多代理模型自动构建及大坝反演分析应用研究

基于二分法进行自变量子空间的划分，依据已有模型的预测误差及预期标准，实现不同规模的子空间中样本采集及模型训练、检验和保存流程的自动执行，直至所有子空间所属代理预测模型均达到预期精度。采用支持向量回归(SVR)训练建模，并通过粒子群算法(PSO)优化获得PSO-SVR代理模型。针对显式函数的多代理模型自动构建和验证结果表明，相比于初始全局代理模型，空间划分多代理模型在全局预测精度和局部误差控制方面均有明显提高。为此，建立基于PSO-SVR多代理模型和麻雀搜索算法(SSA)的大坝参数快速反演方法，并应用于坝基渗流参数的准实时反演，根据反演成果分析坝基局部测点水位偏高的成因，为大坝实时在线监控提供有效的技术支持。     

基于RVM-CS的工程区地层渗透系数反演分析

为了准确确定工程区各地层渗透系数,基于相关向量机(RVM)与布谷鸟算法(CS)建立反演分析模型,对研究区域内各地层的渗透系数进行反演分析。首先,基于均匀设计法构造渗透系数组合,利用有限元计算测点水位值并生成RVM学习样本;随后,通过训练RVM构建渗透系数与水头之间的映射关系,使其能够代替有限元方法快速地完成渗流计算;最后,根据工程区钻孔的实测水位值,利用CS算法搜索确定区域内各地层的渗透系数。将建立的渗流反演模型应用于某大型抽水蓄能电站工程区的初始渗流场中,结果表明:所建立的渗流反演模型能够考虑多地层渗透系数和钻孔水头间的非线性,RVM能代替有限元模型,可快速、精确地确定渗透系数;此渗流反演模型在大型抽水蓄能电站工程区反演结果合理,精度满足工程要求。     

基于IDE-OSVR-ABAQUS的岩土力学参数反演方法

提出引入自适应因子的改进型差分进化算法(IDE),并应用于优化在线支持回归机(OSVR)的核参数和惩罚参数,建立岩土体位移和岩土力学参数之间复杂非线性关系的动态最优IDE-OSVR模型,输入岩土体位移值直接输出岩土力学参数实现参数反演。通过均匀设计方法与ABAQUS正计算构建初始训练集,然后逐次反演并进行验算误差,将误差未达到预定阈值前的验算样本增添至训练集,使得IDE-OSVR模型不断在线学习,提高参数反演精度。将IDE-OSVR-ABAQUS反演方法应用于工程算例,并同几种典型方法对比。结果表明该方法的岩土力学参数反演速度很快,反演精度很高,是一种合理的岩土力学参数反演方法。     

用微进化算法反演岩石蠕变模型非定常参数

岩石蠕变模型的参数较多,为得到参数的全局最优解,应用微进化算法（Microevolution Algorithm, MA）对岩石蠕变模型非定常参数进行了反演分析。算法以实测蠕变值与理论计算值之间的最小二乘误差为优化准则函数,直接反演计算蠕变模型参数。计算结果表明,微进化算法可最大限度地利用所有试验数据,避免传统优化算法初始参数选取的困难,且算法简单有效,计算精度高于混沌粒子群优化算法。该方法也可推广应用于其它蠕变模型的参数反演,具有较高的工程应用价值。     

基于抽水试验的渗流问题摄动随机反演方法

针对地下水渗流随机参数反演问题,在正演随机模拟方法的基础上,结合非平稳随机过程变量的一阶Taylor展开式和随机参数的摄动方程,讨论了多随机参数反演问题,提出了基于抽水试验的渗流问题摄动随机反演方法,给出一阶均值反演准则,得到多随机变量的均值和方差的近似表示方法。该方法在计算均值时采用改进的遗传算法,在计算方差时采用分组统计的方法。最后给出了一个基于Thies模型反演导水系数和贮水系数的例子,计算结果表明,该方法可以较好的求取参数的均值,近似地求取参数方差。     

基于RF-GWO的水利工程地质渗透系数智能反演分析

地质渗透系数是准确分析水利工程渗流的关键参数。针对传统反演方法计算效率低、精度差的问题,采用有限元正演模型和正交试验设计构建渗透系数反演样本集,建立了基于随机森林(RF)算法的渗流计算代理模型;在此基础上,引入灰狼优化(GWO)算法,提出了基于RF-GWO的渗透系数智能反演方法,并以Z抽水蓄能电站为研究案例进行了验证。结果表明：RF模型对各钻孔水位预测结果均接近实测值,性能优于CART和BP模型;GWO可搜寻到地质最佳渗透系数,钻孔水位反演结果合理,相对误差最大为0.42%,精度满足工程要求,计算的天然渗流场分布形态也符合一般山体渗流场分布规律。建立的反演模型能够快速准确地推断工程区地层渗透系数,具有实际工程应用价值。     

