基于正交试验法的邓肯-张E-B模型参数敏感性分析研究

邓肯-张E-B 模型能反映堆石料不同围压下的应力变形关系，在混凝土面板堆石坝应力变形数值计算中得到了广泛的应用。本文基于正交试验法，以混凝土面板堆石坝为例，进行了邓肯-张E-B 模型参数对坝体竖向位移、上下游水平位移的敏感性分析。研究结果表明：邓肯-张E-B 模型参数中Kb、φ0、K 对坝体竖向位移的敏感性相对较大；参数φ0、K、Rf 对坝体向上游水平位移的敏感性相对较大；参数Kb、φ0、K 对坝体向下游水平位移的敏感性相对较大；模型参数取值对向上游水平位移的影响最为显著；参数m、Δφ、n 对坝体变形计算结果的影响相对较小。本文的研究方法及成果可以为面板堆石坝邓肯-张E-B 模型参数选取提供参考。     

面板堆石坝有限元仿真计算及参数敏感性研究

回顾了面板堆石坝仿真计算中各类材料的本构模型.结合某抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝,运用三维非线性有限单元法对其进行了坝体施工和库水蓄降的仿真模拟计算,预测了各时期坝体和防渗体系的变形和应力.并对计算模型的主要参数进行了敏感性分析,其中参数K,Rf和φ0对坝体位移有较大影响.     

基于正交试验分析法不同施工阶段邓肯-张E-B模型参数对坝体变形的敏感性分析研究

基于正交试验理论,采用极差分析法与方差分析法分别对不同施工阶段(填筑期与蓄水期)内邓肯-张E-B模型参数对坝体变形的敏感性进行分析,研究表明:不同施工阶段,基于同一计算指标采用极差分析法和方差分析法得到的参数对坝体变形的敏感性规律基本相同;邓肯-张E-B模型各参数对计算指标最大垂直位移V、最大水平向上游位移H_(u)与最大水平向下游位移H_(d)的敏感性规律有一定的差异,邓肯-张E-B模型参数φ_(0)、K_(b)对最大垂直位移V的敏感性最大,参数φ_(0)、R_(f)对最大水平位移H_(u)与H_(d)的敏感性最大的结论一致。     

基于改进响应面的邓肯-张E-B模型参数全局敏感性分析

为研究邓肯-张E-B模型参数及参数之间的交互作用对大坝变形的影响,以某均质黄土坝为研究对象,利用改进的响应面方法分析了邓肯-张E-B模型参数的全局敏感性。通过部分因子设计筛选出对土坝变形影响较为显著的5个参数为R_f、γ、φ₀、K_b、K,再利用响应面方法中的中心复合设计对筛选结果做进一步的全局响应面分析,考察参数及参数之间的交互作用对土坝变形的影响。结果表明,R_f、γ、φ₀是对大坝位移敏感性最强的3个参数,这3个参数之间的交互作用对于大坝变形的敏感性同样重要,且高于单个因素的敏感性,在类似工程计算中应考虑参数之间的交互作用。     

基于正交试验法的高模量区E-B模型参数敏感性分析

为研究高模量区E-B模型参数对超高镶嵌面板堆石坝有限元计算结果的影响,基于正交试验法,以超高镶嵌面板堆石坝高模量区模型参数为因素,进行各因素对坝体沉降u_3、面板挠度w及顺坡向应力σ的敏感性分析。结果表明,体积模量基数K_b、内摩擦角φ、体积模量指数m敏感性较高,对计算结果影响程度显著,而弹性模量基数K、弹性模量指数n等参数的敏感性较低,对计算结果影响程度不显著。因此,选取E-B模型计算参数时,可对敏感性高的参数进行反演以节约计算成本,而敏感性低的模型参数可采用工程类比等方法确定,以实现保证计算精度的前提下提高计算效率的目的。     

基于正交试验法的邓肯-张E-B 模型参数敏感性分析研究

邓肯-张E-B模型能反映堆石料不同围压下的应力变形关系,在混凝土面板堆石坝应力变形数值计算中得到了广泛的应用。本文基于正交试验法,以混凝土面板堆石坝为例,进行了邓肯-张E-B模型参数对坝体竖向位移、上下游水平位移的敏感性分析。研究结果表明：邓肯-张E-B模型参数中的初始体积模量基数、初始内摩擦角、初始弹性模量基数对坝体竖向位移的敏感性相对较大;初始内摩擦角、初始弹性模量基数、破坏比对坝体向上游水平位移的敏感性相对较大;初始体积模量基数、初始内摩擦角、初始弹性模量基数对坝体向下游水平位移的敏感性相对较大;模型参数取值对向上游水平位移的影响最为显著;体积模量指数、摩擦角中的减少值、弹性模量指数对坝体变形计算结果的影响相对较小。本文的研究方法及成果可以为面板堆石坝邓肯-张E-B模型参数选取提供参考。     

