最优控制理论在拱坝动力优化中的应用

在拱坝的动力优化中，应用传统的以体积为目标函数的数学模型，有一定的局限性。本 文用最优控制理论建立双目标模型与能量模型对拱坝进行动力优化分析，两模型综合考虑拱坝的 安全性、经济性和稳定性。并以小湾拱坝的计算结果验证两模型的合理性与可行性。     

以应力为目标的拱坝体型优化线性规划模型

以最大主拉应力最小作为目标函数，建立了拱坝体型优化设计的线性规划模型．以该模型计算某高拱坝的结果表明，以应力为目标的拱坝体型优化设计，可合理地调整坝体应力状态，从而获得更高的安全储备．     

静力与动力荷载下高拱坝体型多目标优化设计

本文基于静、动力荷载作用下高拱坝的安全性与经济性，建立了高拱坝体型多目标优化设计模型，利用模糊理论提出了多目标优化的评价函数。以小湾拱坝为例，进行了体型优化设计，优化体型与初始体型相比，在坝体体积、应力指标和抗震能力上都得到了改善。     

拱坝-坝肩整体动力稳定性的离心模型试验

采用离心模型试验方法研究拱坝-坝肩系统的动力抗滑稳定,以及拱坝在动力荷载作用下的破坏机理。采用以脆性材料制作的模型拱坝进行离心模型动力试验,测定模型拱坝在谐波荷载作用下的动力反应,得到了结构从完整到破坏的全过程,揭示了模型拱坝的动力反应特性和破坏机理。试验结果同时表明,离心模型动力试验对于研究拱坝-坝肩系统的静、动力稳定是一种有效的手段。     

拱坝中孔布置的优化模型及其算法

现有中孔布置优化方法主要是通过水工模型试验。既费时又不经济，且难以判断所得方案是否接近最优。为便于应用计算机快速而经济地求解拱坝中孔布置的优化问题，本文提出以拱坝各中孔水舌在河床或水垫塘边界面搭接面积为目标函数的拱坝中孔布置优化模型及其算法。经水工模型试验证表明，所提方法行之有效。     

拱坝体型的动力自控制设计

以结构形式为控制变量，结构安全性和经济性等方面的要求为目标集，结构在动力时程中的最大能量响应为性能指标，建立了弹性动力结构的形式自控制模型，并提出了模型数值求解的离散优化方法。然后建立了拱坝体型动力自控制设计的优化模型，并以溪洛渡拱坝为例，分别就允许集限制为抛物线、双曲线、椭圆、一般二次曲线、三心圆和对数螺旋线等六种坝型进行了数值求解，得到了各自的最佳控制体型。经对比认为在这些体型中以一般二次曲线体型最优。     

高拱坝新型合理体形的研究和应用

对动力优化,多目标优化,新体形及周边缝等的攻关研究,在已有的拱坝优化的基础上,从多拱梁优化发展到有限元优化,从静力优化发展到考虑地震荷载的动力优化,从单目标优化发展到双目标优化和多目标优化,发展和完善了我国提出的建立在拱坝优化的基础上的二次曲线及混合曲线拱坝新体形;使拱坝优化技术能适应高拱坝的体形设计,为小湾,溪洛渡等水电站的设计提供了参考,保持并扩大了我国在国际上拱坝体形设计领域的领先优势。     

高拱坝坝后背管结构静动力分析

对于拱坝和背管这一复杂的大型结构体系，目前最有效实用的计算方法为有限单元法，而拱冠梁法等对处理带有压力管道的整体结构难度较大。采用大型通用结构分析软件ANSYS及其子模型技术，对有无背管拱坝结构的静动力特性进行分析研究，探讨了高双曲拱坝坝后高背管的技术可行性、存在的问题及解决办法，并提出优化意见。     

拱坝封拱温度场多目标线性规划方法研究

本文在引进拱坝应力分析单位荷载法的基础上，建立了拱坝封拱温度场多目标线性规划的优化模型，并利用该模型求解了位于南方典型气候条件下的某拱坝最优封拱温度场.实例应用表明，所建模型合理可行，优化效果明显。     

拱坝封拱温度场及体形综合优化方法

以拱坝体形参数及封拱温度场为优化的设计变量，以坝体混凝土、基础开挖及冷却总费用为目标函数，以安全要求及可实施性要求为约束条件， 建立了拱坝封拱温度场及体形综合优化的单目标非线性规划模型.算例结果表明模型合理，方法可行。     

考虑黏弹性滞后效应的拱坝位移监控组合模型

位移监控模型需要对拱坝变形性态兼具良好的解释和预测能力。水压-滞后-周期性温度-时效四因子HHST(Hydraulic,Hysteretic,Seasonal and Time)模型能够合理地解释锦屏一级拱坝的黏弹性滞后变形性态。为进一步提升该模型的预测精度,使用支持向量机(SVM)建立有限元计算所得拱坝黏弹性滞后位移与其因果因子之间的隐式关系,再将其融入到HHST模型中,进而基于多元线性回归建立拱坝位移的组合监控模型。以锦屏一级拱坝为例,减少输入因子数的组合模型的预测精度明显高于直接以HHST模型中18个因子作为输入的单一模型;SVM对滞后水压位移分量的预测精度明显高于基于约束最小二乘法的线性回归模型,采用2种滞后水压分量所建组合模型对拱坝变形性态具有相近的解释能力,而采用SVM滞后水压分量建立的组合模型可有效地提高拱坝位移的预测精度,多测点均方误差(MSE)平均降低21.67%,决定系数R²整体提高0.07%。     

