混凝土坝变形的长期预测模型与应用

变形预测对混凝土坝的安全运行和风险管控意义重大,针对现有方法难以实现长期精准预测并且建模困难等问题,采用多元回归（MR）模型将变形序列分解为水压、温度、时效和余项分量,引入季节差分自回归移动平均（SARIMA）模型对余项中的非稳定不规则信号进行信息挖掘,以此建立混凝土坝变形的长期预测模型。实例分析表明,该模型相对简单易行,具有较好的精度和稳定性,在具备长期观测资料且观测精度较高的具有周期性和趋势性的混凝土大坝变形的长期预测中具有一定的工程应用价值。     

融合时变因素的浆砌石坝变形时空混合模型北大核心CSCD

混合模型常被用于大坝变形的整体预测,目前开展的研究主要针对混凝土坝,对于同样数量多且分布广的浆砌石这类非线性材料坝的研究还较少。本文考虑非线性材料坝变形具有的时变特性,通过引入时间量参数及观测点相对坐标,建立对应的水压分量多点统计模型。考虑到引入多参数的水压分量模型系数寻优困难问题,采用改良的粒子群算法(IPSO)加强粒子随机性及交互性,提高模型系数的寻优速度。采用有限元方法(FEM)与卡尔曼滤波(KF)对其进行预测,建立FEMK模型。同时,采用深度学习算法LSTM训练经PCA降维后的温度和时效因子并预测相应变形值。联合构建的FEMK-LSTM-PCA时空混合模型经工程实例验证有较高预测精度,并且可以实现对大坝变形的整体预测。     

基于BP神经网络的拱坝温度监测数据预测模型

实时监控拱坝的温度对工程进度和坝体安全具有重要意义。以白莲崖碾压混凝土拱坝温度监测数据为研究对象,建立基于MATLAB的拱坝温度监测反向传播（BP）神经网络预测模型,用原型观测数据对其进行校核和检验,并引入灰色理论中的GM（1,1）模型、混沌模型（最大Lyapunov指数法）与预测结果进行比较。结果证明,用人工神经网络建立坝体变形的神经网络模型对大坝变形能够进行较高精度的预测,具有良好的应用前景。     

大吨位预应力锚索对拱坝坝肩稳定的作用分析

运用ANSYS程序建立了李家峡水电站坝区三维有限元模型，计算分析了不同工况尤其是大吨位预应力锚索施加后大坝及坝肩岩体的位移和应力分布特征以及左坝肩的稳定性，对电站的安全运行有重要的参考价值。     

变形分离法与数据驱动下的拱坝工作性态评价

基于有限测点位移监测数据推求大坝空间位移场变化规律是评价大坝工作性态的有效手段之一。拱坝受水荷载、温度等作用下产生的变形,不仅与坝体自身弹性模量有关,更取决于地基的变形特性。由于地基存在不均匀性等复杂问题,致使通过数值模拟的方法精准预测大坝的变形存在一定困难。本文将拱坝坝体的监测位移分解为坝体受荷载产生的位移及坝基约束变形产生的位移两部分,以其监测值与预测值系统误差最小为目标函数,基于坝体有限元模型建立了包含基础约束变形及坝体弹性模量为未知量的求解方程,通过大量位移监测资料结合人工智能粒子群算法寻优实现数据驱动,可同时求解坝基约束变形及坝体分区弹性模量。根据算例研究成果,针对复杂地基,采用本文方法推求得到的大坝空间位移场,除靠近坝体与坝基交界面附近节点位移预测值与有限元计算值相对误差稍大（约为3%）外,其余节点相对误差均在1.5%范围内,证明了本文方法的合理性;从本文方法在白鹤滩拱坝工程中的应用研究成果可知,其空间位移场相对误差分布合理且变形分离结果与实际情况相符,从而证明了方法的可行性。     

隔河岩大坝拱冠梁位移与环境量关系的分析

清江隔河岩水电站自1993年蓄水发电至今已运行近20年,各项性态趋于稳定。根据清江隔河岩大坝近年来的大坝安全监测资料,主要针对拱冠梁15号坝段的位移,在基于物理推断分析的基础上,采用统计模型和反向传播（BP）神经网络模型进行了分析与研究。通过对2种模型分析的结果进行比较,应用BP神经网络模型进行分析具有更高的拟合精度和预测精度。分析结果表明:隔河岩大坝拱冠梁径向位移与上游水位呈正相关,与气温呈显著的负相关;拱冠梁切向位移与上游水位和气温无明显的关系,且径向位移非常小,拱冠基本呈对称状态,符合拱坝变形规律。     

