重大水利工程大坝深水检测及突发事件监测预警与应急处置研究及应用

中国高坝建设水平世界领先,但安全运行保障水平相对滞后,应对洪水、强震、地质灾害、异常干旱或低温、恐怖破坏等极端事件的应急保障能力相对薄弱,安全风险不容忽视。从基础与应用基础、应用技术研发、集成示范与推广3个层面进行综述,包括:非常规条件下大坝性能演化与灾变机理、极端条件下大坝安全诊断和风险控制、大坝失事早期预警标准与应急响应机制等基础理论研究;大坝深水检测载人潜水器、大坝深水渗漏探测、深孔泄水建筑物疏堵与闸门修复、大坝突发事件应急监测与隐患快速探测、深水环境大坝缺陷修补、极端条件下大坝应急抢险与损毁快速修复等关键技术研发;100 m级深水环境大坝安全检测技术集成示范,极端条件下大坝溃决早期预警与应急处置技术推广应用。对最新研究进行了综述和总结,并对今后的主要发展方向提出了建议。

“禹龙号”大坝深水检测载人潜水器的初步应用及试验

为满足我国未来大坝深水检测与修补加固技术的发展需求,针对高坝大库深水复杂环境的特点,攻克潜水器宽视野观测、水下作业和安全等技术难点,形成具有自主知识产权的大坝深水检测成套技术装备——“禹龙号”大坝深水检测载人潜水器。为了验证“禹龙号”载人潜水器的工程应用性能,先后在汤浦混凝土面板堆石坝、新安江重力坝和雅砻江锦屏一级拱坝等3种坝型中开展初步应用试验,完成坝面巡检、坝面清理和水下渗漏示踪等作业。通过在不同坝型大坝水下检测中的初步应用,验证了“禹龙号”载人潜水器的性能和作业能力,形成了未来大坝深水检测技术的成功经验与发展需求,为装备的进一步完善与推广应用积累了经验。

水库大坝退役拆除及对生态环境影响研究

尽管国内外的水库工程在防洪、灌溉、发电、供水、航运、水产养殖等方面发挥了巨大作用,但随着使用寿命、功能退化、加固维修费用高等,部分水库大坝将退役或被拆除。了解关于拆坝带来的潜在影响的一条途径是回顾在本河流系统上修建大坝所造成的后果。首先从水库大坝对气候、水质、生物、水库淤积等方面的影响综述了水库大坝的修建及其环境影响。结合国内外实际,综述了我国和美国的拆坝现状,分析了大坝拆除的原因以及拆坝对生态环境影响的时空影响,综述了拆坝后评估生态环境影响的方法,并首次对国内某水库进行了河流生境评估调研。结果表明,水库大坝的兴建与退役拆除均是复杂的系统工程,水库大坝退役拆除及对生态环境影响研究具有重要的意义,我国在这方面刚刚起步。

土石坝长效服役与风险管理研究进展

基于对我国土石坝工程建设与安全现状的阐述,从土石坝内部侵蚀机理、土石坝隐患病害监测检测与诊断技术、防渗系统服役性能、风险分析与退役拆除等方面,论述土石坝长效服役与风险评估理论、方法及其技术的研究现状。认为今后应从深水环境下大坝的缺陷探测以及隐患快速探测技术、土石坝长效服役性态的多源信息融合推理技术、水库大坝退役决策技术、土石坝溃决影响区次生衍生事件演化机制等方面进行深入研究,并形成成熟的土石坝工程全生命周期的安全保障与风险防控体系,以建立健全土石坝工程长效服役保障与提升的理论与方法体系。

基于大坝安全监测资料的物理力学参数反演

本文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,然后结合通用的商业有限元软件MSC.Mar,并利用其与FORTRAN语言的接口,编写了基于MSC.Marc的物理力学参数的遗传算法反演程序。文中结合某重力坝溢流坝段的监测资料,利用该方法反演了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—MSC.Marc反演大坝坝体及坝基的物理力学参数是可行的。

基于MSC.Marc的物理力学参数反演

在比较反演分析方法的基础上,应用基于遗传算法的优化反演方法来反演物理力学参数。结合计算力学和有限元软件系统的发展,提出了基于有限元软件MSC.Marc的物理力学参数反演方法。结合某重力坝23#溢流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,采用遗传算法和MSC.Marc反演物理力学参数是可行的。

水库大坝安全智慧管理的内涵与应用前景

虽然我国水库大坝建设领域取得了世界瞩目的成就,但管理水平相对滞后,信息化应用程度较低,智能诊断与协同管理能力薄弱,亟待利用物联网、云计算、大数据等现代信息技术手段,全面感知多源信息,通过数据融合,实现大坝安全智能诊断与智慧管理,为充分发挥水利基础设施整体效能、进一步提升大坝应急管理能力、切实保障大坝安全运行提供科技支撑。剖析了水库大坝智慧管理的特点和难点,介绍了智慧管理关键技术发展现状,提出了水库大坝安全智慧管理的内涵及其透彻感知、全面互联、深度融合、广泛共享、智能应用、泛在服务等重要特征,展望了发展趋势和应用前景。

数据挖掘技术在大坝安全决策支持系统中的应用

数据挖掘技术是一个新兴的、具有广阔应用前景和极富挑战性的研究领域。在充分研究大坝安全决策支持系统的基础上 ,结合数据挖掘技术的概念与方法等 ,对数据挖掘技术在大坝安全决策支持系统中的应用进行论述。与此同时 。

