基于POT 模型建立大坝服役性态预警指标

借助预警指标实时辨识大坝服役性态是大坝安全监控的重要手段。传统多依据大坝服役性态效应量测值序列的年极值为分析子样来估计预警指标。本文基于极值理论中的POT(Peaks over Threshold)模型,通过阈值的设定,以超限数据序列作为建模分析的对象,利用广义帕累托分布拟合超限数据子样,结合大坝的失事概率实现预警指标的估计。该方法不研究效应量测值序列的整体分布情况,只关注序列的超限值分布情况;充分考虑了所有较大测值出现的可能,更好地体现了数据样本的分布特征,因此得到的预警指标能更客观地反映工程实际。     

改进POT模型及其在边坡安全监测预警中的应用

基于极值理论的BMM(Block Maximum Method)和POT模型是近来分析边坡安全监测资料、评估边坡安全状况的新兴方法之一。相对简便的BMM模型在数据取样时往往忽略区间次极大值,在资料年限较短时样本容量偏小,可能导致所得结果误差较大。本文利用改进的Hill估计方法得到阈值,通过极大似然估计确定广义帕累托分布参数,从而利用超限数据序列来确定测值序列的整体分布,提出了改进POT(Modified Peaks over Threshold)模型,并应用于某边坡工程的安全监测预警指标分析。结果表明,在同一置信水平下利用超限值应用广义帕累托分布拟合得到的预警指标小于利用块极大值应用正态分布得到的预警指标,表明基于超限数据的改进POT模型得到的预警指标更能有效规避极端情况发生的风险,更有利于边坡安全监测和预警。     

基于概率熵判据的大坝位移预警概型比较

基于数理统计原理,依据概率分布采用小概率估计方法拟定大坝位移预警指标是实现大坝安全监控的常用手段.借助系统可靠度分析方法,选取能够良好刻画系统服役性态的威布尔(Weibull)分布(三参数及二参数)、伽玛(Gamma)分布和对数正态(Log-normal)分布,针对大坝典型坝段位移监测序列,分别建立其概率分布模型,实现对分布参数的求解,再以最大熵原理为判据,选取能最客观描述大坝服役性态的分布,结合大坝失事概率,完成概率分布模型比较研究和位移预警值估计工作.实例表明:相较于其他分布,三参数Weibull分布能最客观描述典型坝段服役性态,故利用其对坝段位移预警值进行估计更加可靠.     

基于POT模型的大坝位移预警指标实时估计

大坝服役过程中,对其预警指标进行实时估计具有重要意义。基于极值理论,针对大坝位移历史监测序列,拟定合理的阈值,利用广义帕累托分布(GPD)对超阈值序列进行刻画,结合大坝失事概率,建立位移预警指标估计超阈值(POT)模型。通过实时更新建模序列,完成对位移预警指标的实时估计。针对某混凝土重力拱坝29号坝段某测点在典型时间段2007年~2009年、2007年~2010年和2007年~2011年的位移监测数据,利用POT和传统区间极值(BMM)模型分别完成对2010年、2011年和2012年位移预警指标的估计,验证了POT模型比传统区间极值(BMM)模型更加安全合理。     

大坝服役性态原型监测数据序列的频谱分析

基于大坝实测性态的数据特征,开展了大坝服役性态监测数据序列的频谱分析研究,并从系统辨识的角度,构建了大坝效应量与影响量的相干关系分析模型,以期从频域内揭示大坝实测性态的时程变化规律,并对其成因作出量化解析。结合工程实例,对比分析了大坝原型监测数据序列时域分析与频域分析成果,验证了文中所述方法的可行性和有效性。     

基于博弈论的大坝POT预警模型及其应用

引入极值理论,提出了基于博弈论的POT变形预警模型。对于多测点原型观测数据,以博弈论确定其综合权重,以信息熵理论构建多测点的变形熵,通过POT模型设置一定的阈值,选取变形熵的超限值作为建模对象,利用广义帕累托分布拟合超限数据子样,以失效概率给出其变形预警值。将该方法用于雅砻江流域某混凝土拱坝的大坝预警实践,结果表明,与传统的单测点处理方法相比,该模型可以得出更加合理的结果,更能反映工程实际。     

