基于位移场混合模型的棉花滩大坝弹性模量反演分析

根据坝体及坝基的变形特性,对位移水压分量进行分离,建立大坝多测点位移场的混合模型,反演得到坝体及坝基的综合弹性模量,并根据此反演结果,利用结构分析法拟定坝顶水平位移的监控指标。以棉花滩大坝为例进行计算,采用结构分析法的拟定结果与采用实测资料小概率法的拟定结果非常接近,说明反演分析结果反映了工程实际情况。     

重庆江口拱坝坝体弹性模量的反演

基于重庆江口拱坝原型位移监测资料,对大坝混凝土弹性模量进行反演。首先从逐步回归统计模型中分离出位移水压分量,建立拱梁分载模型,推求假设坝体混凝土弹性模量时的水压分量,再建立混合模型进而反演得到坝体混凝土综合弹性模量。结果表明,以拱梁分载法和统计分析法为主要手段反演拱坝坝体混凝土综合弹性模量是可行的。     

RCC坝力学参数反演不唯一性概率统计分析方法探讨

由于室内试验确定的混凝土坝力学参数与实际参数存在较大差异,目前混凝土坝工程上常基于实测变形采用优化算法或仿生算法反演获得混凝土坝力学参数,然而多参数反演不唯一性问题尚未解决。针对反分析不唯一性问题,考虑到大坝混凝土弹性模量和强度之间密切相关,基于大坝混凝土强度标准值的定义方法,建议基于实测变形进行多次力学参数反演,然后对反演结果进行概率统计分析获得概率分布函数,依据80%保证率确定反演参数。结合高寒地区某碾压混凝土(RCC)坝实测变形,验证了本文提出的反演参数不唯一性概率统计分析方法。分析表明该方法可以获得相对稳定的坝体及坝基力学参数反演值,可为高寒地区碾压混凝土坝安全性态评估提供参考。     

基于混合模型的某碾压混凝土坝坝体、坝基弹模反演

以某碾压混凝土坝实测坝体、坝基水平位移为依据,运用有限单元法分别计算坝体和坝基水平位移,建立7~#坝段上下游向水平位移的混合模型,通过混合模型反演坝体和坝基的弹性模量。计算结果表明,实测值和拟合值接近,混合模型精度较高,可为类似工程提供参考。     

严寒区水电站混凝土拱坝渗流初蓄—运行期监测成果分析

混凝土拱坝蓄水后,在水荷载作用下,坝体渗流安全不能处于全面受控状态。为掌握严寒区混凝土拱坝的渗流状态,文章根据初蓄—运行期大坝渗流监测成果,分析山口水电站坝基扬压力、坝体渗流、绕坝渗流、渗漏的变化情况。结果表明：受严寒地区温控难度大影响,部分测点渗压出现异常情况,但不影响大坝整体安全运行;帷幕后渗压折减系数符合设计要求,坝体渗压规律基本合理,绕坝渗流变化较小,渗漏量远小于经验值。大坝在初蓄—运行期的渗流变化符合一般认知规律,大坝渗流处于安全状态。     

基于遗传算法的物理力学参数反演

基于遗传算法的直接随机寻优特性,首先介绍了采用实数编码遗传算法反演物理力学参数的基本步骤,然后在三维有限单元法的基础上,结合水平位移等大坝安全监测资料,提出了大坝坝体弹性模量和坝基变形模量的反演方法。并结合某重力坝8#坝段的安全监测资料,利用该方法反演得到了该大坝坝体弹性模量和坝基变形模量。算例表明,采用遗传算法—三维有限单元法反演大坝坝体及坝基的物理力学参数是可行的。     

构皮滩拱坝混凝土线膨胀系数反演分析

掌握大坝运行期混凝土线膨胀系数是研究坝体在温度作用下应力变形特征和规律的必备条件。采用无应力计测值对构皮滩拱坝混凝土线膨胀系数进行反演,首先根据各测点测值基本变化规律分析了数据可靠性,再利用正常工作的各测点无应力计测值进行统计模型回归分析,得到构皮滩大坝混凝土实际线膨胀系数为6. 18×10-6/℃。     