堆石料流变模型参数敏感性分析的正交试验法

基于七参数流变模型的堆石料流变分析已在面板堆石坝应力变形分析中得到广泛采用,但目前关于该流变模型参数对于坝体应力变形的敏感性研究还不够深入。为此,本文采用正交试验法,以公伯峡面板堆石坝为依托,以坝体最大沉降位移V、面板挠度δ和面板顺坡向应力σ作为敏感性分析的主要试验指标,进行七参数流变模型参数关于这些试验指标的敏感性分析。结果表明,对指标V、δ、σ来讲,因素m1的影响最大,其次是b和m2,这3个参数的敏感性作用显著;而α、c、d和m3对各指标的影响不够显著,参数敏感性低。因此,在采用七参数流变模型进行面板堆石坝流变分析时,应将m1、b和m2作为流变参数分析与选择的重点。本文研究成果可以为面板堆石坝流变分析时合理选择流变模型参数提供参考依据。     

全因子试验设计的土坝变形参数全局敏感性分析

为更加细致地研究均质土坝变形参数的敏感性,以甘肃省某均质土坝为例,研究邓肯-张E-B模型参数及坝料密度对于大坝变形的全局敏感性。借助Plackett-Burman试验设计对均质土坝变形参数的显著性进行初步研究,筛选出明显显著的参数。以R_f、φ₀、ρ和Δφ 4个参数为因子,以大坝竖向位移、向下游水平位移和向上游水平位移为试验指标,建立两水平4因子的全因子试验设计(full factorial design of experiments),并对各因子进行主效应分析、交互效应分析和方差分析,绘制交互效应的等值线图和响应曲面图,得到影响均质土坝变形的显著参数及组合。研究表明：R_f、φ₀和ρ为对均质土坝变形最为显著的参数,而ρ×R_f、φ₀×R_f为均质土坝变形参数研究中不可忽略的二阶交互效应组合。     

结构型式及接触面参数对防渗墙应力变形的影响分析

以伊朗的塔里干粘土心墙堆石坝为例，通过三维非线性有限元计算不同影响因素下其防渗心墙的应力变形，具体考察了该防渗墙的11种结构型式(方案)及墙-土的Goodman接触面模型中4个参数Rf、K1、n、δ对应力变形的敏感性。结果表明：(1)与刚性防渗墙相比，塑性防渗墙可显著改善墙体的应力状况，但会墙大墙体的坚向位移，因而在材料的选择上应结合实际综合比较；嵌岩深度对刚性防渗墙墙身的应力影响较大，宜在满足坝体防渗的前提下适当减少嵌岩深度。(2)比较而言，Goodman接触面模型参数对防渗墙应力的影响明显大于其对位移的影响。     

基于有限元分析方法的面板堆石坝应力与变形研究

以某混凝土面板堆石坝为例,利用ABAQUS的＂单元生死＂技术,模拟计算了坝体及面板在坝体施工和水库蓄水各时期的应力与变形情况。并采用多指标正交试验设计方法对邓肯-张E-B模型的主要参数进行了敏感性分析,得到了影响坝体的关键敏感性参数。该研究成果对于以后类似工程的设计和监测具有一定的指导与借鉴意义。     

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。     

沥青混凝土心墙堆石坝有限元数值分析

基于邓肯-张E-B材料本构模型,采用大型通用有限元软件ADNIA,对某沥青混凝土堆石坝进行了应力变形有限元计算,以便研究其应力应变特性.并在计算结果的基础上对沥青混凝土心墙的邓肯-张材料模型参数杨式模量、凝聚力、体积模量等进行了敏感性分析.坝体有限元计算结果表明:坝体上、下游坝坡附近小范围内出现拉应力;坝体应力在心墙附近有突变,出现了拱效应;各参数的变化对心墙的应力应变影响程度不一,其中杨式模量K、杨式模量指数n属于高敏感性参数,而体积模量指数m为低敏感性参数.为确保大坝安全,在上、下游坝坡采取必要的护坡措施,同时在大坝填筑施工时应适当提高上、下游坝坡附近坝体的压实标准;为保证心墙的稳定安全,适当调整沥青混凝土的配合比,并根据试验计算调整心墙的变形模量,使之和过渡料的模量协调一致,尽量减小沉降差异带来的不利影响.     