混凝土坝服役性态监测效应量安全监控指标拟定方法

表征混凝土坝服役性态变化的监测效应量,其变化客观反映了大坝的工作性态变化,为确保大坝的安全运行,需对相应的监测效应量拟定安全监控指标,传统的方法在假定一定失效概率的前提下拟定监控指标,人为因素影响较大。经对传统方法不足的分析,基于典型小概率方法和层次分析法的思想,提出了混凝土坝服役性态评价等级属性不等区间的划分方法,在此基础上,综合运用最大熵原理,构建反映混凝土坝服役性态变化的监测效应量概率密度函数,提出拟定对应大坝服役性态评价不同等级属性的监测效应量安全监控指标的方法,并通过工程实例验证了所提出方法的可行性和有效性。     

基于PPA-极值理论的大坝变形预警指标拟定

大坝变形预警指标估计对实现大坝安全监控具有重要意义。基于极值理论,提出了POT变形预警模型,利用广义帕累托分布对大坝变形监测数据分布的尾部特征进行拟合分析,基于PPA和信息熵理论构建多测点变形熵,结合大坝失事概率,完成对其预警指标的估计。以某混凝土大坝为例建模验证,结果表明:POT模型可以更好地刻画变形监测数据分布的尾部特征,对预警指标的估计偏于安全。     

基于融合权重-POT的拱坝变形监控模型

引入极值理论,提出了基于融合权重的POT混凝土拱坝变形监控模型。对于多测点原型观测数据,以融合权重法确定其综合权重,以信息熵理论构建多测点的变形熵,通过POT模型设置一定的阈值,选取变形熵的超限值作为建模对象,利用广义帕累托分布拟合超限数据子样,以失效概率给出大坝变形监控指标。将该方法用于雅砻江流域某混凝土拱坝,工程实例表明,该模型可以得出更加合理的结果,更能反映工程实际。     

大坝自动化监测数据的漂移校正

应用统计学原理，研究了对大坝自动化监测数据的区间性漂移进行校正的方法。首先，分别对测值序列中各段无漂移的子系列，以监测效应量(子系列效应量的平均值)的波动值作为因变量、以环境因子(子系列因子的平均值)的波动值作为自变量，逐段准备数据；之后，将各区段中准备好的数据融合在一起，进行全序列的回归分析；最后，根据回归分析的结果及漂移前后环境量的区段平均变化程度估计漂移量，并对测值进行校正，给出了具体的校正公式。此外，通过方差分析对校正精度进行了估计。     

基于小概率法的大坝多源监测预警阈值研究

针对大坝预警指标阈值确定方法不完善、监控指标指导作用不强等问题,本文基于霍尔三维结构,系统阐述了大坝预警理论,构建了预警指标体系。通过将大坝监测数据正态分布计算转换成查询柯尔莫哥洛夫分布表,提出了基于小概率法的大坝多源监测预警阈值拟定方法。结合某水库观测数据,拟定该大坝表面沉降及渗流量的预警阈值,分析结果表明,该方法能够有效评估监测指标与历年来抵御不利工况的能力,更好的反映大坝运行状况,极大地提高了监测信息的预警价值。     

Integrated Multi-Level Control Value and Variation Trend Early-Warning Approach for Deformation Safety of Arch Dam

Appropriate early-warning index of dam deformation can be used to identify the structural behavior in real time. It is an important measures to monitor the service safety of dam engineering. This paper focuses on the approach determining the early-warning index of arch dam deformation by analyzing the prototypical observations of dam safety and implementing the numerical simulation of dam structure. First, according to the long-term deformation process of arch dam, an early-warning criterion, which combines the multi-level control value and variation trend of dam deformation, is presented. Second, the numerical analysis for structural failure is implemented to calculate the global safety factor of arch dam. A method determining the global safety factor-based control value of dam deformation is developed. Third, the multi-resolution analysis of wavelet is introduced to identify the variation trend of dam deformation from the measured data. The variation trend rule is given to judge the deformation status of arch dam. Finally, the deformation behavior of one actual arch dam is taken as an example. The multi-level control value formula of dam deformation is given. It is combined with the variation trend of dam deformation to fulfill the comprehensive evaluation of deformation safety. It is indicated that the proposed approach is suitable to be used to determine the early-warning index of arch dam deformation, can help with identifying the service safety and potential risk of dam engineering.     

