基于原型监测的小湾特高拱坝首蓄期坝基变形特性分析

基于原型监测和数值仿真试验成果,研究了小湾特高拱坝首蓄期坝基变形特性。通过集成和整合理论推导、相关分析、综合过程线对比分析、工程类比、数学模型分析等定性和定量分析手段,形成了一套变形分析和状态评估的方法。首先,运用实测值过程线分析、特征值统计、相关分析等定性半定量方法归纳和总结了坝基的变形特征,找出若干需要重点关注的“疑点”问题。然后,运用相关分析、数学模型分析、成因分析、数值仿真试验等定量方法进行物理解释和机理分析。最后,运用工程类比、模型监控等综合比较的方法,对坝基的变形状态进行评估。分析发现:首蓄期小湾坝基整体向下游和两岸山体方向变形,径向水平位移明显大于切向水平位移,河床坝段径向位移大于岸坡坝段径向位移,变形空间对称性总体较好;拱端切向变形较小,未见重大异常。河床坝基径向变形尽管较大,但变化符合力学规律,当前仍处于可控状态。综合分析认为,小湾特高拱坝经受了1218m高库水位作用的考验,坝基变形规律总体正常。     

白鹤滩拱坝初期蓄水库岸变形机理研究北大核心CSCD

高拱坝蓄水期间均监测到一定程度的库岸变形,且变形量值和变形规律不一,这对超静定结构的高拱坝的工作性态和长期安全造成一定程度的影响。本文对白鹤滩拱坝的谷幅变形、坡体内部变形和库盘变形进行统计分析,研究了白鹤滩工程库岸变形的时空分布规律。通过建立谷幅变形的多元逐步回归模型,分离出水位分量、温度分量和时效分量。建立了有限元数值模型,基于裂隙岩体有效应力原理,利用弹塑性有限元方法,计算了白鹤滩拱坝初期蓄水到800 m高程时产生的谷幅变形。监测资料分析表明:大部分测线基本表现为收缩变形,且都与水位的上升具有一定的相关性;从顺河向方向来看,上游侧的谷幅变形值大于下游侧;从断面不同高程上的测线来看,谷幅收缩变形呈现自高而低依次减小的分布规律;坡体内部处于拉伸状态;库盘变形以下沉为主。多元回归分析和数值计算结果表明:谷幅变形监测值与800 m水位下有效应力计算值在上游侧的测线量值较为接近,两者在空间上也具有相同的分布规律,可以认为有效应力改变是初期蓄水库岸变形的主要影响因素。     

融合时变因素的浆砌石坝变形时空混合模型北大核心CSCD

混合模型常被用于大坝变形的整体预测,目前开展的研究主要针对混凝土坝,对于同样数量多且分布广的浆砌石这类非线性材料坝的研究还较少。本文考虑非线性材料坝变形具有的时变特性,通过引入时间量参数及观测点相对坐标,建立对应的水压分量多点统计模型。考虑到引入多参数的水压分量模型系数寻优困难问题,采用改良的粒子群算法(IPSO)加强粒子随机性及交互性,提高模型系数的寻优速度。采用有限元方法(FEM)与卡尔曼滤波(KF)对其进行预测,建立FEMK模型。同时,采用深度学习算法LSTM训练经PCA降维后的温度和时效因子并预测相应变形值。联合构建的FEMK-LSTM-PCA时空混合模型经工程实例验证有较高预测精度,并且可以实现对大坝变形的整体预测。     

溪洛渡高拱坝蓄水期谷幅变形特性与影响因素分析北大核心CSCD

水库蓄水诱发的库岸变形现象对坝工结构的工作性态和工程整体的安全状态都有直接影响,及时掌握水库蓄水期间库岸岩体及坝工结构的真实变形状态,对于工程安全具有重要意义。针对我国溪洛渡高拱坝首次蓄水期间出现的显著的河谷谷幅收缩问题,收集整理了库区岩体及坝工结构的变形监测资料,通过统一坝体外观监测系统和内部垂线监测系统的基准点,获得了拱坝坝体及坝基岩体的真实变形状态,总结了坝体与库岸岩体变形的时空分布规律,认为坝体变形已受到坝址岩体变形的影响。在此基础上,本文通过建立逐步回归模型,分析了河谷谷幅发展过程与库水位、气温及其他作用因子的相关性,结果显示谷幅收缩过程主要由其他作用分量主导,而与库水位及气温的相关性较小。鉴于当前河谷谷幅收缩的趋势仍未完全收敛,对于谷幅收缩现象亟需进行机理研究以预测其未来发展趋势。     