基于极限学习机的隧洞岩体蠕变参数反分析方法

以某水电站坝区左岸导流洞工程为依托,将极限学习机(ELM)应用于隧洞岩体蠕变参数反演计算中。通过正交实验设计,确定导流洞出口段的16组岩体力学参数,选取其中的14组用FLAC3D中的Cvisc模型进行数值分析,根据各组蠕变参数和与其对应的各测点计算位移,对ELM网络进行训练,输入岩体中关键点实际监测的位移变化过程线,反演出相应的岩体蠕变参数确定二者之间的非线性关系,其余两组用于检验训练结果。将该模型应用于某水电站左岸隧洞岩体蠕变参数反演分析中,计算结果与实测位移值拟合较好,说明该模型简单、实用,具有良好的反演精度,可满足工程设计要求。     

涔天河面板堆石坝施工期变形监测资料及参数反演分析

对涔天河面板堆石坝施工期变形监测资料进行了较全面分析,然后建立了堆石坝施工期有限元模型。基于实测相对沉降,采用正交设计、神经网络、遗传算法相结合的方法,反演了堆石坝的非线性材料参数。分析表明:(1)涔天河面板堆石坝坝体沉降随着大坝填筑的逐步升高而增大,当填筑到320.3 m高程后,坝体沉降变形渐趋稳定。在施工期间,该大坝经历了"5.20"洪水、"11.11"罕见冬汛等事件,但对堆石坝的变形影响小。(2)基于实测相对沉降进行的堆石坝材料参数反演结果表明,主堆石区的K和Kb较室内剪切试验参数偏小,而其他反演参数结果和室内剪切试验值较为接近,沉降值计算值与实测值的时程曲线趋势符合较好。(3)由于观测房修建滞后,沉降仪从安装埋设到首次观测期间的沉降位移缺乏过程值,建议及时修建观测房,尽早获得沉降过程值。     

覆盖层上面板堆石坝筑坝材料反演分析与安全性研究

以双溪口面板堆石坝实测沉降监测资料为基础,通过基于免疫遗传算法的位移反分析法对堆石料E-B模型参数进行反演分析,获取了符合工程实际的模型参数。根据反馈分析得到的计算结果,采用邓肯-张弹性非线性E-B模型,分析研究了大坝竣工期及蓄水期的变形及应力分布状态,计算结果表明,大坝蓄水期位移增量较小,面板应力正常,大坝运行安全。     

位移混合模型在新安江大坝变形性态分析中的应用

采用基于实测资料和力学原理的混合模型建立了新安江大坝水平位移单测点和挠曲线监控模型,分析了该坝的变形性态.从混合模型的分析结果可以看出,新安江大坝时效位移虽有增加,但增加量在逐年减小.因此,水平位移的变化规律总体上正常.     

不确定性大坝地基几何尺寸智能识别初探

大坝地基实际几何尺寸存在不确定性,将监测点相对位移作为输入,坝体混凝土、岩基材料参数和地基几何尺寸作为输出,建立了不确定性地基几何尺寸识别神经网络模型。该模型采用均匀设计原理进行材料参数组合,根据不同地基几何尺寸建立的大坝-地基有限元模型的稳定渗流体荷载分布,获得样本进行学习,以此训练好的网络来描述大坝混凝土、岩基材料参数及地基几何尺寸和坝体变形的非线性关系。将大坝实测位移分离出的水压分量输入训练好的网络,可自动识别出大坝混凝土和岩基的材料参数以及地基几何尺寸。算例分析表明,建立的不确定性大坝地基几何尺寸识别神经网络模型是可行的。     

基于ACO-BP神经网络的土石坝位移监测模型研究

建立安全监测网络模型来分析和预测大坝变形位移信息,对保障大坝安全稳定服役意义重大。针对大坝安全监测BP神经网络模型运算复杂、收敛速度慢、易陷于局部最优、不能准确反映和预测大坝运行状况的问题,引入蚁群算法(ACO)全局搜索功能搜寻BP神经网络参数最优解,并通过样本数据训练BP网络获得大坝变形位移预测值。工程实例应用表明:ACO-BP网络模型在参数优化方面较BP网络更易于收敛,误差较小、预测性能良好,可为大坝变形位移监测和安全预报提供一种新的非线性建模仿真分析方法。     

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%。