碾压混凝土坝等效黏弹性参数反演

根据碾压混凝土坝的成层结构特性,将层面影响概化到整个坝体中,将碾压混凝土坝视为横观各向同性体,建立了碾压混凝土坝等效黏弹性模型。根据位移实测资料,采用偏最小二乘法建立位移统计模型,分离水压分量和时效分量,建立反演碾压混凝土坝双向异性黏弹性参数的目标函数,并利用混沌遗传算法对黏弹性参数进行反演。工程实例中,将反演得到的黏弹性参数作为已知值,计算测点在相应时间段变形的水压和时效分量之和,并与分离出的实测值进行对比,结果表明:计算值与实测值比较接近,说明反演方法是正确、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。     

锦屏一级拱坝黏弹性工作性态反演分析

针对锦屏一级拱坝历年1 880 m高水位稳定期坝体向下游侧位移持续增大的异常变形性态,基于现场位移监测数据和坝体混凝土徐变试验数据,对该拱坝当前运行性态进行了反演分析。结果表明:坝体目前处于黏弹性工作状态,监测发现的短期趋势性变形是由水压荷载作用下黏弹性滞后变形效应和年周期环境温降效应所共同引起。混凝土黏弹性力学参数之间具有较好的线性关系,基于弹性水压分量反演得到的坝体混凝土弹性模量实际是瞬时弹性模量与延迟弹性模量的等效值,对于锦屏一级拱坝,该反演值为35.5 GPa,与前期反演值和试验值较为接近;而基于黏弹性水压分量反演得到的广义Kelvin模型中瞬时弹性模量、2延迟弹性模量和2黏滞系数分别为47.3 GPa、189.4 GPa、132.3 GPa、383.8 GPa·d和20 574.6 GPa·d。建议今后对锦屏一级拱坝建立变形监控模型时,应在HST模型中引入黏弹性滞后水压分量。     

基于混沌遗传算法的碾压混凝土坝力学参数反分析

坝体物理力学参数是衡量坝体质量的一项重要指标,如何获取碾压混凝土坝当前实际的物理力学参数是分析和评价大坝安全性态的前提和关键。根据碾压混凝土坝施工过程、压实机理和层面特性等,将碾压混凝土坝力学参数识别反问题作为优化问题处理,系统地研究并建立了碾压混凝土坝变形力学参数反分析理论和方法。为克服传统遗传算法的早熟缺点,在处理优化问题时引入混沌遗传算法,并应用混沌遗传算法对某碾压混凝土坝的横观各向同性变形参数和渐变参数进行了反演。最后将横观各向同性模型与参数渐变模型计算值和实测值进行对比分析,验证了反分析理论和方法的正确性,同时也说明了参数渐变模型的合理性和正确性。     

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。     

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。     

混凝土坝变形安全监控时变模型

针对混凝土坝变形的时变特性,构建了考虑时变作用的坝体水压分量,采用积分回归法建立了温度分量.在此基础上,构建了混凝土坝变形安全监控时变模型,并编制了相应的计算程序.算例表明,该模型对坝体水平位移的拟合精度好于常规模型.     

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。     

地基水荷载对混凝土坝位移影响研究

分析了地基变形模量随深度逐渐增加、渗透系数随深度逐渐减小、坝基渗透系数各向异性、坝踵设置帷幕排水,以及考虑渗流场和应力场耦合等对混凝土坝位移分量的影响,得出如下结论:作用在地基上的水荷载,使混凝土坝坝顶相对参考基点(倒垂锚固点或坝踵正下方1倍坝高处)的水平位移指向上游,而参考基点的水平位移随地基截取范围的增大而增大.由于大坝工程上常将倒垂线锚固在岩基深处,并认为该倒垂线测值为绝对位移.当考虑作用在地基上的水荷载时,将倒垂线测值作为绝对位移的认识存在局限性.为了获得精度良好的参数反演值,必须考虑参考基点的位移,应采用大坝有限元数值计算的坝体位移和基点位移的相对值,联合实测位移分离出的水压分量进行参数反分析.     

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。     

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。     

RCC坝层面影响带黏弹塑性流变模型

针对碾压混凝土坝施工层面影响带渐变力学特性，基于坝体层内材料横观各向同性假定，依据复合材料分析思路和串、并联模型理论，建立了碾压混凝土坝层面影响带渐变规律分析模型，并针对其渐变特性，提出了层面影响带厚度、弹性模量以及粘性系数等计算参数的确定方法，揭示了坝体层面影响带渐变力学行为规律；据此研究，建立了相应的黏弹塑性流变分析计算流程，并研制了相应的有限元计算程序。实例表明，提出的碾压混凝土坝层面影响带主要计算参数的确定方法以及建立的黏弹塑性分析模型能客观地模拟大坝结构变化形态，其计算结果与原位监测成果吻合较好，同时，文中所建分析模型可推广应用于常态混凝土坝，尤其是坝基有夹层或断层等变形规律的分析。     