考虑时间影响的神经网络组合模型对心墙堆石坝变形的预测研究北大核心CSCD

大坝变形通常是由于多种复杂耦合因素而致,并且是具有高度的灰色性和模糊性的不确定性系统。由于多因素影响下的大坝变形问题没有确定性数学物理关系公式解决,而组合模型能够充分利用各子模型的有用信息,较单一模型更能够反映大坝变形的复杂性和不确定性,是更为科学预测分析大坝变形的方法。目前国内外学者缺乏对于大坝变形的组合预测模型的研究并且没有考虑时间因素对组合模型权重影响;针对此问题,本文以灰色模糊模型(ANFIS-GM模型)和遗传神经网络模型(GA-BP模型)作为子模型,采用考虑时间影响的神经网络模型作为组合模型权重的求解方法,对大坝变形进行预测。通过西南某心墙堆石坝的实例分析表明:该模型能综合其子模型的优势,获得更高的精度,同时也比未考虑时间影响的最小误差平方和组合模型具有更高的精度,它比最小预测误差平方和组合模型精度平均高10.50 mm。     

基于多维高斯混合模型的电力系统不确定性建模方法EI北大核心CSCD

在基于多维高斯混合模型的电力系统多变量概率建模中,针对期望最大化算法参数估计精度较低的问题,该文引入非参数核密度估计和密度保留的分层期望最大化算法,提出一种基于高斯成分数约简的建模方法。以非参数核密度估计结果作为基高斯混合模型,采用密度保留的分层期望最大化算法约简高斯成分数,能够建立任意高斯成分数的高斯混合模型,克服了期望最大化算法在高斯成分数较多时参数估计精度低的问题。为降低大样本下的建模计算负担,提出按时间尺度分层的建模方法。为解决相互独立的多个随机变量出现高斯成分数组合爆炸的问题,提出“组合–约简”分层建模方法。采用具有复杂分布特性的实测多维风速数据和负荷数据对所提方法作了测试,结果表明,所提方法的精度显著优于基于期望最大化算法的高斯混合模型和Copula函数法。     

联合时序分解和深度学习的高土石坝变形预测北大核心CSCD

针对高土石坝变形监测时间序列复杂的非线性、非平稳性等特点,提出了一种沉降变形预测的组合方法,可更好兼顾土石坝变形的长期发展趋势和波动特性。利用基于局部加权回归的季节性趋势分解法将变形监测历史数据分为趋势、周期和残差分量;采用长短期记忆神经网络模型分别学习趋势、周期和残差序列趋势特征并预测,汇总各分量预测结果得到大坝位移的预测值。为定量评价和比较预测结果,引入三个评价指标,并将预测结果与季节性差分自回归滑动平均模型、长短时记忆神经网络模型及其组合模型的预测结果进行对比分析。本文联合时序分解和深度学习的组合模型具有更高的预测精度和较好的稳定性,能够较好体现土石坝变形的长期趋势和随水位的波动特性。     

基于LSTM与XGBoost组合模型的超短期电力负荷预测EI北大核心CSCD

为进一步提高电力负荷预测精度,提出了基于LSTM(longshorttermmemorynetwork,LSTM)和XGBoost(eXtremegradientboosting)的组合预测模型。针对电力负荷数据,首先建立了LSTM预测模型和XGBoost预测模型,然后使用误差倒数法将LSTM与XGBoost组合起来进行预测。采用2016年电工数学建模竞赛的电力负荷数据进行算例分析,结果表明所构建的LSTM和XGBoost组合预测模型的MAPE(mean absolute percentage error)为0.57%,明显低于单一预测模型。将上述方法与GRU(gated recurrent unit)和XGBoost两者组合的预测模型相比较,结果表明所提出的方法具有更高的超短期电力负荷预测精度。     

