桩基对平原地区泵闸底板温度应力的影响机理研究

平原软基上大型混凝土结构普遍采取桩基基础,其施工期开裂机理与桩基约束和自身约束有关.以HTG泵站底板为例,线单元模拟实体桩基,建立了基于内置桩单元和温度场等效算法的施工期温度应力分析方法;考虑线弹性和非线性地基模型,对内置单元桩基与实体单元桩基两种方法进行了对比,证明内置桩单元方法的合理性;开展了不同地基材料及桩基特性参数(如直径、间距、长度等)的敏感性分析,揭示桩基对泵闸底板温度应力的影响机理.研究结果表明:采用线单元桩基能够较好地模拟桩基对混凝土底板温度应力的作用,且较实体桩基在建模、计算上更为简便;参数敏感性分析表明,地基变形模量、桩长及桩间距对底板温度应力影响较为显著,桩直径影响较小.

基于CEEMDAN和相关性分析的大坝位移预测

大坝位移数据受各种因素的影响,具有非平稳非线性的特征,针对数据预测精度低的问题,提出了一种CEEMDAN-PCCs-TCN-XGBoost组合预测模型.以某重力坝监测数据为例,首先,引入CEEMDAN算法捕捉非平稳数据的趋势信息和波动信息,联合PCCs算法确定影响数据波动的主要因素;其次,为了提高预测精度,趋势信息使用传统HST模型进行预测,波动信息利用主要因素作为输入变量进行预测,再分别应用TCN模型和XGBoost模型对数据进行预测最后累加得到最终预测结果,并将预测结果与EEMD-ARIMA、EEMD-LSTM-MLR等模型对比,结果表明,CEEMDAN-PCCs-TCN-XGBoost组合预测模型对波动频繁的大坝位移数据的预测更精确.

大坝安全监测数字孪生系统应用研究

针对传统大坝安全监测系统在海量数据管理、风险识别灵敏度及预警预报响应时效方面存在的不足,采用基于Revit的BIM技术与Three.js可视化技术,构造与原型高度相似的数字模型,通过有限元法迭代进行材料性能参数反演,进而分析得到大坝各部位运行性态;利用MySQL关系数据库技术、NEO4J图数据库技术、智能算法及微服务技术进行数据管理,构建包含完整监测信息的大坝数字孪生安全监测系统。通过嵌入的概率图模型进行大坝安全风险评估,实现大坝的在线监测、实时参数反演和安全风险评估,并对未来工况进行安全性态预测和预警。工程应用实践表明,系统在风险识别和预测预警的实时、高效、准确性等各方面都得到极大改进,显著提升了大坝安全管理效率与抵御风险的能力。可为同类型工程的安全监测系统提供借鉴。

基于SBO-LSTM的大坝变形预测模型

变形是大坝安全性态的综合反映,建立其与环境量的可靠关系模型对保障大坝长效服役具有重要意义。为提高大坝变形预测的精度和泛化能力,并解决长短期记忆神经网络(LSTM)参数选取随机性大、选取困难的问题,提出了一种利用缎蓝园丁鸟优化算法(SBO)来优化长短期记忆神经网络的混凝土坝变形预测模型(SBO-LSTM)。该方法首先通过高斯滤波和Symlet小波滤值两种方法对选定的监测数据进行统一的清洗、归一化、去噪等预处理;其次,借助SBO算法对长短期记忆神经网络模型的超参数进行寻优;最后对混凝土坝变形进行高精度预测并通过三种不同评价指标(MAE,RMSE,MAPE)对预测结果进行评价。以某混凝土坝为例并与传统优化算法对比分析,结果表明通过SBO算法优化后LSTM神经网络具有更高的预测精度和稳定性,综上,该预测模型为大坝变形监测数据分析与预测提供了一种新的可行方法。

基于AFSOM-AHP的近坝库岸边坡风险评估方法

以某工程近坝库岸岩质边坡为例,采用改进的一阶二次矩法计算各风险因素的可靠指标,并运用层次分析法,对该近坝库岸边坡进行综合风险分析评估。结果显示,该边坡整体稳定计算模型的风险等级为1,局部为4,存在局部失稳的风险。将各风险因素的影响程度以各工况的风险概率表示,最终划分4个风险等级,得出的结果符合工程实际,证明了该方法的可行性。相比于其他等级划分方法,该方法更能体现该工程的稳定状况,对边坡的风险评估效率也更高,可为今后类似近坝库岸边坡的风险评估提供理论参考。