基于Winpest反演分析的降雨入渗补给量分区

在水文地质条件复杂地区进行地下水数值模拟时,需要对降雨入渗补给量进行主观确定,参数识别过程比较复杂。利用Modflow软件,建立了Winpest反演模型对渗透系数进行优化,并通过分析反演过程中观测孔模拟水位和实测水位的拟合情况,进行降雨入渗补给量分区优化。将该模型运用于壁板坡隧道隧址区,结果表明:研究区需先按表层出露的不同层位进行降雨入渗补给量初次分区,再对已有分区按不同高程范围进行二次分区和降雨入渗补给量优化方能实现地下水初始渗流场的高精度拟合。利用Winpest反演分析方法,降低了人为设定降雨入渗补给量的盲目性,为水文地质条件复杂地区的地下水初始渗流场数值模拟提供了一种更加快捷高效的途径。     

引水隧洞三维渗流场分析研究

根据工程水文地质条件,建立引水隧洞渗流有限元计算模型。确定数值模拟边界条件,结合区域内的抽水和压水试验数据,采用反演分析算法计算初始渗流场,分析了引水隧洞开挖前后各区域段的初始渗流场分布规律并进行初步分析。     

基于二维有限元模型的高水位下心墙坝安全性态分析

结合温岭市湖漫水库大坝的工程实例,建立了修正的二维有限元渗流模型,对典型坝段工程渗流场进行二维有限元分析,分析了不同工况下的坝基渗流场情况和工程关键部位的渗流场分布情况。采用的渗流参数反演方法和有限元模型的修正,可有效提高渗流分析的精度。     

基于优化BP神经网络算法的隧道岩土体力学参数分析方法研究

在隧道稳定工程稳定分析中,岩土体力学参数的准确性对工程设计有着重要影响,以获取隧道岩土体力学参数指导支护设计,保障隧道施工及运营期的安全性。采用有限差分数值计算模型构建位移与岩土参数的训练样本集,结合CO-RDPSO算法优化BP神经网络的初始权值和阈值进行训练,将实际监测位移带入训练好的神经网络反演岩土体力学参数,利用反演参数带入有限差分模型计算得到隧道位移,并将其与监测位移进行对比分析,并对该方法进行实例验证,结果表明,基于有限差分方法反演得到的参数能较好地反映隧道开挖后土体的位移沉降,变形规律与监测数据基本一致,CO-RDPSO算法优化BP神经网络具有一定的可行性。     

某船闸枢纽主要分区渗透参数敏感性及反演分析

渗透参数的确定是水利工程渗流分析的前提,而渗透参数反演是确定材料渗透系数的有效手段之一。为定量分析某船闸枢纽主要分区材料渗透系数对枢纽渗流场的影响,建立某大型船闸三维渗流有限元分析模型。以不同测点水头值为指标,设计以混凝土闸体、基岩、防渗帷幕和排水孔幕渗透系数为因素的三水平正交试验,开展各区渗透系数对船闸渗流场的敏感性分析,采取可变容差法反演确定主要分区材料渗透系数。结果表明：各分区渗透系数对测点水头的敏感性从高到低依次为帷幕、基岩、孔幕和混凝土,其中帷幕、基岩和孔幕的影响较为显著;反演时需重点关注帷幕和基岩等影响程度较大的分区渗透系数;反演计算值和实测值最大误差为2.37%,帷幕和基岩的渗透系数分别为3.04×10^-6和5.51×10^-6 cm/s,反演参数可用于该船闸枢纽渗流稳定分析,研究成果可为类似工程提供借鉴。     

张峰水库大坝渗透参数反演计算

本文以坝体竣工时试验和检测得出的土性参数为初始值,以安全监测得出的现状渗流场为标准,通过有限元数值分析方法反演得出符合工程实际的坝体和坝基渗流计算参数。该参数用于预测高水位下坝体渗流变化情况,分析坝体在高水位下的渗透安全和渗流变化规律。     

遗传算法在瑞雷波频散曲线反演中的应用研究

为解决现有瑞雷波频散曲线反演计算方法的局限性，可将遗传算法用于反演中。首先使用传统方法给出初始模型，以确定模型参数的搜索范围，之后利用遗传算法反演，最后得到一个能可靠反映地下介质分布的地下介质模型。运用该模型对实测资料反演分析，以检测其实用性，并与传统方法对比以考察其优越性。结果表明：采用遗传算法对瑞雷波频散曲线进行反演是可行的，并能得到较好的反演效果。     

