低温季节泵送混凝土结构施工期温控防裂研究

低温季节施工时针对泵闸等结构泵送混凝土防冻与防裂的技术难题,以SYG工程为例,结合工程实际施工过程及现场温控监测成果进行大体积泵送混凝土温控防裂反馈分析;对比分析了不通水工况与实际通水工况下的应力曲线与混凝土容许拉应力曲线,并结合现场温控过程中存在的主要问题探讨了低温季节下泵闸工程的温控防裂技术.结果表明,在-8℃的较低温度下,采取充分的水管冷却和严格的表面保温措施可有效控制结构内部最高温度、内外温差以及最大拉应力水平,减小水闸结构开裂风险.本工程温控实践经验可为类似条件下的泵闸工程提供参考.

基于LSTM的泵闸工程混凝土施工期温度场预测

为了快速准确地预测混凝土施工期温度过程线,结合主成分分析,提出了一种基于长短期记忆网络(LSTM)算法的预测模型。以上海崇明岛四滧港和八滧港水闸底板为例,采用主成分分析对混凝土温度场的可能影响因素进行降维,建立以四滧港水闸底板温度数据为基础的LSTM温度过程线预测模型并对输入主成分进行训练,将训练后的模型用于八滧港温度过程线的拟合和预测并与实测结果进行对比。结果表明,该模型预测温度过程线与实际测点温度过程线拟合良好,均方根误差在2℃以内,判定系数接近1,预测结果符合工程精度要求。该预测模型可部分替代有限元反馈分析,从而提高泵闸混凝土温度场预测的效率。

基于非线性随机有限元的堤坝边坡可靠度分析

针对边坡稳定性分析中土体力学参数存在空间变异性的问题,提出了计算堤坝边坡安全系数分布的随机有限元方法,以及求解边坡可靠度的蒙特卡罗(MC)强度折减联合法与MC直接法。以各向同性二维边坡为例,首先抽样得到相应的材料特性随机场,随后求得边坡位移、应力及塑性区;然后在对随机场进行NMC次抽样的基础上采用以下方法得到边坡的失效概率并对可靠度指标进行求解分析:(1)联合法(M1),通过强度折减法得到各样本条件下的折减系数及其分布;(2)MC直接法(M2),利用黏塑性方法直接求解并判断边坡的失稳情况,对所有样本条件下的失稳情况进行统计。结果表明:考虑材料特性随机场的边坡稳定分析,通过边坡安全系数的均值、方差、分布及可靠度指标对边坡安全进行综合评价,能够得到可靠的边坡稳定分析结果。

泵闸施工期智能温控数据采集与管理系统研发

针对泵闸结构大体积混凝土,研发了功耗低、独立性强、施工干扰小且存取便捷的施工期智能温控数据采集与管理系统.针对DS18B20数字温度传感器,以Modbus协议为基础开发了基于VB.NET的温度采集系统,实现了对采集模块的自动编号以及采集与存储频率的自由调控;建立了含有多个温度测区表和流量表的SQL server数据库,方便数据存储、查询与管理;开发了基于B/S架构的Web温控信息管理平台,实时呈现大体积混凝土温控数据与相关图表.

泵闸混凝土施工期智能温控关键信息识别

为实现施工期大体积混凝土温控要素的智能快速识别,提高智能温控系统的反馈及预测模型精度,提出了一套智能算法对物联网技术采集到的各类温控要素原始测值进行识别及转化。针对浇筑温度、浇筑时间、最高温度、内外温差、冷却通水起止时间与表面保温覆盖等施工期关键温控参数,结合工程经验分别给出相应识别任务的判定逻辑并编写对应程序,然后应用多个实际工程数据进行验证,并分析各识别功能的准确率。验证结果表明,本文算法识别效果良好,能够实现温控要素采集的自动化、智能化、快速化、精准化,具有较强的工程实用价值。

贵州省水库运行及安全监测监管系统关键技术

针对贵州省水库雨水情及安全监测设施缺失严重、水文预报及库坝安全风险评估工作效率较低的难题,研发了全省水库运行及安全监测监管系统。该系统基于B/S架构,应用了WebGIS、GNSS等技术,集成了库坝雨水情测报与安全监测两大功能,并利用现有数据及相关挖掘方法初步集成了库坝工程信息识别与风险评估功能。该系统包含整体功能模块及典型工程展示模块,具备较强的大坝安全监测及雨水情测报能力,可有效提升全省洪灾预警预报防御能力,并为水库安全运行及智慧管理提供技术支撑。

福建某碾压混凝土重力坝温控仿真及温控标准研究

亚热带地区高温季节气温与热带相似,且昼夜温差大,对大坝混凝土温控防裂较为不利.本文以福建省某典型碾压混凝土重力坝工程为例,采用有限元法开展了大坝混凝土温控措施及温控标准研究.基于稳定温度场计算结果,依托规范并参考相似工程提出相应温控标准;通过不同方案对浇筑温度、冷却水温和水管间距等温控措施进行了敏感性分析,并据此给出了推荐温控方案.仿真结果表明不采取温控措施时各区最高温度均不能满足控制要求;最高温度对浇筑温度较为敏感,但只控制浇筑温度时,后期内部温度下降缓慢,可能在低温季节产生较大的内外温差而导致表面开裂;综合考虑浇筑温度及通水冷却,可有效降低最高温度及后期内外温差.研究成果可为亚热带地区的类似工程提供参考.