实例碾压混凝土重力坝变形监测资料统计模型分析

一个实例工程碾压混凝土重力坝从建成到现在已运行多年,为了了解该工程坝体的变形情况,对该碾压混凝土重力坝的重点坝段进行了专题分析,采用大坝运行多年的监测资料并结合统计建模方法,对坝基抗滑、坝体抗倾覆稳定及水平位移进行了深入的分析。结果表明:坝基倾斜影响分量中水压分量占70%~85%,温度分量约占10%~20%,时效分量所占比重不超过10%,另外,复杂的地质条件、非连续性的岩体介质及基岩矿物种类也是造成坝基倾斜变化的主要原因。坝基及坝体水平位移受库水位影响较大,其中EL675.1m与EL706.5m高程测点水压分量分别约占80%、60%,温度分量分别约占10%、20%,时效分量分别约占10%、20%。坝基、坝体整体变形规律正常。     

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。     

不确定性地基水荷载的智能识别初探

实际地基水荷载存在不确定性,地基水荷载作用方式不同,引起的效应量差异较大,如果人为地将地基水荷载作为面荷载或作为稳定渗流体荷载进行数值计算,参与优化反分析,反演获得的参数值得商榷.将监测点相对位移作为输入,坝体混凝土、岩基材料参数和坝基面一定深度测点水头作为输出,建立了不确定性地基水荷载识别神经网络模型,采用均匀设计原理进行材料参数组合,采用饱和地基非稳定渗流分析获得不同渗流体荷载分布,获得样本进行学习,以此训练好的网络模型描述大坝混凝土、岩基材料参数及地基水荷载和坝体变形的非线性关系.将大坝实测位移分离出的水压分量输入训练好的网络模型,可自动识别出大坝混凝土和岩基的材料参数以及地基水荷载.算例分析表明,本文建立的不确定性地基水荷载识别神经网络模型是可行的.     

碾压混凝土坝层面影响带黏弹塑性流变模型

针对碾压混凝土坝施工层面影响带渐变力学特性,基于坝体层内材料横观各向同性假定,依据复合材料分析思路和串、并联模型理论,建立了碾压混凝土坝层面影响带渐变规律分析模型,并针对其渐变特性,提出了层面影响带厚度、弹性模量以及黏性系数等计算参数的确定方法,建立了相应的黏弹塑性流变分析计算流程,并编制了相应的有限元计算程序。实例表明,本文提出的碾压混凝土坝层面影响带主要计算参数的确定方法以及建立的黏弹塑性分析模型能客观地模拟大坝结构变化形态,其计算结果与原位监测成果吻合较好。同时,文中所建立的分析模型可推广应用于常态混凝土坝,尤其是坝基有夹层或断层等变形规律的分析。     

碾压混凝土坝空间渗流安全监控模型研究

坝体、坝基中的渗流观测点所观测的仅仅是该测点及其附近部位的渗流状况,并不能很好地反映作为空间场形式存在的大坝整体渗流,因此,以渗流水头监测量为研究对象,分别考虑本体和层面水压分量的影响,建立能综合反映大坝渗流空间特性的碾压混凝土坝空间渗流安全监控模型.通过实例证明,该模型具有较高的精度,对碾压混凝土坝渗流监控和预警都有重要的意义.     

龙滩水电站坝顶变形过小原因分析

监测资料显示,龙滩水电站坝顶变形明显小于其他同类型碾压混凝土坝。为探究其原因,采用有限元进行了坝体弹性模量反演以及温度和体形(刚度)敏感性分析。结果表明,坝体和坝基弹性模量均在正常范围内,温度对坝顶变形有一定影响,坝体体形(刚度)对坝顶变形影响较大,坝体体形较厚是龙滩水电站坝顶位移变幅较小的主要原因。     

新疆某碾压式沥青混凝土心墙坝设计

某碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝建在新疆高寒地区,介绍了该沥青混凝土心墙轴线、心墙厚度、过渡层厚度的确定及心墙与坝基防渗体的连接方式,并对其进行了坝体三维有限元应力应变静力分析。结果表明:相对于浇筑式沥青混凝土心墙、土料心墙等坝型,碾压式沥青混凝土心墙坝宜选择较厚的过渡层,以利于心墙施工控制;心墙厚度主要取决于坝体高度和坝壳料可能的变形情况。经综合评价,该坝变形协调性良好,应力分布基本合理,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂和拉裂破坏,坝体结构布局较为合理。     

RCC重力坝地质缺陷坝基处理方案优化及加固效果评价研究

笔者针对RCC重力坝地质缺陷坝基开展处理方案优化和评价研究,采用有限元超载法对碾压混凝土重力坝的坝基接触面应力、位移及坝体破坏进行分析。研究表明:随着超载系数的增大,坝基接触面上游部位的拉应力和下游部位的压应力均增大,且坝踵拉应力增长幅度大于坝趾压应力的增长幅度。同时,坝基竖向位移增大,坝踵与坝趾的位移差也随着超载系数的增大而增大。地基接触面位移量值增大及上下游变形差异的增大都会导致坝体塑性区的发育和扩展,不利于坝体的稳定性。基于不同地基处理方案下坝基位移、坝踵与坝趾位移差异性比较可知:地基处理方案四的加固效果较其他三种处理方案更能有效提高坝基的承载能力和稳定性。