程施工动态过程的虚拟模型、基于循环仿真网络和贝叶斯修正技术建立的反馈优化施工方案的进度分析模型、基于物联网和大坝填筑全流程跟踪管理模型建立的大坝填筑质量跟踪和管控模型。以西南某高海拔地区高心墙土石坝工程为例，对高土石坝工程数字孪生模型开展工程应用。实践表明：建立的高土石坝工程数字孪生模型可实现高土石坝工程所在地区地形地貌和工程施工进度面貌的三维动态展示，快速追溯出现质量问题的工程部位的施工过程，同时借助现场GPS监测和移动端输入等信息采集手段实现平台虚拟模型与现场工程实体模型的双向联动。     

降雨条件下土石坝渗流量监控方法研究

降雨对土石坝渗流量监测值影响明显,评判土石坝的渗流性态必须在实测渗流量中扣除降雨因素。为此,将朴素贝叶斯分类算法、回归分析和LSTM模型综合应用到土石坝渗流量监控中,实现降雨条件下的土石坝渗流量推理预测。首先以是否出现降雨径流为条件,对数据进行离散化处理,并引入回归分析方法,构建降雨径流～降雨过程数据组;采用LSTM方法构造降雨径流～降雨过程定量模型,最后将上述成果用于不同降雨过程条件下的降雨径流预测。应用结果表明,该方法可以比较准确地剔除由于降雨径流对大坝渗流量测值造成的干扰,可以准确监控土石坝渗流状态。     

可变模糊集对立统一定理在土石坝安全评价中的应用

应用可变模糊集对立统一定理,在分析土石坝安全影响因素的基础上,参照大坝安全评价导则,构建了大坝安全评价指标体系及其评价等级标准,建立了基于可变模糊集对立统一定理的土石坝安全评价模型。利用该模型对工程实例进行了分析,并与集对分析方法得到的结果进行了比较。结果表明,该模型评价结果与集对分析方法得到的结论一致,但基于可变模糊集对立统一定理的评价方法概念更清晰、计算更简便,优于基于集对分析的土石坝安全评价方法。     

小型病险水库病害程度模糊综合评价模型及应用

在对病害类型加以统计分析的基础上,构建了土石坝病害评价的指标体系。基于模糊数学和层次分析法,建立了用于小型病险水库病害程度评价的模糊综合模型。模型通过确定因素集、评价集及隶属度矩阵,对土石坝病害程度进行量化评价。以云南省沙地水库大坝为例,对其进行病害程度评定。结果表明:该大坝病害程度处于"轻度异常"与"重度异常"之间,与实际情况相符,显示该评价模型具有一定工程实用性。     

三维正向设计在土石坝沉降监测中的应用

土石坝沉降监测的三维正向设计主要是通过在三维环境布设监测测点、并对测点的监测成果进行动态展示,利用三维模型对大坝沉降成果进行监测分析.该方法对于分析和掌握大坝沉降的整体分布和沉降变化趋势非常重要.对三维正向设计无需对软件进行二次开发的方法进行了讨论,该方法实用且易于掌握,并可对其他类似方面的监测三维正向设计提供一种解决...     

高土石坝心墙砾石土料自动掺合系统研究

针对平铺立采传统工艺存在自动化水平及生产效率低、掺合场地大且经济效益差等问题,为提升高土石坝心墙砾石土料掺合质量和效果,借鉴水泥生产掺合理论和工艺,依托坝高312 m的双江口水电站砾石土心墙堆石坝工程,全面研究了心墙砾石土料自动化掺合理论、掺合装置、配料及计量系统,提出了采用犁式搅拌装置的卧式强力掺合机进行掺合的设计依据和参数,以及掺合系统精准计量方式和装置参数。通过三维模拟计算分析可知:掺合系统生产能力为1 080 t/h,掺和次数可达4次,土料计量精度可控制在0.5%以内,砾石料计量精度可控制在1%以内,掺合效果达到预期目标,满足设计要求。该研究首次在水电行业提出了土石坝砾石土心墙料自动掺合理论和相关装置设计参数,为300 m级高土石坝心墙砾石土料自动掺合奠定了理论和技术基础,其成果可供其他类似工程参考借鉴。     