基于无单元伽辽金法的水工结构温度应力及温度裂纹扩展计算

水工混凝土结构的温度应力及裂纹扩展计算是一大难点。用节点来离散域的无单元伽辽金法由于不需要网格,特别适合模拟裂纹扩展问题。文中主要研究应用无单元法来计算温度应力以及温度裂纹扩展,提出了基于衍射法的折线不连续面模拟方法,并介绍了计算裂纹应力强度因子的围线积分法等,编制了温度裂纹及其扩展计算的VC++程序。通过典型气温骤降温度应力、单边直裂纹和斜裂纹实例对程序进行了验证,算例结果表明其具有较好的精度和可靠性。然后以底部约束混凝土块为例介绍了裂纹扩展的模拟过程及结果。最后对无单元法计算裂纹扩展的一些问题和难题进行了总结。

应用无单元伽辽金法计算大坝稳定温度场

基于无单元伽辽金法基本理论,推导了稳态热传导问题的基本积分方程,并介绍了其离散形式中,包含刚度矩阵在内的各个系数矩阵和荷载向量的主要形成过程.采用VC++语言编制了二维无单元法计算稳态热传导问题的计算程序并通过典型算例验证了程序的正确性.应用该法分别计算了典型重力坝和拱坝的稳定温度场,并与有限元法计算结果对比,结果表明无单元法具有较好的精度.该法的计算理论和编程思路对采用无单元法研究温度场具有重要指导作用.

基于有限元法的高混凝土坝温度场反馈分析模型探讨

高混凝土坝温度应力是导致坝体上游劈头裂缝以及内部贯穿裂缝的重要原因.如何依据实测资料正确反馈分析温度场,是计算大坝真实应力状态、全面评价大坝安全可靠度首要解决的问题.探讨了基于有限元法的温度场反馈分析模型,给出了边界条件、施工参数、材料参数等的确定方法;提出了两种推算实际库水温度变化的近似方法;指出反馈模型调整的关键问题在于通水冷却、坝踵附近边界条件及基岩温度;最后通过索风营重力坝对反馈分析模型进行了应用验证.

基于Neumann展开随机有限元的混凝土重力坝结构可靠度分析

针对混凝土重力坝等大体积混凝土结构中,受原材料、混凝土拌合过程以及浇筑施工影响而产生的材料特性空间分布的随机性问题,采用平稳随机场局部平均法离散理论,推导了基于Neumann展开随机有限元的重力坝结构随机响应计算公式,提出了重力坝可靠度计算方法,并开发了相应Matlab计算程序。通过悬臂梁算例对该方法进行验证,并运用该方法研究了随机场离散单元尺寸及相关偏度对结构可靠度的影响,进而计算了典型重力坝坝踵抗拉可靠度。结果表明,相关偏度取值对大坝的可靠度影响显著,可靠度随相关偏度的减小而增大,仅将坝体弹性模量视为单一随机变量时所得可靠度较实际值低;随机场离散单元尺寸应依据相关偏度确定且不宜过大,建议取值不大于相关偏度的1/10～1/8。

基于随机有限元的重力坝时变可靠度计算分析

我国水库总量较大,病险水库较多,其运行期的溃坝与非溃坝风险分析与处置是水库运行管理的关键技术。针对病险库坝材料老化特性,提出了基于随机有限元法的重力坝可靠度计算分析方法。以HYT电站为例,对左岸非溢流坝段抗滑稳定和坝体强度可靠指标进行了计算分析;并考虑了材料参数随运行时间的变化,进而对运行期的可靠度时程变化规律进行了分析。结果显示,校核洪水位工况层面抗滑稳定可靠指标和坝顶浆砌石部分单轴拉伸准则对应的强度可靠指标小于目标可靠指标,要重点关注;且该坝段的抗滑稳定和强度可靠指标均随着运行时间的增长而有所下降。提出的方法计算效率高,能考虑众多实际影响因素,计算结果符合实际规律,在分析重力坝可靠性时合理有效。

平原地区泵闸工程温控防裂优化与反馈研究

针对平原地区泵闸混凝土施工期开裂问题,应用通水冷却等效算法,依托HTG泵站进行了温控措施优化与反馈研究.经温控方案比选说明分期通水冷却措施能有效控制最高温度及降温速率.底板防裂效果表明泵闸工程采用河水冷却,并利用回水调整水温控制降温速率,可取得良好温控防裂效果.对比底板温度场反馈计算值与实测值,说明反馈模型合理、实验数据可靠、算法可行,可用于后续工程计算.

