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ANSYS的大伙房水库土坝渗透系数反演

根据温度场和渗流场的相似性,利用有限元分析软件ANSYS的热分析功能计算土石坝渗流问题。通过AN-SYS的优化设计功能,建立了基于ANSYS的渗透系数反演模型,反演得到更符合大伙房水库大坝实际工况的渗透系数,利用该渗透系数进行渗流数值计算,通过对计算值与实测值的对比表明,有限元计算值与实测值相对误差较小,拟合结果能够满足精度要求。说明所求得的渗透系数比较合理,可以用于渗流数值计算。     

广义Bayes法在裂隙岩体渗透系数随机反演中的应用

工程中由于存在各种随机因素,采用确定性的渗流分析方法进行渗透系数的反演必然会导致结果的不确定性.本文基于渗流场的随机有限元分析方法,结合变尺度优化算法和广义Bayes法,建立了一种渗透系数的随机反演方法,推导了详细的计算公式.该方法不仅考虑量测水头、渗透系数的随机性,还考虑了边界水头的随机性,不仅可以获得渗透系数的均值反演结果,还可以得到标准差的反演结果.最后将该法应用于重力坝坝基渗流算例分析中,以渗流有限元正分析计算结果作为"假想"的实测点水头值,通过随机反演,同时获得渗透系数均值与标准差的反演结果,将输入信息与反演结果对比分析,验证了渗透系数和标准差反演结果的正确性.     

东津水库坝肩岩体压水试验渗透系数分析

以修水县马坳镇境内的东津水库为例，概述水库工程岩体及裂隙发育，透水性强等复杂水文地质条件的基础上指出，其岩体渗透系数的计算无法采用现行规范所推荐的方法，进而进行了钻孔水压试验非稳定渗流场拟合分析，得出了较为合理的坝肩岩体渗透系数反演结果；基于此，对水库坝肩岩体钻孔压水试验过程展开分析，得出不同钻孔深度下钻孔水位随时间变化的趋势线，依托不同孔深压水试验三维有限元模型，进行了孔深试验非稳定渗流场分析和岩体渗透系数的计算。计算结果与工程实际较为吻合，且所提出的坝肩岩体渗透系数拟合方法可为类似工程提供借鉴参考。     

土石坝渗流性态分析的IAO-XGBoost集成学习模型与 预测结果解释

针对现有土石坝渗流数值模拟方法计算效率较低、难以实时分析大坝渗流性态，而现有基于机器学习算法建立的代理模型又存在模型可解释性较差的问题，提出土石坝渗流性态分析的IAO-XGBoost集成学习模型，并基于Shapley加性解释(SHapley Additive exPlanation, SHAP)理论对预测结果进行解释。在采用多地质体自动建模方法和CFD技术对大坝渗流场进行计算分析的基础上，基于改进的天鹰(Improved Aquila Optimization, IAO)算法优化极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting, XGBoost)集成学习算法中的n＿estimators、max＿depth和learning＿rate等超参数，进而建立基于IAO-XGBoost集成学习算法的大坝渗流性态指标预测模型，以揭示上下游水位和坝基地层渗透系数等输入特征变量与渗流性态指标模拟值间的复杂非线性映射关系。进一步地，将IAO-XGBoost集成学习算法与可解释机器学习框架SHAP理论相结合，挖掘影响大坝渗流性态指标预测结果的关键特征，并解释特征变量对渗流性态指标预测的影响...     

渗流反分析在土石坝安全评价中的应用

以土石坝渗流场中各测点水位的实测值与计算值的最优化拟合准则，建立渗透系数的反演模型，并以青山水库主坝渗流分析为例，根据多个渗流观测点数据，反演出大坝各个区域的渗透系数．在渗流反演优化过程中利用对数变换将有约束优化转为无约束优化．根据反分析的结果对大坝的渗透安全进行分析评价，取得了良好的效果，为大坝的安全评价提供了重要依据．     

关于允楞水库渗流反演结果适定性解的探讨

渗流问题反演结果往往不是唯一的。结合云南允楞水库实际工程，探讨了反演结果不唯一的原因，并与数值优化方法结合，将反问题转为正问题求解。具体方法为:首先，将坝体渗流计算域分为若干子域，并认为在子域内渗透系数为常数；其次，以钻孔原位压水试验成果为渗流计算初值选取提供依据；最后用三维渗流有限元计算得到的各测孔水位，与实测值进行最优拟合得到反演结果。计算结果表明，该方法简便易行，计算结果精确可靠，可供同类工程的渗流反演分析参考。     

某水电站覆盖层地基渗透系数反演分析

结合某水利枢纽工程,基于其工程地质和水文资料(钻孔勘探和抽注水试验等),利用有限元ANSYS优化设计模块,对坝址区渗流域全天然渗流场进行三维渗流参数反演计算,以确定坝基的实际渗透系数,为后面的渗流分析、选择合理的渗流控制措施以及防渗技术方案优化提供可靠的计算依据。     

基于云推理的渗透系数反演模型

鉴于云推理在处理不确定性方面的能力,通过假定渗透系数的正态云分布,利用有限元计算出相应的孔隙水压力,将计算结果作为云推理的规则前件,通过"软与"与规则后件的渗透系数相对应,以模拟测压管水位与防渗体渗透系数之间的非线性关系,从而建立渗透系数反演的云推理模型。将此方法应用于某水库的渗透系数反演中,结果表明,基于云推理的渗透系数反演模型具有较高的精度,可用于土石坝渗透系数的反演。     