某碾压混凝土坝7号坝段异常水平位移原因分析

以某碾压混凝土坝7号坝段异常变形作为分析实例,根据坝体实测温度场,采用有限元法计算坝体温度变化对大坝水平位移的影响,采用混合模型法反演坝体弹性模量。分析结果表明,水位变化对7号坝段水平位移影响幅度在合理范围内,由于坝体温度场受气温影响小,温度分量占比较小,导致库水位分量占比相对较大,因此水平位移表现为与库水位相关性明显;考虑坝体温降及测值突变影响,坝体不存在明显趋势性位移;坝基趋势性位移主要发生在蓄水过程中,正常运行以来坝基向下游变形仅1 mm左右,不影响大坝安全运行。该结论为大坝安全性评价提供了可靠依据。     

基于神经网络模型的某大坝混凝土弹性模量时变规律反演分析

基于人工神经网络的非线性映射特性，在三维有限元计算的基础上，结合大坝原型观测资料，提出了大坝参数时变规律的反演方法。以某混凝土重力坝的原型观测资料为例，利用该方法反演得出了该坝坝体混凝土弹性模量的变化规律。结果表明该方法是切实可行的，可应用于分析评价大坝材料参数的变化。     

龙羊峡重力拱坝运行期变形与应力反演分析

基于龙羊峡重力拱坝实测数据,建立拱坝-地基有限元模型,进行了反演分析,确定了合理的温度分布函数的参数,以及坝体与基岩材料弹性模量。采用反演得到的有限元模型计算了龙羊峡重力拱坝运行期温度场分布及坝体变形与应力分布。结果表明,龙羊峡重力拱坝坝体中心温度常年几乎没有变化,坝面区域温度变化受外界影响较大;坝体混凝土弹性模量相比于设计试验值大,提升约25%;应力状态方面,坝体整体受压,冬季由于气温较低,坝面区域存在小范围拉应力区,拉应力水平较小,不影响工程安全运行。     

廊道布置对混凝土重力坝冻融破坏特性影响研究

冻融破坏是混凝土重力坝常见耐久性问题之一.通过大坝渗流和温度仿真分析确定潜在冻融破坏区域,基于已有混凝土冻融损伤本构模型分析大坝的塑性损伤分布,以此评价廊道布设形式对重力坝冻融损伤特性的影响.分析结果表明:混凝土结构的抗冻特性不等同于其本体材料抗冻特性,合理增设廊道数量对混凝土重力坝抗冻耐久性有利,该研究成果能为严寒区...     

不同模型参数对面板堆石坝应力变形的影响研究

为探讨室内三轴压缩试验及大型现场压缩模量试验在研究面板堆石坝坝筑坝材料实际力学特性的科学合理性,结合某100 m级混凝土面板堆石坝工程,分别对各区筑坝材料进行上述两种试验研究,其中对现场压缩试验成果采用基于免疫遗传算法的反演方法计算得到材料的邓肯E-B模型参数,同时整理室内压缩试验成果得到另一组参数。基于以上两组参数,运用三维非线性有限元法进行数值计算。计算结果显示,室内三轴试验过程因为缩尺试验料与实际筑坝料之间较大的颗粒粒径差异,计算得到的坝体及面板变形协调性较差,试验成果难以客观反映材料实际的力学性质,建议加强对缩尺效应及颗粒破碎机理的进一步研究以及直接对原级配筑坝材料试验方法的探索。     

浅议真宝顶水库浆砌石重力坝坝面混凝土防冻、防裂技术

真宝顶水库海拔较高,所处理地理位置气温低而寒冷,昼夜温差大,对坝面混凝土防冻防裂极为不利。为此,通过优选混凝土原材料,改进施工工艺,裂缝控制,科学养护等措施,提高了混凝土质量,有效地防止了混凝土的冻害、裂缝产生,取得了良好的效果。     

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.     

动态循环荷载下大坝混凝土拉压转换损伤本构模型构建及影响研究

目前混凝土坝抗震安全评价中,对于动态循环荷载下大坝混凝土损伤本构模型中从受拉状态向受压状态转变过程(拉压转换)中的混凝土弹性模量变化,一般都基于商用软件ABAQUS的"单边效应"假设,认为混凝土弹性模量立即恢复为初始弹性模量。上述假设的合理性缺乏试验验证,直接影响混凝土坝抗震安全评价的可靠性。通过对全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果的观察分析,发现混凝土从受拉状态进入受压状态后弹性模量并非立即恢复为初始弹性模量,而是由损伤后弹性模量连续渐进恢复至初始弹性模量,期间原有的受拉残余应变在压应力作用下迅速减小到较小数值,因此ABAQUS的"单边效应"假设并不符合实际情况。本文以全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果为基础,提出受拉损伤发生后,拉压转换时受压应力应变关系采用双折线模型的思路,据此推导了相应的应力-应变关系解析表达式,构建了更接近混凝土拉压转换时真实状况的本构关系数值模型。通过实际工程的计算分析,发现常用的受压弹性模量立即恢复为初始弹性模量的损伤本构模型过高估计了坝体刚度,可能带来偏于不安全的评价结果。     