大跨度U形渡槽预应力钢绞线张拉顺序数值模拟及方案比选

为探究大跨度U形渡槽预应力钢绞线张拉过程中拆模时机对渡槽槽身结构受力状态的影响,以国内某大跨度U形预槽为例,考虑温度荷载,基于单弹簧联结单元法模拟预应力钢绞线与混凝土的相互作用,通过数值模拟方法研究预应力钢绞线张拉过程中的拆模时机对渡槽槽身结构应力响应的影响,进而基于渡槽槽身的应力控制标准及预应力钢绞线张拉过程对渡槽预制台座的占用时间,提出了最优的预应力钢绞线张拉方案。结果表明:拆模前施加部分纵向、环向预应力不仅能满足张拉过程中槽身内壁面不出现拉应力的要求,同时能减少对渡槽预制台座的占用时间。

基于改进SPH模型的溃坝洪水演进模拟方法

溃坝洪水演进模拟的准确性是制约水库洪水预演有效性的关键。基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)方法提出了适用于溃坝洪水演进分析的数值模拟方法。通过设置溃口粒子与粒子库,基于黎曼不变量对SPH粒子状态进行修正,构建施加边界条件的改进SPH溃坝洪水演进模型,将SPH瞬时全溃整体模型转换为考虑溃口水流变化的入流边界模型,实现SPH方法与溃口计算模型的耦合。以Malpasset溃坝事件为例,检验了该模型计算溃坝洪水的精度,结果表明该模型精度相对较高,与实测值吻合较好;应用该模型模拟了某水库溃坝洪水演进预演过程,评估其对下游输水干渠及交叉建筑物排水倒虹吸的洪水冲击风险,结果表明在上游水库遭遇超标准洪水漫顶溃坝工况下,洪水演进至排水倒虹吸处的最大洪水位未超过校核洪水位。改进SPH模型精度高,可靠性强,与溃口计算模型耦合性好,可作为溃坝洪水演进模拟的通用手段之一。

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。

基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法研究

为研究岩质边坡岩体参数变化时的稳定性,提出一种基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法。首先,针对边坡工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性问题,定义极限状态函数为滑体极限状态下抗滑力与下滑力的差值,考虑黏聚力及内摩擦角作为随机变量并且服从独立正态分布,求出极限状态方程中随机变量的偏导数;然后,根据改进一次二阶矩法编写了求解边坡失稳概率和可靠指标的计算程序;最后,通过算例验证了所提方法的适用性。某库岸边坡可靠性分析结果表明,该方法具有计算流程简单、便于开展、节省机时、计算精度高的优点。

基于随机响应面法的结构可靠度敏感性分析理论及其工程应用

随机响应面法及基于随机响应面法的非侵入式随机有限元法是结构可靠度分析的新兴方法,适用于求解结构极限状态方程具有较强的非线性或极限状态方程呈隐式的问题。作为一种全局响应面法,相比于经典随机响应面法,随机响应面法具有明确的物理意义和数学意义上收敛的特性。研究推导了基于随机响应面法和几何法的结构可靠度敏感性分析公式,并应用于工程实例,对于该方法在重力坝结构可靠度分析中的应用作了有益的探索,验证了该方法的可行性。

IF-KELM模型在混凝土拱坝变形预测中的应用

各测点位移是能够直观反映大坝运行特性的关键指标,及时分析位移监测数据,有利于对大坝健康运行做出预警。为准确估计混凝土拱坝变形状态,提出了一种基于孤立森林和核极限学习机的混凝土拱坝位移预测模型(IF-KELM),利用孤立森林剔除异常值和核极限学习机非线性拟合能力强的特点,采用粒子群算法优化模型参数,避免人工选择异常阈值,提高预测性能和泛化能力。在实际工程监测数据的仿真计算中,与其他模型的预测结果对比表明,构建的IF-KELM模型的预测结果更精确,鲁棒性更好。

穿越不良地质段的长距离深埋输水隧洞纵向变形数值分析

以珠江三角洲水资源配置工程为依托,研究长距离深埋盾构隧洞在穿越不良地质段时衬砌结构的纵向不均匀变形,以保障隧洞施工与运行期的安全稳定。本文采用三维非线性有限单元法对长距离深埋隧洞纵向变形开展研究,精细模拟衬砌接缝以及缝间螺栓,考虑围岩应力的开挖释放,计算复杂地质条件下隧洞衬砌接缝变形与应力状态。研究结果表明:设计参数下,断层破碎带处接缝的最大张开和错台变形量分别为1.065 mm与0.276 mm,螺栓最大拉应力为363.05 MPa,内衬环向拉应力最大值为0.99 MPa,隧洞纵向稳定性满足设计要求;断层破碎带弹性模量的变化对衬砌的纵向变形有较大影响,接缝变形与螺栓应力均随断层模量的减小而显著增加。该结果合理,具有较好的规律性,可为类似工程的设计提供参考。