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。

基于数据仓库技术的大坝安全决策支持系统

在研究和分析传统大坝安全辅助决策系统的基础上,结合计算机科学与技术的发展,提出了融合数据仓库、在线分析处理和数据挖掘等技术的大坝安全决策支持系统的解决方案。

地震对英得尔水库溃坝的影响分析

英得尔水库于2005年4月28日凌晨坝上溢洪道垮塌,造成右副坝溃坝事件。溃坝前当地曾发生了两次地震。为分析地震对水库溃坝的影响程度,首先运用加卸载响应比理论研究了坝体的全时程加卸载动力响应规律,结果表明大坝在地震中处于稳定状态;然后考虑地震荷载进行结构抗震稳定分析,结果表明地震是加速溢洪道坝段失稳的重要原因。

混凝土坝坝体与坝基互馈的分析理论和方法

针对经典接触力学假设接触表面为几何光滑面的不足,基于Hertz接触力学和弹塑性理论,考虑坝体与坝基互馈面在外界荷载作用下面积的变化,并借助岩体水力学知识,建立坝体与坝基系统中渗流场与应力场的互馈模型;研究混凝土坝坝体与坝基互馈力学模型的算法,并基于遗传算法开发相应计算程序。最后,就水口混凝土重力坝进行互馈计算。

土石坝工程安全预警系统关键技术

基于系统工程的预警原理,结合土石坝工程的特点,研究了土石坝工程安全预警系统架构,并将其分为警源分析子系统、警兆辨识子系统、警情分析子系统.重点研究了警源分析子系统和警情分析子系统,并将其中涉及的水库大坝的虚拟现实技术、溃坝洪水估算、下游洪水演进预测等关键技术应用于浙闽台流域某土石坝工程中.结果表明,土石坝工程安全预警系统对预警土石坝的安全具有一定的作用.

大坝安全监测贫信息的灰模型

根据灰理论利用大坝安全监测中的贫信息,建立了灰色关联度的GM(1,N)状态模型.对某钢筋混凝土平板坝的水平位移分析结果表明,在大坝监测资料系列较短的情况下,运用该模型可为评价大坝安全状况提供依据.

混凝土坝与坝基互馈面及其确定

基于混凝土坝坝体与坝基互馈作用面的特性,运用优势面理论建立了坝体与坝基互馈优势面的评价指标和分类模型.并以确定三峡工程典型坝段的互馈优势面为例,说明该确定方法简便可行.

古田溪四级大坝垂直位移的突变值解析

在定性分析古田溪四级大坝垂直位移观测资料的基础上 ,运用改进的统计模型对其进行分析 ,以模拟大坝各坝段垂直位移观测资料中出现的两次突变现象。同时 ,采用典型坝段的混合模型进行校核 。

某水库溢洪道垮塌成因分析

青海省某水库左右坝上溢洪道于2005年4月28日6:40左右垮塌,造成右副坝垮塌事件。在现场查看的基础上,对水库垮塌坝段的结构变形、渗流性态等进行了计算分析,并对某水库的溃坝原因进行了综合分析。所得结论为,溃坝的主要原因是右副坝上溢洪道底板和边墙与坝体接触部位的裂缝产生的接触渗流,另外,溃坝当日发生的地震加速了大坝失稳。

基于分形理论的接触体互馈机理及力学模型研究

外界荷载的作用驱使接触体之间相互作用。接触面在荷载作用下动态变化的过程即为互馈作用,相应的接触面即为互馈面。互馈是工程界的重要任务,也是一项具有重要理论和实用意义的重大课题。本文针对经典接触力学假设接触表面为几何光滑面的不足,利用分形几何知识研究了接触体相互作用的互馈机理和相应的力学模型,并用前人所做的节理试件的光弹试验结果进行了计算,结果表明法向荷载的增大导致互馈面的分形维数逐渐减小,且小于初始分形维数。因此,利用互馈面的分形维数建立的接触体互馈模型,可揭示接触体互馈的演变规律。

燕山水库施工期安全监测资料的统计诊断

针对大坝安全监测资料中常出现偏离目标真值的异常点,基于观测数据质量的有效检测和诊断分析了监测资料误差成因及特点,探讨了监测资料的统计诊断方法,并应用于燕山水库。结果表明,识别异常数据效果良好,可有效提高建模分析精度。

水库大坝安全诊断与智慧管理关键技术与应用

中国水库大坝建设水平世界领先,但管理水平相对滞后,突出表现在管理手段落后、信息化应用程度低,出险甚至溃坝事故仍时有发生,亟待加强传统水利与现代信息技术融合,充分应用大数据、人工智能、机器学习等现代信息技术,实现水库大坝安全智能诊断和智慧管理。“十三五”国家重点研发计划项目“水库大坝安全诊断与智慧管理关键技术与应用(2018YFC0407100)”以澜沧江流域代表性水电工程等为依托,以水资源高效利用为目标,以确保水库大坝安全为宗旨,以工程防灾减灾为突破点,通过近四年的联合攻关,在大型复杂水工结构性能演化测试装备与智能诊断技术、大坝结构与服役环境互馈仿真及智能监控关键技术、基于大数据的大坝安全诊断与预警关键技术等方面取得系列创新成果,为进一步健全中国大坝安全保障体系和强化预报、预警、预演、预案“四预”措施提供科技支撑,全面保障水库大坝安全运行和综合效能发挥,具有极高的科学价值和广阔的推广应用前景,社会效益、经济效益和生态环境效益极其显著。