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。     

基于能量损失率最小原理求解稳定渗流场渗透系数

在基坑降水设计中，渗透系数的确定直接影响到降水方案的准确性、合理性以及可靠性，目前工程上通常采用现场抽水试验确定渗透系数，增加了时间成本以及工程造价，为此提出了一种计算稳定渗流场渗透系数的有限单元方法。该方法无需进行现场抽水试验，并考虑了水跃现象的影响，基于能量损失率最小原理计算潜水含水层的渗透系数。采用该方法计算了两个工程案例，求得了两个案例渗流区域的渗透系数，并与实测值进行对比，结果表明本文方法具有较高精度，对渗流场的分析与降水工程的设计有指导意义。     

Three-dimensional stochastic seepage field for embankment engineering

Owing to the complexity of get-engineering seepage problems influenced by different random factors, three-dimensional simulation and analysis of the stochastic seepage field plays an important role in engineering applications. A three-dimensional anisotropic heterogeneous steady random seepage model was developed on the basis of the finite element method. A statistical analysis of the distribution characteristics of soil parameters sampled from the main embankment of the Yangtze River in the Southern Jingzhou zone of China was conducted. The Kolomogorov-Smimov test verified the statistical hypothesis that the permeability coefficient tensor has a Gaussian distribution. With the help of numerical analysis of the stochastic seepage field using the developed model, various statistical and random characteristics of the stochastic seepage field of the main embankment of the Yangtze River in the Southern Jingzhou zone of China were investigated. The model was also examined with statistical testing. Through the introduction of random variation of the upstream and downstream water levels into the model, the effects of the boundary randomness due to variation of the downstream and upstream water levels on the variation of simulated results presented with a vector series of the random seepage field were analyzed. Furthermore, the combined influence of the variation of the soil permeability coefficient and such seepage resistance measures as the cut-off wall and relief ditch on the hydraulic head distribution was analyzed and compared with the results obtained by determinate analysis. Meanwhile, sensitivities of the hydraulic gradient and downstream exit height to the variation of boundary water level were studied. The validity of the simulated results was verified by stochastic testing and measured data. The developed model provides more detail and a full stochastic algorithm to characterize and analyze three-dimensional stochastic seepage field problems.     

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。     

堤防渗流场参数敏感性三维随机有限元分析

采用随机有限元分析方法,研究了长江荆南干堤的三维各向异性非均质稳定随机渗流场中的随机参数和随机边界条件对渗流场模拟结果的影响,并进行敏感性分析.通过统计模拟和假设检验,建立并验证了该干堤渗流场内服从独立正态分布的渗透系数张量;讨论了堤防土层的地质结构特性、堤防渗透变形及破坏的特征、堤防渗透参数的敏感性;研究了上、下游水头随机边界条件、垂直防渗边界条件以及减压(导渗)沟随机特性的敏感性.实现了对渗流场的全面随机模拟和分析,得到的结论通过统计检验,并根据实测工程数据对照证明是可靠的.     

多含水层渗流系统电导示踪模型

在利用钻孔测定含水层水文地质参数时,如遇到多含水层情况,需使用栓塞系统对各含水层进行隔离探测,由于现场操作较为不便且钻孔条件要求高,故提出多含水层渗流系统电导示踪模型。在不使用栓塞系统的情况下,考虑含水层涌水或吸水等不同情况,通过测定抽水条件下各含水层的电导率,建立多含水层渗流系统电导示踪模型确定含水层渗透性参数。当钻孔中只存在涌水层时,直接利用电导率曲线面积与溶质质量的比例关系求解出流量;当钻孔中同时出现涌水层和吸水层时,根据溶质质量曲线的斜率可较准确地确定吸水层的位置,再由斜率的变化计算出含水层的流量。基于某工程实例采取3种方法求解各含水层的渗透系数、静水头、渗流速度、导水系数等水文地质参数,结果表明,采用电导示踪模型计算结果与同位素示踪测试及注水试验测试结果吻合较好,且电导示踪模型方法现场操作更为简便,可极大地提高含水层水文地质参数的测定效率。     

坝基岩体裂隙渗流效应数值模拟方法

为获取工程尺度的裂隙岩体三维渗流效应,在裂隙岩体基质岩块和裂隙水力传导特性研究基础上,推导了含裂隙单元渗透系数表达式。基于嵌入裂隙单元（EFE）模型,使用离散裂隙网络（DFNs）技术与连续介质渗流分析方法,提出了利用连续介质渗流分析方法模拟非连续介质渗流效应的数值模拟技术,通过算例对该方法的有效性进行了验证,分析了单元尺度大小对该方法计算准确性的影响,并提出了提高计算精度的措施。工程实例研究表明裂隙岩体渗流分析的EFE模型能够真实地模拟坝基岩体渗流路径和孔隙压力分布,更好地揭示坝基的扬压力实际非规则分布形态。     

含石率对断层土石混合体渗流特性的影响

断层破碎带是矿山突水的重要通道,大多数破碎带由土石混合体组成,其渗流特性对矿山突水的预测和防治具有重要影响。为了研究含石率对断层破碎带土石混合体渗流特性的影响,采用现场取样、实验室重塑的方法,应用 GDS 三轴试验系统研究了不同含石率土石混合体试样在不同围压和轴向压力作用下的渗透特性,并分析了渗透系数对含石率变化的敏感性;采用RFPA数值模拟方法,研究了不同含石率土石混合体试样的渗流特性和开裂破坏演化规律。研究表明:含石率越高,初始渗透系数越高,土石混合体强度也越高;土石混合体的渗透系数随围压的增大而减小,与轴压的关系可以用指数函数来描述;含石率为40%和60%时,含石率对渗透系数影响的程度最大;土石混合体渗透破坏时裂纹的扩展主要出现在块石之间的土体内,渗透系数的突变点与试样峰值强度破坏点及声发射次数最高点存在一致性。对断层破碎带土石混合体渗流特性的研究可为防治不同含石率断层区工程突水等地质灾害提供参考。