基于遗传算法的拱坝体型优化设计

根据拱坝的几何特征，应用寻优能力很强的遗传算法，结合拱坝应力分析的拱梁分载法，进行了三心圆等厚度双曲拱坝的优化设计。计算表明，该优化设计方法可行、合理。     

拱坝拉应力控制指标的探讨

以溪洛渡双曲拱坝为研究对象，研究其在水压和自重荷载组合下拉应力控制指标。并针对目前拱坝设计规范中拉应力控制指标的局限性，提出了一种思路：通过调整拱坝不同荷载组合中的可变荷载，求解满足开裂控制范围要求的最大值，用此荷载求解弹性状态下的有限元等效应力，对已建和在建拱坝进行一系列分析后可得到不同拱坝的有限元等效应力容许值，对其进行统计分析从而建立具有普遍意义的拱坝不同荷载组合下的拉应力控制标准。     

基于动力有限元法对拱坝应力控制指标的分析

我国已建或拟建的高拱坝许多位于强震区,使得拱坝抗震分析中应力控制指标的制定成为十分重要的课题.本文探讨现有规范在动力方面的不足,并根据混凝土拱坝规范,利用静力作用下有限元等效应力控制指标的制定与拱梁分载法控制指标之间的关系,提出静动综合作用下有限元等效应力的控制指标.以大丫口拱坝实际工程为例,运用振型分解反应谱法计算了各种工况下坝体的地震静动综合响应,并运用本文提出的静动综合作用下等效应力控制指标进行校核,结果显示此标准具备较好的合理性及可行性.     

拱坝优化及GRG法的应用

本文探讨拱坝优化设计中的数学模型与优化方法。首先,采用空间曲面函数描述拱坝(称为曲面模型)。通过给定凸性约束条件以保证坝体光滑保凸,避免出现以往模型中近岸坡边梁的内凹现象;倒悬度计算可用方向导数精确求解;坝体稳定性不再用中心角或推力角控制,而是用可利用岩石厚度和抗滑所需岩石厚度之比作为安全度控制。其次,优化方法采用了广义简约梯度法(GRG法),计算结果表明,它用于拱坝优化设计是可行的、有效的。第三,提出并验证了一种新的应力分析近似技术—分载线性化法。     

应力指数法在拱坝主应力满应力设计中的应用

阐述用应力指数法实现拱坝主应力满应力设计的思路和方法要点，介绍了等截面圆弧拱坝及变截面抛物线拱坝两种算例成果。     

随机边界元法及其在水工结构可靠度分析中的应用

边界元法比较适用于复杂结构及大体积结构问题,计算量小而精度较高.本文针对一次二阶矩方法的计算特点,采用对基本随机变量求偏导数的方法,以确定性边界积分方程为基础分别建立零阶式和一阶式随机边界积分方程,并对此随机边界积分方程作了数值处理,编制了计算程序.作为应用,以该法作为重力坝应力分析方法,用JC法计算可靠度,对重力坝的强度可靠度和沿坝基面抗滑稳定可靠度作了分析,研究了岩基刚度、基本随机变量离散性的影响.计算分析结果显示,随机边界元法能更好地反映水工结构的随机应力应变场,从而使反映水工结构的各种工程可靠度指标更符合实际工程状况.     

随机边界元法及其在水土结构可靠度分析中的应用

边界元法比较适用于复杂结构及大体积结构问题，计算量小而精度较高。本文针对一次二阶矩方法的计算特点，采用对基本随机变量求偏导数的方法，以确定性边界积分方程为基础分别建立零阶式和一阶式随机边界积分方程，并对此随机边界积分方程作了数值处理，编制了计算程序。作为应用，以该法作为重力坝应力分析方法，用JC法计算可靠度，对重力坝的强度可靠度和沿坝基面抗滑稳定可靠度作了分析，研究了岩基刚度、基本随机变量离散性的影响。计算分析结果显示，随机边界元法能更好地反映水工结构的随机应力变场，从而使反映水工结构的各种工程可靠度指标更符合实际工程状况。     

ANSYS优化方法在拱坝封拱温度设计中的应用

ANSYS优化方法对不同的问题有着不同的计算效率。首先以弹性力学半圆环温度应力为例,研究在不同内半径下,圆环温度应力最小的优化问题。通过设置三组初始温度来比较不同优化方法的精度和收敛性,计算结果表明：零阶法+一阶法的组合优化效果最好。以此为基础结合建立拱坝封拱温度优化计算模型,选取三种方法进行求解,计算表明上述组合法可以得到拱坝最优封拱温度,在特定条件下零阶法也能满足要求。     