溪洛渡拱坝内部温度预测的串并混联融合模型

准确、可靠、高效地预测反映大坝工作性态的关键变量对大坝安全建设与运行具有重要作用。本文针对大坝全过程温度场分析预测问题,构建了机理与数据驱动的串、并混联式融合模型,以溪洛渡大坝工程为例对大坝内部温度进行了预测建模。在串联融合中,采用营地链方法及主成分分析的辅助技术对大坝材料的热传导系数进行反演分析,以获得经参数优化后的机理模型响应输出。在并联融合中,利用解释因子法以及线性-高斯模型,建立了从优化的机理模型到实际监测数据的预测模型。试验表明,解释因子串并混联融合模型受益于机理模型的解释能力及线性-高斯模型的预测优势,可对测试数据的波动做出较准确的预测,并具中长期预测优势。串联模型相对于原始机理模型的整体预测误差缩减了13%,串并混联模型相对于串联模型的预测误差缩减了81%。     

有渗透水作用时混凝土坝的实测应力分析

混凝土坝的应力、应变监测是大坝安全监测的项目之一,大坝坝踵是应力、应变最敏感的重点部位。借助于多孔材料弹性力学的分析,对埋设于混凝土坝中的应力计和应变计实测应力、应变中的构成成分进行了研究,指出了应力计实测应力中包含有作用于混凝土骨架的有效应力和部分孔隙水压力;埋设在建基面和接缝面上的应力计,其孔隙水压力为全水头扬压力。同样埋设在坝体混凝土中的应变计,实测应变中则仅包含有效应力应变,而没有因孔隙水压力产生的变形分量,为正确应用混凝土坝应力、应变监测成果评估大坝安全性状提供了理论依据。     

考虑施工期温度作用的碾压混凝土重力坝分缝设置研究

考虑碾压混凝土坝的实际成层浇筑过程和施工期的温度作用,采用混凝土开裂本构模型,利用三维瞬态有限元方法模拟仿真分析了大坝施工期至运行期的温度应力及综合应力.大坝整体的仿真计算结果表明,在坝段中部设置的人工短缝开裂后,有效地避免了随机裂缝的发生.坝体表面人工短缝的开裂应力在顺河向的分布具有一定的规律性,且存在一个极限开裂范围.建议人工短缝的设置深度为4.5米.     

大坝变形预测的最优因子长短期记忆网络模型

面对海量的大坝安全监测数据,快速合理地确定大坝变形预测模型的变量因子能够有效提高模型预测的效率和精度。为此,本文提出一种基于最小绝对值收缩和选择算子（least absolute shrinkage and selection operation,LASSO）变量选择和长短期记忆（long short-term memory,LSTM）网络的大坝变形预测模型。首先,通过大坝变形机理分析确定影响大坝变形的相关影响因子集。然后,通过LASSO算法剔除不显著的因子,筛选出最优影响因子作为模型输入变量,并利用LSTM网络建立大坝变形预测模型。最后,以皂市水利枢纽工程的碾压混凝土重力坝为例,对本文方法进行了验证和讨论。结果表明,本文方法具有较高的预测精度,其平均绝对误差（MAE）、均方误差（MSE）与均方根误差（RMSE）均相对较小;与常规预测模型相比,基于LASSO算法的变量选择使模型建立过程更加简单高效,有利于海量监测数据的处理分析。     

李家峡拱坝二级安全监控指标研究

通过建立三维非线性有限元模型，用结构计算分析方法拟定李家峡拱坝的变形二级安全监控指标，可评估和预测抵御可能发生荷载的能力，保证坝体的安全运行。本文所用的方法也为其他安全监控指标的拟定提供有效的思路。     

大坝机理-数据融合模型的基本结构与特征北大核心CSCD

机理与数据的融合对大坝建造-运维全生命周期性态准确高效评估与调控至关重要。本文梳理了大坝建造面临的主要难题与融合模型的发展历程,提出了融合模型串联、并联、混联的三种结构型式、基本特征及适用性,并通过混凝土拱坝温度场监测分析工程实例阐述了融合模型的应用方式及适用性。研究表明:融合模型分析预测能力强、准确性高、泛化能力强,能够处理复杂动态演化的数据;相比于非融合模型,三种结构型式的融合模型均体现出显著的优势,为解决大坝建造与运维过程中参数反演、监测分析、策略优化等问题提供一种新的视角和范式。     

