大坝安全巡检无人机最优图像采集工况试验研究

为提高大坝安全巡检无人机图像采集的有效性,针对拍摄距离、风速和光照条件三项重要影响因素,基于大疆Phantom 4 Pro无人机开展试验,分别结合图像自适应阈值二值化、无人机位移及深度学习方法对图像的信息提取效果进行评估,从而研究无人机大坝巡检最优的图形采集工况。研究结果表明,在拍摄距离为3 m、单向风速为2.5~4.0 m/s范围内、晴天背阳的光照条件下,无人机悬停能力较好,不会与被拍摄物体表面发生碰撞,且采集的图像质量最佳。优化了无人机图像采集方案,为基于无人机巡视大坝工作提供参考依据。未来可以进一步应用自动化巡检系统、传感器技术和智能飞行控制算法,实现无人机在大坝安全巡检中的全面应用。

考虑防洪风险的混凝土坝变形双控指标拟定方法研究

针对基于典型小概率法拟定大坝监控指标时的失效概率取值偏经验性以及目前变形监控指标未考虑变形变化速率的问题,将大坝变形失效风险与大坝防洪风险(上游来水和泄洪能力)相结合,将失效概率取设计防洪风险,采用典型小概率法拟定了关键测点变形监控指标,再基于设计洪水调洪演算库水位及其对应的变形分量变化速率,从而确定变形速率监控指标,提出了考虑防洪风险的混凝土坝变形和变形速率双监控指标的拟定方法。以某服役期高拱坝为例,拟定了典型测点实测变形和变形速率双监控指标,实测变形数据及其变化速率均小于拟定的变形监控指标和变形速率监控指标,这表明该大坝当前变形性态安全可控。

基于组合赋权—集对分析法的混凝土坝巡检综合评价

鉴于模糊性巡视检查记录和指标权重赋值存在主观性的问题制约着水库大坝巡视检查信息综合评价的可靠性,首先针对巡视检查部位和内容,提出了较为全面的巡视检查状况评价体系;然后划分了巡视检查状况等级并设计了各评价指标的评分标准;进而提出采用组合赋权—集对分析法的巡视检查综合评价模型;最后将该综合评价模型应用于某混凝土坝巡视检查状况评价中。结果表明,模型计算得到的巡视检查状况与实际情况基本吻合,表明该评价模型合理、可行。

基于改进POT模型的混凝土浇筑仓温度双控指标拟定

基于小概率法或最大熵法拟定浇筑仓温度双控指标时对样本数据的极端值保留程度欠缺,而现有文献关于温度双控指标拟定所选取的典型龄期没有明确的物理意义。为避免混凝土浇筑仓温度超过容许最高温度,结合某混凝土坝在高温季节浇筑仓实测温度,采用POT模型拟定了混凝土浇筑仓在绝热温升半熟龄期下的温度双控指标。为了提高结果可靠性,选用基于3σ准则改进的阈值确定方法,并提出了一种改进的POT模型条件概率确定方法。工程实例分析表明:采用改进POT模型与典型小概率法拟定的温度双控指标较为接近,但由于POT模型重点考虑了极端条件下的浇筑仓温度,对极端事件概率下的估计更为准确,由此求出的温度双控指标更合理。此外,选取混凝土浇筑仓在绝热温升半熟龄期作为拟定温度双控指标的典型龄期更利于工程推广。

基于随机森林算法的混凝土浇筑仓内部最高温度预测

为有效预测混凝土浇筑仓内部最高温度,引入随机森林算法,建立了基于随机森林算法的混凝土浇筑仓内部最高温度预测模型,结合西部某典型混凝土坝工程,收集高、低温季节浇筑仓实测温度,以冷却水管进出口水温、通水流量、浇筑仓层厚和环境气温为输入,混凝土浇筑仓内部最高温度为输出,采用所建模型进行训练和优化。实例应用结果表明,与传统BP神经网络预测模型相比,基于随机森林算法的混凝土浇筑仓内部最高温度预测模型对混凝土内部最高温度预测具有更好的效果。