高压断路器储能弹簧的可靠性及寿命分析

本文介绍了机械可靠性分析中应力-强度干涉模型的基本概念,给出了圆柱螺旋弹簧的可靠度计算模型,结合强度退化模型,将断路器储能弹簧的可靠度与其操作次数相关联,考察储能弹簧的可靠度随操作次数增加而降低的现象。根据应力松弛模型,在考虑强度退化的可靠度计算模型上结合应力松弛相关的因子,建立考虑强度退化与应力松弛的应力-强度干涉模型,分析了断路器储能弹簧的预期寿命,并以某断路器储能弹簧为算例,验证了该方法的可行性。     

基于随机占优度的高拱坝施工方案优化研究

高拱坝施工方案优化需要综合考虑多个随机指标,属于随机多属性决策过程。当前针对高拱坝施工方案优化的研究,基本上没有完整考虑各指标的随机特性,降低了方案优化结果的准确性。同时,在当前随机多属性决策中,指标融合权重多是人为设定,难以客观表达不同指标之间的重要性。针对以上问题,本研究提出了基于随机占优度的高拱坝施工方案优化方法。根据仿真计算结果,得到各方案的施工进度指标的概率分布;基于随机占优理论及随机占优度,得到各方案对之间的随机占优度;将PROMETHEEⅡ方法进行改进,采用CRITIC方法建立各评价指标权重,并进行指标融合,得到各施工方案优先排序。工程实例表明,此方法可以在考虑施工进度指标随机性的情况下,实现高拱坝施工方案的优化。     

基于变形协调的黏土心墙坝岸坡比优化方法

岸坡与坝体的变形协调问题是黏土心墙坝的重要工程问题,岸坡比则是变形协调的主要影响因素。为了从变形协调的角度对岸坡比进行优化设计,以前坪水库黏土心墙土石坝为例,基于有限元计算,分析了不同岸坡比对坝体变形协调性的影响,主要结论如下：（1）以坝体的最大沉降和变形梯度作为变形指标,以应力拱效应中的应力劣化度作为应力指标,以应力水平作为强度指标,这三类指标可以统称为坝体与岸坡的变形协调评价指标;（2）以岸坡稳定可靠性指标为安全控制指标,以削坡开挖土方量作为经济性控制指标,可以分别确定岸坡比的上、下边界,作为多目标优化分析的优化区间;（3）除变形协调评价指标外,同时引入安全指标,通过各指标功效函数之间的权重组合,对目标函数求极小值,可以实现对岸坡比的多目标优化设计。以所分析的黏土心墙坝为例,基于变形协调控制的优化坡角（坡比）为58°,能同时满足坝体与岸坡的安全性、经济性和变形协调性,表明所提出的岸坡比优化方法是合理的,能为设计提供科学依据。     

对数螺旋线与对数螺旋型拱坝研究

介绍了对数螺旋线的相关知识,及其在自然界中尤其是在水利工程中的运用。在分析对数螺旋型拱坝的基础上,给出黄河拉西瓦对数螺旋双曲拱坝体型优化的实例,结果表明：拱圈线型采用对数螺旋线型的坝体较其他二次曲线（单心圆、多心圆、抛物线、椭圆、双曲线）的拱坝在节省工程量,改善坝体应力分布及坝肩稳定性等方面都有较大的优势与潜力。     

基于有限元等效应力法的高拱坝封拱温度场研究

针对碾压混凝土高拱坝,采用有限元等效应力法计算分析不同封拱温度场的坝体等效应力,研究封拱温度场对坝体应力的影响,进而改进拱坝封拱温度场,确定合理的封拱方案。研究结果表明封拱温度场对高拱坝的等效应力影响显著,设计阶段应对封拱温度场进行专门研究,通过降低封拱时平均温度和增大封拱时坝体等效温差的方法对封拱温度场进行优选,最终达到改善坝体应力的效果。研究成果可以为碾压混凝土高拱坝封拱温度场的设计提供参考。     

基于多目标优化的黏土心墙坝变形协调分析

为了研究黏土心墙坝的变形协调性质,提出了大主应力、心墙应力水平、坝体最大沉降、心墙沉降变化率和振动密实时间这5个参数作为评价指标,并以某黏土心墙坝为例开展了三维有限元计算,结合所提出的评价指标和评价方法对坝体变形协调性质进行了具体分析,主要结论如下：（1）各评价指标与坝壳料相对密度Dr之间存在显著的函数关系,对各函数进行归一化处理可得到各指标的功效函数,设定各功效函数的权重,通过加权平均的方法得到评价最优坝壳料Dr的目标函数;（2）不考虑施工成本时,通过各单个指标所确定的最优坝壳料Dr差异较大,范围为0.49 ~ 1.0;基于多目标最优化目标函数确定的最优坝壳料Dr范围为0.78 ~ 0.81,较为合理且满足设计规范;（3）384 m高程考虑施工成本时,若采用等权重分配方案,最优坝壳料相对密度Dr为0.783,需振动历时90 s。所提出的多目标优化分析方法对坝体建造有指导意义。     