一种空间误差模型在混凝土拱坝变形预测中的应用

混凝土拱坝作为一种高次超静定结构,具有较强的自适应性和整体性,但传统混凝土拱坝变形统计模型主要考察单个测点的变形序列,不能体现不同测点之间的相互作用。基于传统混凝土拱坝变形统计模型,用空间计量方法挖掘了拱坝不同测点同一时刻误差项空间面板数据的空间关联特性;进一步采用空间面板自回归模型拟合变形序列误差项面板数据,建立了混凝土拱坝变形预测空间误差模型。小湾拱坝坝体34个监测点水平向变形监测序列分析结果表明:误差面板数据之间存在很强的正空间关联性质,空间误差模型的预测效果优于传统统计模型,具有一定应用前景。     

闸墩对高拱坝泄洪振动的影响

水弹性模型实验结合计算机“动态”仿真模拟的方法是研究高拱坝泄洪振动最有效的方法，以乌江构皮滩拱坝为背景，在水弹性模型实验研究基础上。建立了带闸墩和不带闸墩的两种拱坝有限元模型，分别计算２者的模态和频率，并通过将荷载功率谱转化成过程线。     

高拱坝泄洪振动的计算分析与验证

为了分析预测高速水流诱发坝体的振动问题，本文提出高拱坝的泄洪振动响应的正、反分析方法，并利用二滩、小湾和构皮滩拱坝的水弹性模型实验成果以及二滩拱坝的泄洪振动原型观测结果进行验证。应用该理论计算模型，仅依靠常规水工模型泄洪脉动荷载的测量，即可对拱坝坝身泄洪诱发拱坝的振动进行初步预测和评估。     

钢筋混凝土结构开裂的非线性模型应用研究

本文采用三维非线性有限元方法,选用塑性损伤及弥散裂缝模型模拟混凝土,选用通用的理想弹塑性模型模拟钢筋。首先对钢筋混凝土悬臂梁开裂后应力进行计算,计算结果与解析解的对比验证了模型的正确性;然后将上述模型应用于实际工程—丹达河水电站拱坝闸墩的计算分析中。结果表明:采用上述模型时,计算结果合理,对于混凝土材料非线性关系的模拟是行之有效的,以丹达河水电站拱坝闸墩为例,计算成果可作为闸墩配筋设计的依据。     

高拱坝抗震设计研究进展

本文概述了高拱坝抗震面临的关键技术问题和国内外的研究动态，简要介绍了近年来我国各有关单位结合小湾、溪洛渡等工程对高拱坝抗震进行攻关研究的目标和思路，以及当前研究的进展。内容包括拱坝体系作为宫续介质的地震反应和坝肩抗稳定方法及其在小湾拱坝工程中的实际应用，拱坝整体和有缝模型的动力试验；拱坝体系作为离散介质的地震及反应和坝肩抗震稳定分析方法；厚淤砂时坝面动压影响；以及拱坝随机震动场作用下的反应分析。     

基于敏感性分析与粒子群算法的拱坝原型动弹性模量反演方法

拱坝在长期服役过程中受材料老化、环境侵蚀等因素影响,其动弹性模量真实值与设计值存在一定差异,合理确定运行期高拱坝及其地基的原型动弹性模量参数对于监控拱坝的振动安全至关重要。由于模态参数更能从整体上反映结构的振动特性,基于拱坝原型振动模态参数反演拱坝及地基的动弹性模量在理论上更为精确,为此,本文提出了一种基于敏感性分析与粒子群算法的拱坝原型动弹性模量反演方法。首先,建立了反映拱坝及地基各分区动弹性模量与拱坝模态参数之间非线性映射关系的响应面数学模型,基于正交试验法分析了拱坝及地基的动弹性模量区域对拱坝模态参数的敏感性,并以此确定了待反演的动弹性模量区域。其次,提出了基于响应面数学模型计算模态参数和原型振动模态参数的拱坝及地基分区动弹性模量反演最优化数学模型,将动弹性模量参数反演问题转化为目标函数最优化求解问题。最后,采用自适应惯性权重的粒子群优化算法对目标函数进行寻优求解,反演出各分区实际动弹性模量。通过原型工程实例分析表明,该方法合理可行且具有很好的精度,为反演拱坝的动弹性模量提供了一条新思路。     

牛头山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

介绍了牛头山双曲拱坝三维地质力学模型试验，包括模型设计、模型制作、加荷和量测等。试验给出了拱坝在正常蓄水位荷载作用下的位移场，测出了坝体、坝肩、断层出露处以及坝基内部断层各部位的位移，揭示了拱坝坝体和基础失稳前位移和裂缝发展的全过程及其破坏机理。对试验数据的综合分析，可以评价边坡的稳定性，并得到拱坝的整体安全度。     

拱坝加切角措施对坝肩拉应力的影响研究

拱坝是空间壳体结构,体型较为复杂,拉应力过大会导致坝肩失稳甚至溃坝。大量的工程经验表明,拱坝最大主应力常出现在坝肩处,坝肩拉应力的大小直接影响大坝的安全运行。为有效减小坝肩拉应力,采用ANSYS有限元等效应力法,建立拱坝整体有限元模型,对模型施加静水压力、泥沙压力、扬压力、重力、弧门推力等荷载,研究已有高拱坝工程中拱坝坝体结构设计中的加切角问题,分析拱坝在正常温升、正常温降2种运行情况下拱坝坝肩受力情况,与在同种运行情况下与不加切角拱坝作对比分析。结果表明:加切角可有效改善拱坝坝肩受力情况,降低坝肩拉应力。研究成果可为减小拱坝坝肩拉应力设计和实际施工提供参考依据。