基于聚类算法的拱坝热学参数反演分析

由于拱坝坝身较薄,在运行期内坝体温度易受水位、水温和气温等因素的影响,导致坝体温度荷载难以精确掌控,而温度荷载又是拱坝所受到的主要荷载之一。为此,基于实测数据,采用聚类分析与热学参数反演的方法重构整体温度场。首先利用K-Shape聚类算法对坝体上下游方向温度测点进行分类,再依据测点位置实现上下游坝面分区,按照分区情况设置拱坝运行期的上下游温度边界条件;接着引入鲸鱼寻优算法,基于多测点温度实测值,反演坝体热学参数得到坝体整体温度场。工程实例分析结果表明,聚类分析与鲸鱼优化算法的综合应用提升了热学参数反演的效率与精度,反演的参数符合大坝的实际情况。

局部非协调网格在高拱坝应力分析中的应用

在局部不协调网格界面上,以网格尺度较大单元所包含的界面上的节点作为基本节点,而界面上与网格尺度较小单元相应的节点作为从节点,建立了从节点与基本节点的线性插值关系,从而导出了以基本节点位移作为求解变量的局部非协调网格协调位移解法.该方法应用于地基上复杂结构的受力分析,可使得结构网格较密,而地基网格稀疏,从而达到不失计算精度,提高求解效率的目的.以某拱坝为例,探讨了局部不协调网格的处理方法对计算结果的影响,并验证了所提方法的正确性.

边坡抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法

提出用厚度较小的常规矩形(平面)或立方体(空间)单元来描述滑坡体与岩基之间的接触面,并给出了使滑动面上应力满足摩尔库仑极限条件的非线性迭代算法。在此基础上提出了保留滑动面上最下端单元处于弹性状态的滑坡体抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法。这种方法可用于求解2维或3维问题,且能同时给出边坡临界失稳时的位移场和应力场。给出了具有折线滑动面的滑坡体抗滑稳定安全系数计算实例,结果表明该方法有效、合理和可靠。

高拱坝安全度评价方法研究

介绍了目前高拱坝安全评价的几种方法,指出了现存拱坝安全度评价方法的缺点。提出基于有限元分析结果的高拱坝安全度评价体系,研究了坝体裂缝对大坝工作性态的影响,给出了坝体内容许裂缝长度。结合溪洛渡高拱坝工程,阐述了基于弹性或弹塑性有限元分析并综合考虑大坝坝体、建基面和坝基岩体破坏的拱坝安全度评价方法,强调了高拱坝长期安全度评价的重要性。

网格尺寸对拱坝等效应力分析的影响

本文对有限元内力法求解拱坝等效应力分析方法进行了进一步改进。建立了拱梁向应力为直线分布时以上、下游面等效应力为未知量而拱或梁截面上的约束内力为已知量的求解方程,并根据常规的多拱梁应力分布假定及上、下游面已知应力边界条件,导出了上、下游面其余应力分量求解公式。对溪洛渡高拱坝在水压力(含淤砂压力)、温升、温降及自重等荷载作用下不同网格的计算结果表明,拱厚方向采用两层以上单元、拱梁方向网格采用足够精度的网格可得到基本稳定的等效应力结果。

改进的拱坝等效应力分析方法

对有限元内力法求解拱坝等效应力分析进行了进一步改进,假定拱、梁方向上的正、剪应力在拱、梁截面上的面单元内呈双线性分布,从而导出根据截面约束内力求解等效节点应力的公式,并在此基础上导出拱梁向应力为直线分布时的上、下游面等效应力的求解方程和主应力求解公式.对典型的圆筒拱坝用本文方法进行应力分析,得出的拱及梁向应力结果与试载法分析结果基本一致,表明用本文分析方法得出的应力结果可以按现行的拱坝设计规范规定的应力标准评价拱坝坝体安全度.

基于有限元响应面法的重力坝抗拉可靠度分析

采用有限元方法计算坝体内的应力,以可能的拉应力范围作为作用效应,容许的拉应力范围作为抗力,建立了与重力坝设计规范中有限元分析结果相对应的抗拉极限状态方程.由于此极限状态方程为隐式,故采用一阶响应面法求解可靠度,并运用正交试验设计方法减少有限元分析次数.本文以龙滩碾压混凝土重力坝为例,给出了实例计算分析结果.

泥石流泛滥区域数值模拟

概述泥石流泛滥区域数值模拟的研究现状,介绍数值模拟Geoflow程序的基本方程、数值求解方法和定解条件。采用Geoflow程序对四川省境内某一较大泥石流沟遭遇20年一遇泥石流的泛滥区域进行数值模拟,得到的泛滥区域与采用经验公式法得到的结果基本一致,表明数值模拟的结果具有工程应用价值。由于该泥石流沟的重大威胁性,建议在堆积扇上修建的生产、生活设施应避让泛滥区域或采取适当的防护治理措施。