LCC-VSC混合直流电网机电暂态建模方法研究EI北大核心CSCD

提出可用于大型电力系统暂态稳定分析的电网换相换流器-电压源换流器(line commutated converter-voltage source converter,LCC-VSC)混合直流电网机电暂态建模方法。首先,根据LCC、VSC换流器技术特点,建立混合直流电网的基本形态。其次,根据换流器基本数学模型和机电暂态仿真的特征,通过合理简化提出混合直流电网基本元件LCC、VSC、DC/DC换流器的机电暂态建模方法。基于Dommel算法,提出直流网络模型的求解方法。在PSASP程序中实现了各元件的模块化设计,使用户可根据需要自由搭建仿真算例。最后,基于VSC-HVDC汇集分布式可再生能源和常规能源、LCC-HVDC实现远距离大容量稳定输电的构想,设计四端混合直流电网的仿真算例,分析对比3种不同工况下的运行特性。结果表明,所提LCC-VSC混合直流电网机电暂态模型准确、可靠,可用于大型电力系统暂态稳定性分析。     

软岩堆石料降雨湿化变形试验研究北大核心CSCD

软岩堆石料受外部降雨引起的填筑体湿化变形显著,对工程变形控制和运行安全带来挑战。本文分析了降雨条件下材料湿化应变基本规律,发现早期降雨湿化应变占比较高,且与时间的关系可用双曲线较好描述;探讨了单次降雨材料湿化应变发展规律,发现前期单次降雨时湿化应变随时间的变化也具有双曲线特点;同时分析了降雨强度对整体湿化应变规律的影响,结果表明随降雨强度增大,材料湿化应变速率增加,但应变量值却有一定程度的下降。此外,也研究了降雨强度对单次降雨湿化应变的影响,建立了基于降雨条件的非饱和入渗双曲线湿化变形计算模型,基本能反映降雨导致的软岩堆石料湿化变形规律。     

白鹤滩特高拱坝层间性能监控系统研究与应用

恶劣的环境会对特高拱坝层间结合性能产生不利影响。本研究测试了大坝混凝土在不同温度下的层间劈裂抗拉强度,建立了成熟度与强度系数的关系。同时,基于成熟度与强度系数及含水量的关系提出了以成熟度为主含水量为辅的大坝层间性能三级九梯度预警体系。结果表明,随着温度的升高,大坝混凝土层间力学性能呈下降趋势。同时,成熟度与混凝土的强度系数及含水量线性相关,相关系数分别为0.9985和0.9964。此外,根据成熟度与层间性能参数之间的关系所建立的预警体系,可以对大坝层间结合质量进行有效的控制。     

垫脚加锚-高拱坝加固增稳的高效方法

本文首先介绍一种加固高拱坝的高效方法—垫脚加锚法 ,并阐述预应力锚索的锚固机理 ,然后对李家峡拱坝的垫脚加锚布置作了介绍。李家峡拱坝垫脚加锚前后的地质力学模型试验成果和整体三维非线性有限元分析成果表明垫脚加锚确有很好的加固增稳效果     

拱坝施工仿真参数多因素概率预测方法

施工仿真参数对拱坝施工进度仿真结果的准确性具有重要影响。目前施工仿真参数分析多采用单变量建模方式,部分采用多元分析方法建立点预测模型,均难以分析各类因素影响下施工仿真参数的不确定性。针对上述问题,本研究提出基于宽度学习系统-弹性网分位数回归（broad learning system-elastic network quantile regression,BLS-ENQR）的施工仿真参数概率预测方法。宽度学习系统不需要深度网络结构,具有高效的非线性学习能力,可以克服传统分位数回归模型仅能分析线性关系的不足;同时,采用弹性网正则化惩罚来减小回归系数并提高模型稀疏性,从而避免模型过拟合。工程应用表明,本研究提出的方法可以有效分析出施工仿真参数的概率分布,且相比于支持向量机-弹性网分位数回归、极限学习机-弹性网分位数回归、宽度学习系统-分位数回归模型,该方法具有更好的预测性能,为拱坝施工仿真参数预测提供了一种新思路。     