温度作用对运行期间混凝土坝的影响

本文通过工程实例介绍温度在混凝土坝运行期间的各种影响和作用,它能使坝体产生裂缝,使施工期出现的裂缝扩展;还能使混凝土表面产生冻融破损,使混凝土深层产生冻胀破坏。这不仅影响大坝的使用寿命,而且威胁大坝的安全。若对大坝运行期间的温度加以控制(如对大坝廊道和孔洞进行封堵、溢流坝反弧段积水等),则可减小温度变化幅度,从而改善坝体应力状态和减少冻融、冻胀的程度及范围。     

掺钢和玄武岩纤维混凝土的冻融循环试验研究

钢纤维和玄武岩纤维能够有效提高混凝土耐久性,利用冻融循环试验,对掺钢和玄武岩纤维的混凝土抗冻性能及其冻融损伤计算模式进行研究。试验结果表明:混凝土抗冻性受到纤维种类和纤维体积掺量影响明显,当掺加体积率1.5%钢纤维和0.05%玄武岩纤维时混凝土抗冻性能最优,可达到F250等级水平。并对混凝土的冻融损伤机理和纤维的增强作用进行深入分析,确定了基于相对动弹性模量的冻融损伤计算模式和基于冻融累积损伤的冻融损伤计算模式。经过试验数据的对比分析,得出基于相对动弹性模量的冻融损伤计算模式精度更高,拟合而成的一元二次函数衰减模式比指数函数衰减模式具有更高的精度,相关系数均达到0.99以上,更适合用来预测纤维混凝土的冻融耐久性。     

Health diagnosis of concrete dams using hybrid FWA with RBF-based surrogate model

Structural health monitoring is important to ensuring the health and safety of dams.An inverse analysis method based on a novel hybrid fireworks algorithm(FWA) and the radial basis function(RBF) model is proposed to diagnose the health condition of concrete dams.The damage of concrete dams is diagnosed by identifying the elastic modulus of materials using the displacement changes at different reservoir water levels.FWA is a global optimization intelligent algorithm.The proposed hybrid algorithm combines the FWA with the pattern search algorithm,which has a high capability for local optimization.Examples of benchmark functions and pseudo-experiment examples of concrete dams illustrate that the hybrid FWA improves the convergence speed and robustness of the original algorithm.To address the time consumption problem,an RBF-based surrogate model was established to replace part of the finite element method in inverse analysis.Numerical examples of concrete dams illustrate that the use of an RBF-based surrogate model significantly reduces the computation time of inverse analysis with little influence on identification accuracy.The presented hybrid FWA combined with the RBF network can quickly and accurately determine the elastic modulus of materials,and then determine the health status of the concrete dam.     

隔河岩大坝混凝土弹性模量反演分析

本文基于隔河岩工程原型位移监测资料,对大坝混凝土弹性模量进行反演,首先对原型位移监测资料采用逐步回归得出大坝位移统计模型,并分离出水压位移分量,再利用有限元结构分析软件ANSYS获得理论水压分量,通过反演从而求出大坝混凝土的平均弹性模量.结果表明,此法获得的弹性模量接近真实情况,为评价大坝安全性态提供了可靠的依据.     

基于MCMC法的混凝土坝坝体坝基变形模量随机反演

针对混凝土坝材料力学参数反演中存在大量不确定性问题,提出了混凝土重力坝坝体弹性模量与坝基变形模量的MCMC随机反演法。将坝体及坝基变形模量参数视为随机变量,基于Bayesian理论,利用无似然函数的马尔可夫链蒙特卡罗方法（Markov chain Monte Carlo (MCMC) without likelihoods）进行随机参数后验分布抽样。通过平稳后的马尔可夫链得到参数后验分布的随机样本,进而得到对应的期望值和标准差。以龙滩高混凝土重力坝为例,结合典型断面的二维平面有限元模型,采用无似然函数的MCMC算法对坝体、坝基变形模量进行了随机反演,得出所需反演参数（坝体弹性模量、坝基变形模量）的分布;分析了坝体、坝基变形模量分布的统计特性与观测值波动之间的关系,得出后验分布变异性与观测值离散性呈正相关关系。