高温季节大坝混凝土仓面喷雾措施优选研究

高温季节浇筑仓喷雾措施受多种复杂因素影响,本文提出基于正交设计-现场试验-Attention-LSTM神经网络模型-GWO算法优化多目标规划方法进行高温季节混凝土仓面喷雾措施优选.首先采用正交设计构建不同喷雾因素组合工况;然后针对每个喷雾因素组合工况进行喷雾试验,监测获得喷雾区域内温度时空分布规律,将喷雾因素组合工况和相应的实测温度时空分布组成学习样本;进而对Attention-LSTM神经网络模型进行训练和检验,获得预测效果好的Attention-LSTM神经网络模型;最后根据设计确定喷雾降温效果评价指标建立多目标规划模型,通过GWO算法的快速寻优确定最佳喷雾措施.结合实际喷雾试验展示了本文所提仓面喷雾措施优选方法的可行性.

混凝土坝及坝基分析中截取边界的影响

针对建立有限元模型分析混凝土坝变形分析时地基应取多大范围、边界条件如何施加等问题，通过理论分析和数值计算得出结论：（1）考虑上游库水荷载时，由弹性理论半无限大地基模型分析可知，大坝变位随上游库水均布荷载长度的增大而增大，直至奇异；由弹性理论底部完全位移约束有限深地基模型分析可知，大坝变位随上游库水均布荷载长度的增大而渐趋稳定．（2）实际地基为有限深，宜采用底部完全位移约束有限深地基模型从理论上探讨地基应取多大范围．（3）建议大坝有限元模型范围上游取5～10倍坝高，下游5倍坝高，地基深取5倍坝高；在地基底部施加完全位移约束，在上下游地基施加顺河向连杆约束．

基于变形监测资料的混凝土坝时变参数优化反演

基于变形监测资料建立混凝土坝与基岩时变参数反演三步法:首先利用监控模型分离出的水压分量反演大坝和基岩的弹性模量;然后利用分离出的时效分量趋近值反演黏性元件的弹性参数;最后利用时效分量的过程值反演黏性元件的黏滞系数。以龙羊峡重力拱坝为例,应用上述方法,反演参数较敏感的时变参数,从力学机制上解析龙羊峡重力拱坝拱冠梁在2 530～2 610 m高程的径向时效位移向上游变位的原因。其原因是坝体和基岩黏滞系数较大,坝体自重引起向上游变位的时效变形需要较长时间才能稳定;另外,龙羊峡水库长期低水位运行也是原因之一。

大坝监测量最佳统计模型优选方法

现有报导的大坝监测量数学模型主要以拟合精确性为目标,忽略模型简单性原则的定量分析。本文从系统论角度出发,提出一种以模型拟合良好性、检验有效性以及模型简单性三方面为优选原则的大坝监测量最佳统计模型优选方法。首先将监测数据系列划分为回归数据与检验数据,依据先验知识确立统计模型优选集合,然后通过回归或优化方法,基于回归数据系列辨识统计模型参数,接着基于检验数据系列,对参数辨识的统计模型进行检验分析,最后将拟合精度、模型因子数和检验效果进行标准化,计算决策量,依据决策量大小优选最佳统计模型。结合梅山大坝11~#坝垛水平位移监测资料展示了本文提出的监测量最佳统计模型优选方法。结果表明,不同测点监测数据对应不同的统计模型,经模型优选所得出的最佳统计模型不仅具有良好的拟合性与检验有效性,而且具备模型简单性。

中后期冷却期间混凝土浇筑仓温度动态预测模型

进行全坝全过程温度场仿真分析,计算工作量大;采用数理统计分析方法或神经网络等智能方法建立的温度预测模型本质上是一个经验模型,当通水水温和通水流量突然发生变化时,外延预报精度差。建议了一种混凝土坝中后期冷却期间浇筑仓温度动态预测模型,即采用无热源水管冷却问题的混凝土平均温度计算式,联合实测温度,对无热源水管冷却问题的混凝土平均温度计算式中的Ti进行动态更新,动态预测浇筑仓降温过程线。实例分析表明,采用无热源水管冷却问题的混凝土平均温度计算式,结合浇筑仓当前实测温度可以方便快捷地对未来7～10d的温度状态进行动态预测,为中后期通水冷却浇筑仓温度的智能调控提供及时的参考。