基于CATIA的斜心墙土石坝建模与分析

以往水利行业的工程设计多是采用传统二维CAD技术,与之相比,BIM(建筑信息模型)技术具有表达直观、纠错能力强、信息完备等优点。为克服传统设计技术图纸不易修改、表达效果抽象、工作效率低下等缺点,以实现适应斜心墙土石坝特点的水利信息化技术为目标,以CATIA为平台,结合某斜心墙土石坝工程,基于VB对CATIA进行二次开发,建立了参数化模型。同时,基于该模型可快速修改与更新的特性,完成了以填筑量为标准的坝轴线方案比选。最后,基于三维模型所提供的信息进行二次开发实现了多截面的坝坡稳定计算。实践证明,CATIA技术可代替传统设计方法实现信息化建模,也可更广泛实现工程建设全过程的分析计算、施工管理与运行管理工作,进一步提升行业管理水平。     

CCTV视觉图像处理方法在土石坝涵管病害诊断中的应用

随着土石坝服役时间延长,其下伏涵管病害尤其是渗漏现象亟需快速精准的安全诊断。提出了一种可用于土石坝涵管病害诊断的多视角视觉图像拼接方法,通过Closed Circuit Television(CCTV)管道机器人采集土石坝涵管全景视觉图像,结合多视几何三维重建技术构建涵管三维点云,再利用三维曲面估计技术判断出模型曲面,并对图像进行展平拼接,实现了土石坝涵管图像的渗漏与裂缝缺陷数字化自动识别和准确定位,为病害处治提供了参考依据。以湖南省某中型水库导流涵管为例,采用CCTV管道机器人采集涵管图像,通过多视角视觉图像拼接方法,获取了涵管全景数字展开图,与现场实地检查情况一致。该方法具有检测灵活、快速精准以及成本低廉等优点,在土石坝涵管病害检测领域具有广泛的应用前景。     

近断层脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝动力响应的影响研究

近年来,近断层地震动引起了工程界的密切关注,水工方面的相关研究主要集中在混凝土重力坝,对高土石坝的研究甚少,尤其是近断层脉冲型地震动的影响尚不明确。因此,结合我国西部强震区一些已建和拟建在深厚覆盖层上的高土石坝,开展脉冲型地震动对高土石坝抗震安全的影响研究是十分必要的。采用弹塑性本构模型进行有限元计算,对比分析脉冲型与非脉冲型地震动作用下大坝的动力响应。结果发现,脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝的加速度响应有一定影响,并使坝体在极短的持时内产生较大的坝体变形,不利于大坝安全。因此,建议在强震区、深厚覆盖层上修建高土石坝时,将近断层脉冲型地震动作用下的大坝抗震安全评价作为一个关键环节。     

基于数值流形法的土石坝静力 计算数值模拟

根据数值流形法的特点以及土石坝静力计算要求,给出了基于数值流形法的土石坝非线性静力计算方法。算例表明,数值流形法在土石坝静力分析中是有效的。     

心墙体积的改变对高土石坝内渗流场的影响研究

在心墙土石坝设计中,心墙是土石坝的防渗主体,它对坝的稳定起着至关重要的作用。该文结合工程的实际情况,考虑非饱和区的影响,在不同心墙体积的情况下,分别对其进行渗流计算分析,来探讨渗流场的分布情况和自由面的变化规律,为大坝结构设计和施工提供基础资料和参考依据。     

高土石围堰复合土工膜防渗三维有限元分析

如何在三维有限元计算中反映复合土工膜的力学特性是亟待解决的技术难题。总结了现有的土工膜数值模拟方法,在三维有限元计算中采用薄膜单元来模拟土工膜,建立了某高65 m的高土石围堰土工膜防渗三维有限元模型,土工膜与上、下游坝料接触部位均设置接触。为模拟施工填筑与蓄水全过程,分别计算了土工膜边界柔性约束与刚性约束2种工况。结果表明:薄膜单元较好地反映了土工膜柔性抗拉材料的力学特性,能适应三维有限元数值模拟中常用的分步填筑施工模拟法,且后处理中能直接展示土工膜的位移、应力云图,具有方便高效的特点;土工膜边界柔性约束位移分布均与刚性约束相同,只是最大主应力及拉应力分布区域略小于刚性约束,计算结果符合土石坝工程的一般规律。