某土工膜堆石坝帷幕后水位偏高成因初步分析

某土工膜堆石坝的坝基防渗体系包括趾板及坝基帷幕,帷幕后实测水位偏高,与上游水位连通性较强,需要对其成因进行分析。基于渗流观测资料建立回归模型进行初步分析,运用正交试验设计和渗流有限元计算生成训练样本,对各影响因素进行敏感性分析。借助支持向量机在小样本中的高度非线性映射能力,建立渗流参数与渗压水位的对应关系。采用遗传算法对支持向量机模型进行参数优化,以支持向量机预测值与实测值误差作为适应度值,对坝基地层和防渗体各区域渗流参数进行优化搜索,并将反演结果进行反馈计算验证。结果表明,基于支持向量机-遗传算法反演渗流参数是可行的,帷幕后渗压水位偏高由趾板与帷幕间的裂缝及坝基渗流各向异性综合引起,可针对上述薄弱部位进行工程处理以降低幕后水位。     

土石坝渗流热监测理论研究进展

对渗流热监测理论各发展阶段特点与相关研究作了评述,着重介绍了定量研究阶段考虑渗流场影响推求温度分布的正演分析,详述了各渗流场与温度场耦合数学模型的基本原理、模拟对象、耦合机理与模型计算方法,总结了渗流-温度场耦合模型研究的趋势与问题。介绍了耦合模型计算的2个部分(渗流场计算与温度场计算)的研究现状与发展重点,阐述了研究基于非饱和渗流双场耦合的必要性和建立模型涉及的基本理论。对未来的研究提出几点建议:考虑有关参数的温变特性,提高模型仿真精度;开展基于非饱和渗流的耦合模型研究,丰富复杂条件下渗流热监测理论;加强由温度场求解渗流场的反演分析研究。     

河道堤防力学参数反演计算模型研究

结合ANFIS模型对河道堤防力学参数进行反演,并结合试验测定值对模型计算精度进行验证.验证结果表明:ANFIS模型基于有限元原理可实现反演参数优化计算,相比于传统力学参数反演方法,该方法的反演误差可降低20％左右.研究成果对于河道堤防力学参数确定具有重要的参考价值.     

基于神经网络的中线工程高边坡土体渗透参数反演研究

基于神经网络的非线性映射特性,在渗流有限元计算的基础上,结合水头和流量等实测资料提出了边坡渗透参数的反演方法.将该方法应用到南水北调中线工程高边坡渗流反演分析中,得到了能够反应工程实际的边坡土体的综合渗透参数.同时利用反演出的渗透参数进行渗流计算,结果表明,该方法对高边坡的渗透参数反演具有较高的识别精度,反演结果可靠.     

基于并行遗传算法和温度荷载的隧洞参数反演研究

针对隧洞工程运行期反演计算中温度荷载容易被忽视的问题,以西南地区一个大型水电站的深埋地下隧洞为研究对象,将其运行期钢筋应力、围岩参数增量的实测值作为反演的基础数据,考虑应力场和渗流场的耦合作用,采用并行遗传算法对运行期隧洞围岩参数和外水头进行反演。计算结果和实测结果对比表明,温度荷载对反演得到的隧洞参数值影响较大,误差由未考虑温度时的38.73%降到考虑后的3.90%,而围岩参数中弹性模量误差也由7.35%降为3.90%,内摩擦角误差也由7.45%降为5.76%。并行遗传算法可以应用到隧洞参数的反演中,将计算效率提高了4倍左右。温度荷载的施加也使反演得到的计算结果更加接近实测值,反演结果更加准确。研究成果可为类似的工程提供参考。     

多孔介质中粘弹性液体广义流动分析

将分数阶导数引入渗流力学建立了多孔介质中具有松驰特性的非牛顿粘弹性液体的含有分数阶导数的不稳定渗流模型，利用离散逆Laplace变换技巧和广义Mittag-Eeffler函数研究了多孔介质中非牛顿松弛粘弹性液分数阶流动特征。对任意的分数阶导数得到了精确解，并先求出了长时和短时渐进解，然后用拉普拉斯数值反演Stehfest方法分析无限大地层粘弹性液的流动。结果表明粘弹性流体对分数导数的阶数具有极强的敏感性。     

300 m级心墙堆石坝与地下厂房洞室群渗流分析与控制

渗流分析与控制对高心墙堆石坝工程安全至关重要。双江口水电站心墙堆石坝最大坝高314 m,地下厂房洞室群规模巨大,工程厂坝区的水文地质条件复杂。采用4种有限元法进行渗流计算分析和渗流控制方案研究,反演得到天然渗流场边界水位和材料渗透参数,建立4套有限元计算模型,计算分析运行期不同方案下渗流场分布、渗透坡降和渗流量,研究渗流控制方案的可行性和合理性,为双江口水电站工程安全运行奠定了基础。