拱坝应力分析中的有限元内力法

本文提出了拱坝应力分析的有限元内力法，该法首先按常规方法建立拱坝及地基在水压力，自重等荷载作用下的有限元平衡方程，求解结点位移和单位应力，然后将坝体分解为拱系和梁系，根据拱和梁的内力平衡条件求解指定截面上的约束内力，并进而求解应截面上的内力（弯矩、轴力、剪力等）和坝体内任一点的等效应力。文中推导出了相应的计算公式，并通过对典型的圆筒拱坝和拟建的某高拱坝的应力分析说明了该方法的正确性。     

长沙拱坝氧化镁混凝土自生体积变形的长期原型观测成果分析

针对国内外首座外掺氧化镁混凝土不分横缝技术建成的广东省长沙拱坝,分析了近8a的氧化镁混凝土自生体积变形的原型观测成果。长期观测结果表明,氧化镁混凝土的长期自生体积变形是趋于稳定的,不可逆的,有限的。在观测时间3a之后,混凝土的自生体积变形一般还可能有10×10-6左右的缓慢增加。结合工程实践,自生体积变形的原型观测应长期开展,在条件受限后,观测时间以自生体积变形年增量不超过3×10-6且不小于5a为宜。     

超载过程中高拱坝坝肩推力角的研究

本文采用基于D-P准则的理想弹塑性三维有限元分析以及一种高精度的基于体积积分的拱端推力确定方法,结合国内一个典型的300米级高拱坝三维弹塑性有限元整体分析成果,研究分析了超载过程中拱端推力的非线性重分布规律,以确定拱坝-坝肩非线性相互作用。研究结果表明:高拱坝超载过程中各高程段的推力角均有所增加,这反映了拱坝具有较高超载能力的内在机制,也说明基于刚体极限平衡法的拱坝坝肩稳定分析成果偏于安全。     

变形分离法与数据驱动下的拱坝工作性态评价

基于有限测点位移监测数据推求大坝空间位移场变化规律是评价大坝工作性态的有效手段之一。拱坝受水荷载、温度等作用下产生的变形,不仅与坝体自身弹性模量有关,更取决于地基的变形特性。由于地基存在不均匀性等复杂问题,致使通过数值模拟的方法精准预测大坝的变形存在一定困难。本文将拱坝坝体的监测位移分解为坝体受荷载产生的位移及坝基约束变形产生的位移两部分,以其监测值与预测值系统误差最小为目标函数,基于坝体有限元模型建立了包含基础约束变形及坝体弹性模量为未知量的求解方程,通过大量位移监测资料结合人工智能粒子群算法寻优实现数据驱动,可同时求解坝基约束变形及坝体分区弹性模量。根据算例研究成果,针对复杂地基,采用本文方法推求得到的大坝空间位移场,除靠近坝体与坝基交界面附近节点位移预测值与有限元计算值相对误差稍大（约为3%）外,其余节点相对误差均在1.5%范围内,证明了本文方法的合理性;从本文方法在白鹤滩拱坝工程中的应用研究成果可知,其空间位移场相对误差分布合理且变形分离结果与实际情况相符,从而证明了方法的可行性。     

蒙特卡罗法在拱坝随机振动分析中的应用

蒙特卡罗法是一种随机生成大量样本、利用样本计算并对结果进行统计分析的方法,常用于难以计算的随机分析过程或用于验证随机分析模型的结果是否正确。本文介绍蒙特卡罗法在拱坝随机振动分析中的应用,介绍随机生成地震动时程样本的方法,对均匀单向振动及考虑空间行波效应和部分相干效应下拱坝动力响应的随机分析结果做了验证。     

高拱坝整体稳定地质力学模型综合法试验与数值分析

大岗山拱坝地质构造复杂,影响拱坝整体稳定的岩脉、断层、节理裂隙众多,针对工程地质特点,采用整体地质力学模型综合法试验与三维非线性有限元相结合的方法进行研究,对坝址区地形、地质条件,包括岩体、岩脉、断层、节理裂隙等主要地质缺陷的特征进行物理和数学模拟,分析坝体及基础变形特征,探讨坝肩、坝基失稳的破坏过程和破坏形态,得出拱坝及坝基综合稳定安全度为5.0 ～5.6(试验值)、5.6 ～6.0(计算值),以此评价工程的安全性,提出加固处理建议.