中空内外钢管混凝土风电塔架柱有限元分析

为节约用钢量,保证风力发电机塔架柱具有更好的经济性,基于1.5MW风电塔架柱的参数,设计了一种新型的中空内外钢管混凝土风力发电机组塔架柱。基于Ansys软件建立了该塔架柱的三维有限元模型,并对其进行了塔架柱静力分析和模态分析,得到了在额定风速下正常运行、切出风速下正常运行和极端风况下停机这3种工况下塔架柱的应力及塔架柱顶位移变化,以及塔架柱的固有频率和振型。结果表明:该塔架柱不会与叶片发生共振,且其结构满足工程的强度和刚度要求。     

混凝土坝的数字监控——提高大坝监控水平的新途径

传统的大坝安全监控依靠人工巡视和仪器观测,仪器观测是重要的,但混凝土坝应力场十分复杂,仪器观测实际上不能给出混凝土坝的应力场和安全系数.作者在人工巡视和仪器监控之外,增加数字监控,利用反分析和全坝全过程仿真分析,在施工期可给出当时温度场和应力场,并可预报以后的温度场和应力场,如发现问题可及时采取对策;在运行期.可充分反映施工过程及运行中各项因素的影响,对大坝进行比较符合实际的安全评估,通过反分析,仪器观测资料在数字监控中也得到了充分利用.在目前的条件下,利用一台微机每周上机一次即可完成全部计算,运用方便,费用不多,效益显著.     

白鹤滩首蓄期变形预测混合模型方法北大核心CSCD

首蓄期准确预测坝体变形,合理安排蓄水计划对于特高拱坝安全进入运行期具有重要意义。为解决特高拱坝首蓄期坝体变形预测较难的问题,本文提出了一种特高拱坝首蓄期坝体变形预测混合模型方法,并结合白鹤滩特高拱坝首蓄期坝体变形监测资料进行工程实例验证。该模型结合白鹤滩特高拱坝首蓄期三阶段蓄水计划的背景,结合三个蓄水目标下白鹤滩拱坝拱冠梁坝段正垂测点的监测数据量大小,在首蓄期初期采用多元回归模型,在首蓄期中后期对PLdb18-2到PLdb18-6五个测点采用优化的LSTM模型,对于坝顶的PLdb18-1采用多元回归模型。本文针对混合模型及全过程采用单一模型的预测结果和实测结果进行对比,本文提出的混合模型方法精度最高,误差率不超过4%,且具有较好鲁棒性。     

固结灌浆期间盖重抬动对混凝土应力的影响研究

本文采用三维有限元方法,通过施加压力和位移两种方式模拟固结灌浆过程中的盖重上抬,并以黄登水电站11#坝段为工程实例,对混凝土在固结灌浆期间的开裂进行了研究。针对固结灌浆施工过程中混凝土表面裂缝问题,结合11#坝段浇筑过程、温控措施和观测数据,并考虑不同的灌浆压力、抬动位移及温度荷载的影响,计算拟定12种组合工况,对各种组合工况进行应力场分析。各工况仿真结果对比分析表明:有限的灌浆压力不会引起混凝土拉应力大幅度增长,而在较小的灌浆压力和温度应力双重作用下混凝土抗拉安全系数偏低;盖重有一定的抬动位移时会在混凝土表面引起较大的拉应力,叠加温度荷载后混凝土开裂风险加大。     

高掺粉煤灰混凝土的水化热温升组合函数模型及其应用

基于室内实验和现场温度监测资料,提出适合于高掺粉煤灰混凝土的绝热温升组合函数模型。利用这一模型对某拱坝混凝土绝热温升进行反演,结果表明,对于高掺粉煤灰混凝土,组合函数模型能更好地反映其实际发热过程,特别是封拱后的发热过程,拟合精度均优于其他绝热温升模型。利用该模型反馈分析了后期温度回升对拱坝成拱后整体应力分布的影响,结果表明,在初次蓄水期和长期运行期,封拱后的温度回升会在坝体局部产生不利影响,应引起重视。     

混凝土坝渗流场与稳定温度场耦合分析的数学模型

混凝土坝中的渗透水流通过参与热量传递与交换而影响坝体温度场的分布,坝体温度场又影响渗透水流及混凝土的渗系数。本文从理论上分析了混凝土坝渗流场与稳定温度场相互影响、相互作用的机理,提出了混凝土坝渗流场与稳定温度场耦合分析的连续介质数学模型,讨论了该数学模型的有限元解方法,并给出了工程应用实例。