Deformation early-warning index for heightened gravity dam during impoundment period

The mechanical parameters of materials in a dam body and dam foundation tend to change when dams are reinforced in aging processes. It is important to use an early-warning index to reflect the safety status of dams, particularly of heightened projects in the impoundment period.Herein, a new method for monitoring the safety status of heightened dams is proposed based on the deformation monitoring data of a dam structure, a statistical model, and finite-element numerical simulation. First, a fast optimization inversion method for estimation of dam mechanical parameters was developed, which used the water pressure component extracted from a statistical model, an improved inversion objective function, and a genetic optimization iterative algorithm. Then, a finite element model of a heightened concrete gravity dam was established, and the deformation behavior of the dam with rising water levels in the impoundment period was simulated. Subsequently, mechanical parameters of aged dam parts were calculated using the fast optimization inversion method with simulated deformation and the water pressure deformation component obtained by the statistical model under the same conditions of water pressure change. Finally, a new earlywarning index of dam deformation was constructed by means of the forward-simulated deformation and other components of the statistical model. The early-warning index is useful for forecasting dam deformation under different water levels, especially high water levels.     

土石坝渗流安全预测预警研究

针对土石坝渗流安全预测预警,依据土体渗透变形试验成果,采用重标度极差分析方法(R/S分析),阐释了渗流时间序列具有分形标度不变性,揭示了渗流时间序列具有趋势性和随机性双重特性。针对土体渗透变形的孕育—形成—发展—破坏全过程演变特点,结合时间序列性质强弱程度与渗流安全稳定状态,从定量角度提出了大坝渗流分维数指标、趋势性指标及预警等级划分标准,绘制了大坝渗透变形预警指标分布图,并应用于磨盘山水库工程,分析了土石坝异常断面渗流性态,预测了心墙土体渗透变形发展趋势,论证了土石坝渗流分形预警指标的实用性和可行性。研究结果为土石坝渗流异常原因甄别及突发事件应急处置提供了参考和技术支撑。     

重力坝失稳破坏变形表征指标警戒值的拟定

抗滑稳定是重力坝设计与运行中关注的最基本要求,其宏观层面一定程度上可表征为重力坝变形性状的转异行为。大坝变形安全警戒值的确定,传统上多基于各种确定的结构参数和数学模型,缺乏对相关影响因素不确定性的考虑。因此,从不确定性分析理论入手,在对重力坝抗滑稳定可靠指标、变形与坝前水深相关性剖析的基础上,引入响应面法,通过对大坝变形水压分量与抗滑稳定可靠指标之间函数关系的合理拟合,依据现行可靠性设计规范,提出了一种基于抗滑稳定可靠指标的重力坝变形安全警戒值拟定方法,并进行了实际工程案例验证。通过与传统典型小概率法拟定结果的比较,得出了总体合理、可行的结论。文中方法是传统方法的有益补充,可作为传统方法计算结果的有效验证手段。     

基于降雨资料的雨量预警指标阈值求解模型

为保证雨量预警指标阈值在有效周期范围内发挥预警作用,通过分析现有雨量预警指标阈值的确定方法,提出了基于区域临界雨量法-降雨灾害同频率法-R/S分析法的雨量预警指标阈值求解模型。将该模型应用于江苏省泰兴市降雨时间序列的分析,对最大日降水量时间序列进行阈值确定、趋势分析,并用指标阈值进行预警验证。结果表明,该模型的雨量预警指标阈值确定结果相较单一模型更为准确,且具有一定的时效性,可为农村基层防汛预报预警提供参考。     

基于贝叶斯框架下大坝服役性态综合评估方法

大坝服役性态的综合评估对水利枢纽的安全运行有重大意义.现有的评估模型存在过于依赖专家经验,缺乏客观性,或仅限于数据挖掘,未融入专业知识的不足.以贝叶斯网络为主要框架,提出了一种结合专家主观经验和客观实测数据的大坝性态评估方法.该方法根据朴素贝叶斯分类和BIC评分优化的方式确定网络结构,有效地厘清了影响因素之间的关系.利...