拱座抗滑稳定可靠指标和分项系数取值标准研究

拱坝设计规范(SL282-2003)规定拱座抗滑稳定允许安全系数为3.5,相对重力坝抗滑稳定允许安全系数3.0,提高了0.5。据此,工程结构可靠性设计统一标准(GB50153-2008)规定二者对应的允许可靠指标也应有所区别。同时,拱坝规范对基于极限状态设计方法的分项系数也提出了与重力坝不同的取值标准。本文在前期针对重力坝相关问题的研究成果基础上,探索拱座抗滑稳定可靠指标和分项系数取值标准问题,认为与拱座抗滑稳定安全系数3.5对应的允许可靠指标应取4.45,并通过实际工程算例率定,验证了混凝土拱坝设计规范DL/T5346-2006规定的各分项系数取值合理性。     

基于响应面理论的高拱坝模型修正损伤识别研究

本文以二滩拱坝为工程背景,利用基于响应面理论的模型修正方法进行了结构损伤识别分析。分析过程中,将坝体合理分成若干子区域,以子区域的弹性模量折减来指示损伤,根据坝面节点灵敏度及响应面精度选择合理的测点。建立合适的响应面模型来反映坝体的动力特性与损伤变量之间的非线性关系,最后采用遗传算法进行优化计算。响应面方法的引入避免了损伤识别过程中反复调用有限元计算程序,提高了计算效率;同时提出基于坝体多次测量数据下的损伤识别方法,以提高算法的抗噪性。数值计算结果表明,本文提出的方法能有效应用于高拱坝损伤识别。     

基于猫群算法的重力坝抗滑稳定可靠度分析

响应面法是计算重力坝抗滑稳定可靠度的重要方法。针对传统响应面法缺乏参数筛选分析,且缺少利用群体智能算法求解可靠指标研究的不足,提出一种基于猫群算法的加权动态响应面可靠度分析方法,克服经典蒙特卡洛方法需要大量重复抽样的缺点。首先,在考虑坝基岩体渗流应力耦合作用的基础上,采用定量全局敏感性分析方法（EFAST法）筛选基岩参数;其次,通过加权响应面拟合隐式功能函数,同时利用猫群算法求解可靠指标并实现响应面的动态更新;最后,以某重力坝工程为例进行可靠度分析。结果表明,基岩抗剪参数对大坝安全稳定有较大影响,重力坝可靠指标计算结果为2.71,与规范方法结果有显著一致性,所提方法合理可靠,具有较高的实用价值。     

拱坝横缝的张开温度及其应用

拱坝横缝工作性态是评价大坝全生命周期性能的重要组成部分,利用温度值对其特性开展研究并实现对其控制,具有重要的实际价值。本文通过分析实际工程数据,总结了拱坝横缝随坝块混凝土内部温度变化的规律。定义了拱坝横缝的张开温度并推导了其计算方法,阐述了横缝张开温度在实际工程中的具体应用。结果表明：横缝张开温度可作为判断横缝工作性态的重要指标,并以此为依据为工程提供个性化优化措施,达到精准控制横缝张开时机及张开量的目的。     

长沙拱坝裂缝状况及寒潮影响的数值分析

1999年4月,广东省长沙拱坝在国内外首次成功应用外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝新技术。2000年1月拱坝下游面出现细小裂缝,宽0.2～1.2mm,深度2.2～4.4m,均未贯穿坝体上游面。基于氧化镁混凝土双曲线模型的数值仿真分析表明,设计条件下氧化镁混凝土的应力补偿量符合常规拱坝结构的应力状态,下游坝面裂缝与采用新技术无必然联系,保温板显著改善了下游坝面的应力状态。原设计坝体应力状态不理想,坝体工程混凝土质量造成抗裂性能降低,尤其是寒潮冲击时无有效的保温措施等因素引起长沙拱坝的裂缝。长沙拱坝坝体灌浆后目前已正常运用12年多。寒潮影响的数值分析为新技术应用研究提供了重要的基础资料,为类似工程提供有益的参考。