无限均布压力作用下弹性地基的应力和位移

通过两个典型的半无限体实例,对水平表面作用无限均布压力下弹性地基的应力和位移解答进行研究,结果表明:对边界条件不明确的无限边界仅采用解答的必要非充分条件——平衡条件来等效处理,其应力解答不是唯一的,因为此时该边值问题不是一个适定的数学问题.对弹性地基梁板中的半无限大地基、底部完全位移约束的有限深地基和底部光滑刚性支承的有限深地基在水平表面作用无限均布压力时的应力和位移分量进行了比较,认为底部完全位移约束的有限深地基模型较其他两种地基模型更合理.

考虑渗流场和应力场耦合对混凝土坝位移的影响研究

采用等效连续介质模型研究了考虑渗流场和应力场耦合对混凝土坝位移的影响,结论为:①由于上游岩基内存在拉应力区,使其渗透系数增大,导致考虑耦合分析时岩基内的等水头线较不考虑耦合时偏向下游,且坝基扬压力较大。②考虑耦合与不考虑耦合对大坝垂直位移的影响略大于对水平位移的影响,但总体影响较小。无论是否考虑耦合,在岩基上作用渗流体荷载引起坝顶相对于基点的水平位移都是向上游的位移。③由于在上游岩基内存在拉应力区,渗透系数增大,从而使水平向和垂直向渗流体积力减小,导致岩基内水平向应力等值线较不考虑耦合时向下游移动,垂直向应力等值线向上游移动。

基于小概率法的混凝土浇筑仓温度双控指标拟定及预警研究

为了控制混凝土浇筑仓最高温度,提出了温度双控指标,即选取混凝土浇筑仓达到最高温度前的典型龄期,拟定该龄期下容许温度和容许温度变化率。假设该龄期下的实测温度和实测温度变化率为随机变量,且满足正态分布,采用小概率法,结合西南某建设中的混凝土特高拱坝高温季节浇筑仓实测温度,拟定了混凝土浇筑仓温度双控指标。实践表明,温度双控指标可以取到动态预警作用,可以使工程单位对最高温度的控制具有针对性和可操作性。

考虑混凝土龄期及弹塑性徐变的大体积混凝土温度应力研究

针对目前大体积混凝土工程上常用的混凝土徐变度是考虑了施加荷载时混凝土龄期的粘弹性模型,在较大的变温荷载作用下计算的温度应力往往过大,与实际不符。将常用的混凝土弹性徐变模型推广为弹塑性徐变模型,建议在弹性徐变模型的基础上串联一个混凝土强度参数及粘滞系数随龄期增长的Bingham元件来考虑混凝土的塑性流变,推导了弹塑性徐变温度应力仿真分析的隐式和显式算法公式,并研制了相关的程序。工程实例仿真分析表明,作者建议的考虑混凝土龄期的弹塑性徐变模型是可行的,其计算的温度应力较弹性徐变模型的计算值更符合实际。

基于实测应变反演大坝混凝土实际徐变度

探讨了基于实测应变的大坝混凝土实际徐变度的反演方法.首先基于无应力计测值统计模型反演了混凝土热膨胀系数,并获得了降噪后的自生体积变形表达式;接着建立了施工期应变计测值统计模型,获得降噪后实测应变曲线;最后基于实测应变和计算应变,建立了反演徐变度表达式8参数的非线性规划约束极值问题模型,给出了徐变度表达式8参数的反演算法.结合建设中的西南某混凝土坝工程,验证了建议算法的适用性.分析结果表明,当加荷龄期较小时,反演徐变度较室内徐变值小;当加荷龄期较大时,反演徐变度在初期时小于室内徐变值,后期则大于室内徐变值.

