大坝安全监测智能感知与智慧管理技术研究及应用

水库大坝安全监测是工程安全的重要保障措施,亟需结合新一代信息技术,提升大坝安全监测能力。系统总结了长江科学院近年来在大坝安全监测智能感知与智慧管理技术方面的研究及应用工作,通过研发系列化智能传感器、智能采集单元和物联网感知平台,建设统一的大坝安全监测数据资源池,开发通用化安全监测云服务系统,搭建专业数据挖掘平台和综合可视化应用,实现了大坝安全监测数据感知、传输、管理、分析及展示全链路应用,形成了大坝安全监测全生命周期智慧解决方案。研究成果已在乌东德、溪洛渡、向家坝、大藤峡等100余项水利水电工程中成功应用,为保障工程建设及运行安全发挥了重要的支撑作用,具有很好的推广应用前景。     

大坝变形预测的最优因子长短期记忆网络模型

面对海量的大坝安全监测数据,快速合理地确定大坝变形预测模型的变量因子能够有效提高模型预测的效率和精度。为此,本文提出一种基于最小绝对值收缩和选择算子（least absolute shrinkage and selection operation,LASSO）变量选择和长短期记忆（long short-term memory,LSTM）网络的大坝变形预测模型。首先,通过大坝变形机理分析确定影响大坝变形的相关影响因子集。然后,通过LASSO算法剔除不显著的因子,筛选出最优影响因子作为模型输入变量,并利用LSTM网络建立大坝变形预测模型。最后,以皂市水利枢纽工程的碾压混凝土重力坝为例,对本文方法进行了验证和讨论。结果表明,本文方法具有较高的预测精度,其平均绝对误差（MAE）、均方误差（MSE）与均方根误差（RMSE）均相对较小;与常规预测模型相比,基于LASSO算法的变量选择使模型建立过程更加简单高效,有利于海量监测数据的处理分析。     

碾压混凝土坝弹性力学参数渐变规律分析

受振动碾压和龄期的影响,碾压混凝土坝力学参数具有空间和时间的渐变特性。这些渐变特性导致碾压混凝土坝力学参数的复杂变化,是各碾压层本体和层面的力学参数以及层面厚度难以准确确定的主要原因。本文首先针对碾压混凝土坝各相邻碾压层弹性模量和徐变度差别较小的特点,研究了碾压混凝土坝并层龄期的确定方法;然后考虑碾压混凝土的空间渐变特性,结合复合材料力学串并联模型,建立了典型碾压层弹性计算参数分析模型;进一步利用并层算法,构建了并层体的弹性计算参数分析模型;最后,在碾压混凝土坝并层等效弹性力学参数反分析的基础上,利用粒子群算法,求解出了碾压混凝土坝弹性渐变参数。工程实例表明,本文提出的方法是可行有效的。     

一种结合弹性波CT正演模拟与钻孔注水法的防渗墙检测方法研究

防渗墙是水利水电工程项目中的重要部分,随着防渗墙规模的逐渐扩大,常规防渗墙检测方法逐渐减少;为了增加防渗墙的检测手段,研究提出采用弹性波CT正演模拟技术,并与钻孔注水法相结合的方法;在钻孔注水试验时,利用弹性波CT正演模拟技术,检测水流在墙体中的流动情况,从而在检测防渗墙渗透性的同时,完成防渗墙的完整性检测;结果显示,在低速或高速异常速度模型中,走时残差的波动较大,且完全不同;采用围井法,实验深度为15 m时,计算得到的渗透系数为0.14*10～6 cm/s;采用常水头法,深度为15 m时,该方法计算得到的渗透系数为1.88*10～6 cm/s;说明基于弹性波CT正演模拟技术,可以有效地反映防渗墙的状态;而采用围井法检测得到的防渗墙渗透系数,低于采用常水头注水法得到的渗透系数;研究提出的方法可以准确地检测防渗墙的质量。     

预留岩坎拆除爆破水下探查技术研究

抽水蓄能电站预留岩坎拆除爆破后需进行爆渣水下清挖,使出(进)水口边界和底高程满足设计流态要求,并确保机组首次启动安全。针对爆前水下地形、地质情况和爆后的爆破效果、清挖效果、清淤效果、未爆区位置与规模等,探讨了水下地形测量、水下视频检查及水下地质勘察等探查技术,形成了预留岩坎拆除爆破水下探查技术方法,并应用于湖北白莲河抽水蓄能电站工程。探查成果表明,水下探查技术能够较好地满足工程需求。     

洞塞间距对多级洞塞消能影响的数值模拟研究

对于多级洞塞泄洪洞而言,上下级洞塞之间的合理间距影响到洞塞消能能力的发挥,因此有必要研究多级洞塞中上下级洞塞之间的合理间距。采用数值模拟手段,研究了上下级洞塞之间的间距问题。研究结果表明,当孔径比在0.4～0.8范围内,只要上下级洞塞之间的间距达到5.7D以上,各级洞塞均能充分发挥各自的消能能力。研究结果可为多级洞塞设计提供参考。     

碾压混凝土坝位移时空监控模型研究

基于单测点的碾压混凝土坝位移监控模型不能很好地监控碾压混凝土坝的安全运行、预测和评价碾压混凝土坝的工作性态,为此分析了与碾压混凝土坝位移相关的水位、温度和时效等时空影响因素的表达式,结合碾压混凝土坝位移观测资料,建立了碾压混凝土坝位移时空监控模型。工程实例表明：该时空监控模型具有很好的拟合效果,可以用来实时监控碾压混凝土坝的运行状态。     

未确知滤波法和灰色模型在大坝变形预测中的应用

对大坝变形进行预测时,观测序列中的粗差不可避免地影响预测精度,同时,监测序列较短也会影响预测的精度,针对这些情况,将未确知滤波法和灰色模型应用到大坝变形预测中。首先利用未确知滤波法对大坝变形监测序列进行粗差识别,并修正粗差,再采用灰色模型预测大坝的变形。实例分析表明,通过 2 种方法有机地结合,可以显著地提高大坝变形预测的精度,具有较高的工程实用价值。     

相位法在锚杆锚固质量分析中的应用研究

目前国内锚杆领域的检测,都是基础理论加现场经验来进行判断。理论方面,主要依靠应力波方法,在此基础上推导波动方程。生产中该法已得到了广泛应用,并将理论公式推导、波形验证分析等手段相结合,进行了现场实验分析。同时,在Hilbert变换瞬时相位理论的基础上,对相位曲线进行分析,将相位法应用于锚杆锚固质量分析,判断锚杆的长度和饱满度,同时,也得出了相位法在锚杆锚固质量分析中的应用研究曲线。上述结论在工程实验中进行了验证,也在实际中得到了推广。     

精密三角高程测量在大藤峡水利枢纽左右岸高程联测中的应用

随着测量机器人精度的提高,精密三角高程测量在跨河水准测量中得到了广泛的应用.根据精密三角高程测量的严密计算公式,通过误差传播定律推导了测量结果的误差公式,证明控制仪器的垂直角和测量距离,能够提高测量精度,达到二等水准测量精度.通过在大藤峡水利枢纽工程左右岸高程联测中的应用,证明该方法能够达到二等水准测量精度要求,且可提...