含概率与区间混合不确定性的重力坝可靠性分析

针对重力坝可靠度分析中由于数据缺乏或监测条件限制难以得到各变量精确的概率分布的情况,提出了含概率与区间混合不确定性的结构可靠性分析方法,对于可得到精确概率分布的变量用随机变量进行考虑,对于无精确概率分布的变量用区间表示,并结合响应面法计算了广西红水河龙滩重力坝坝踵抗拉可靠度。结果表明,该方法只需少量的不确定信息就可对结构进行可靠性分析,更适合结构复杂、不确定性较高的水工建筑物结构。

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。

基于水化度的泵送混凝土温升模型及参数反演

针对泵送大体积混凝土绝热温升高、早期水化速率快的特点,结合绝热温升试验,构建了基于水化度的水化温升速率模型(简称水化度模型),采用人工蜂群算法对水化度模型、双曲线模型、单指数模型和双指数模型参数进行反演对比分析,将水化度模型应用于5组绝热温升试验结果拟合中,使用4种温升模型对上海某泵闸工程混凝土试块温度场进行了反馈仿真分析。结果表明,水化度模型仿真结果与试验结果吻合较好;水化度模型能反映不同阶段的水化热变化特性,其参数采用分阶段拟合,稳定性好,避免了一般模型参数过多时出现的过拟合问题,能为泵送混凝土结构施工期智能温控提供较准确的温度场数值模拟结果。

基于细观模型的泵送混凝土温度场演化机理研究

针对泵送混凝土绝热温升高、不同批次混凝土配合比及热学特性参数离散性大的问题,本文基于混凝土细观模型,通过物理试验及数值试验探讨了骨料形状、体积分数及骨料预冷等对泵送混凝土早期内部温度场的影响机理.砂浆绝热温升模型采用基于水化度的指数双曲线型,其相关参数依据试验值反演获得;混凝土细观模型由碎石骨料、砂浆及界面层构成,仅考虑砂浆的放热作用.结果表明:骨料形状差异对温度场影响较小;前期温升速率及最终温升值与碎石骨料投放量成反比;骨料粒径和数量影响温度场的时空分布;采取骨料预冷后混凝土前期温升速率显著减小且最终温升值显著降低.研究成果为实际工程宏观热学特性参数的快速确定以及温度场演化机理研究提供了研究工具.

高碾压混凝土坝取消骨料预冷可行性研究

高碾压混凝土坝一般采用大仓面薄层碾压,高温期预冷混凝土运输过程中冷量损失大、仓面摊铺及碾压过程中温度倒灌严重,骨料预冷效率低.提出在合理通水的前提下取消高碾压混凝土坝骨料预冷的温控理念;结合沙沱工程,从温控技术可行性及数值计算结果两方面分析论证了高碾压混凝土坝取消骨料预冷的可行性,并对取消骨料预冷条件下的温控措施提出几点建议.

陆水水利枢纽溢流坝段闸墩裂缝成因分析及加固措施

采用三维有限元法对陆水蒲圻宽缝重力坝闸墩尾墩纵缝下端出现的裂缝进行了分析计算。利用混凝土单元的开裂特性来模拟闸墩的开裂,结果表明裂缝是由温度荷载、水荷载及坝体本身自重的共同作用造成的,在现有荷载状况下,闸墩裂缝有进一步发展的趋势。因此提出了粘贴钢板的加固处理措施,结果表明能有效控制混凝土的进一步开裂;同时对钢板的布置进行了优化分析,得出加固处理优化方案。

考虑施工期至运行期全过程温度荷载作用的高碾压混凝土拱坝结构分缝研究

在碾压混凝土拱坝设计中,选择合理的分缝方案是改善坝体应力分布、保证大坝安全的关键技术问题。本文对万家口子碾压混凝土拱坝,根据碾压混凝土坝的实际成层浇筑过程和施工期的温度作用,通过三维有限元数值仿真计算,对设置8缝、10缝和不设缝情况下的坝体应力和位移分布规律进行分析和比较,并探讨了诱导缝的作用以及设置诱导缝的利弊。最后,确定了8缝方案为最优方案。计算结果表明,对坝体设置诱导缝可以有效的释放坝体应力。但坝体分缝条数不宜过多。