两种库水附加质量模型的重力坝动力响应研究

对两种不可压缩性库水附加质量模型的混凝土重力坝动力响应进行了研究,得到结论:①相对有限元模型计算结果比较,韦斯特伽德模型进行折半处理后计算得到的大坝自振频率较直接使用韦斯特伽德模型计算的精度高;②当水体区域向上游取3倍坝高可以得到比较稳定的自振频率;③由于大坝是弹性体,上游面坝体结点的等效结点荷载不仅受该结点动水附加质量本身的影响,同时受到该结点周边结点的动水附加质量的影响。

水管冷却热传导计算模型能量分析

对水管冷却有限元法和水管冷却等效热传导法的相关性进行了研究,采用同一套有限元网格,仿真分析了混凝土浇筑仓的非稳定温度场和徐变应力场,对比分析了两种水管冷却计算模型计算的混凝土浇筑仓平均温度和弹性应变能及黏性应变能.水管冷却等效热传导法计算的混凝土平均温度与水管冷却有限元法计算的平均温度接近,前者是后者的等效平均,但两者的同一节点温度不一样,且差异有时还比较大.由于前者是后者温度的等效平均,所以前者和后者的弹性应变能和黏性应变能接近,但两者的同一节点的应力不一样,因此其差异有时也比较大.

不同水灰比混凝土自干燥试验

为研究不同水灰比水工混凝土和高性能混凝土内部自干燥效应,对水灰比0.33、0.41、0.50的水工混凝土试件和0.30、0.40、0.50的高性能混凝土试件进行密封包裹,并开展持续3个月的内部相对湿度监测。试验结果表明,在密封状态下,水工混凝土和高性能混凝土内部相对湿度均存在两个时期,即湿度饱和期和湿度下降期;随着水灰比的减小,湿度饱和期持续的时间逐渐减小;相同水灰比下,高性能混凝土的内部相对湿度比水工混凝土的内部相对湿度下降快,湿度饱和期持续时间更短。在密封状态下,0.50水灰比的水工混凝土的内部相对湿度基本无下降;但0.41水灰比的水工混凝土存在缓慢的自干燥效应。当混凝土缓慢失水干燥时,混凝土将会出现缓慢收缩,这为解析溪洛渡特高坝工程扣除温度分量的无应力计变形测值长期不稳定的机制提供了一种新思路。

基于实测变形的雾江滑坡体弹-黏塑性参数反馈

雾江滑坡位于涔天河水库扩建工程库首右岸的雾江峡谷进口段,下游边坡距大坝仅300余米,是一个典型的古滑坡,滑坡总体积为1 327×10~4 m^3,雾江滑坡稳定与否严重影响到大坝及泄水建筑物的运行与安全。首先分析了滑坡体实测位移;接着针对滑坡体处于缓慢蠕滑过程中,采用极限分析法,假定安全系数为1.0,反演了滑坡体的强度参数;然后选取滑坡体内部钻孔观测位移年蠕滑率,假定滑坡体满足莫尔-库仑屈服准则,由Perzyna假设计算黏塑性应变率,结合滑坡体典型剖面有限元模型,采用弹-黏塑性有限元计算程序进行滑坡体分析,将正交设计法和优化算法相结合,反演获得滑坡体和滑带的弹性模量和黏滞系数,为进行该滑坡堆积体的稳定变形分析和监控提供了依据,也可为同类工程参考。

缝端应力强度因子对网格尺寸的敏感性分析

基于线弹性断裂力学模型对工程中存在的宏观裂缝进行稳定性分析,采用位移直接法计算缝端应力强度因子。针对在裂缝尖端是否必须剖分细密网格以及采用缝岸上哪些节点位移外推缝端应力强度因子等问题,通过缝端应力强度因子对裂缝尖端附近网格尺寸的敏感性分析,得到如下结论:(1)认为使用位移直接法外推缝端应力强度因子时,应忽略靠近缝端处的节点位移,采用远离缝端的节点位移连接成直线进行外推;(2)如果在缝端采用1/4边中节点(奇异等参单元),即使采用较粗的网格也可以得到满意的结果,不一定必须在缝端剖分细密网格,这可大大减少缝端应力强度因子计算工作量。通过对典型的带缝三点弯曲梁算例分析以及龙羊峡重力拱坝下游面水平裂缝的分析,验证上述结论,进而基于线弹性断裂力学模型预测了龙羊峡重力拱坝下游面水平裂缝的深度。