土石坝渗流性态分析的IAO-XGBoost集成学习模型与预测结果解释

针对现有土石坝渗流数值模拟方法计算效率较低、难以实时分析大坝渗流性态,而现有基于机器学习算法建立的代理模型又存在模型可解释性较差的问题,提出土石坝渗流性态分析的IAO-XGBoost集成学习模型,并基于Shapley加性解释(SHapley Additive exPlanation,SHAP)理论对预测结果进行解释。在采用多地质体自动建模方法和CFD技术对大坝渗流场进行计算分析的基础上,基于改进的天鹰(Improved Aquila Optimization,IAO)算法优化极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)集成学习算法中的n_estimators、max_depth和learning_rate等超参数,进而建立基于IAO-XGBoost集成学习算法的大坝渗流性态指标预测模型,以揭示上下游水位和坝基地层渗透系数等输入特征变量与渗流性态指标模拟值间的复杂非线性映射关系。进一步地,将IAO-XGBoost集成学习算法与可解释机器学习框架SHAP理论相结合,挖掘影响大坝渗流性态指标预测结果的关键特征,并解释特征变量对渗流性态指标预测的影响。案例研究表明,IAO-XGBoost具有较高的预测精度,相比于IAO-GBDT、IAO-RF、IAO-DT和IAO-SVR算法,其预测精度分别提高了0.52%、11.64%、37.21%和25.07%;且相比于IAO-XGBoost、IAO-GBDT和IAO-RF算法的特征重要性分析方法,SHAP理论具有更强的模型可解释性,提高了预测结果的可信度。

混凝土坝渗流性态综合评价与趋势预估模型研究

大坝渗流性态评价是一个多层次多指标相融合的系统分析问题。充分利用大坝渗流实测资料,构建人为参与少、可操作性强的大坝渗流性态评价方法,给出定性与定量相结合的评价和预估结果,一直以来是坝工领域关注的重要研究方向。借助集对分析方法和熵值理论,在对混凝土坝实测渗流性态综合评价指标体系和指标度量方法进行论述的基础上,构建了混凝土坝渗流性态的集对分析模型;研究了渗流评价指标的熵权赋值方法;通过同、异、反三方面的综合分析,实现了混凝土坝渗流性态的现状评价和发展趋势预测。对某混凝土重力坝渗流性态的分析表明,该方法可依据混凝土坝渗流性态的实测资料,将确定性和不确定性进行集成考量,能较客观地对混凝土坝渗流性态作出评价和预估。

石门拱坝坝基渗流性态分析

石门拱坝坝基渗流性态及其主要影响因素在两个不同的防渗区域存在显著差异 ,通过对渗流、坝踵裂缝等观测资料的综合分析 ,揭示了不同防渗措施对坝基渗流影响的机理 ,对石门拱坝坝基渗流安全性进行了评价 。

龙羊峡水电站坝基断层F120+A2渗流性态分析及预测研究

针对龙羊峡水电站拱坝右岸坝基超深强透水贯穿性F120+A2断层渗流问题,利用数值分析方法,研究F120+A2断层渗流特性变化规律及渗流演变过程,同时分析库水位达正常蓄水位或高水位作用时间较长时,F120+A2断层对大坝安全运行的影响。通过研究,对龙羊峡水电站坝基F120+A2断层渗流状况进行评价,预测水库在校核洪水位下,F120+A2断层渗流量不会大幅增加,暂不需对拱坝右岸坝基帷幕进行补充灌浆。

石门拱坝坝基渗流性态分析

石门拱坝坝基渗流性态及其主要影响因素在两个不同的防渗区域存在显著差异 ,通过对渗流、坝踵裂缝等观测资料的综合分析 ,揭示了不同防渗措施对坝基渗流影响的机理 ,对石门拱坝坝基渗流安全性进行了评价 。

紧水滩大坝实测渗流性态综述

紧水滩大坝已运行了17年,实测资料有效地揭示了大坝基础扬压力、排水量以及两岸坝肩地下水的分布和变化规律。分析表明,紧水滩大坝实测渗流性态正常。

耦合作用下蓄水速度对心墙坝渗流性态的影响分析

水库初次蓄水速度直接影响土石坝的渗流安全,水位上升使得坝体内应力场复杂多变,影响渗流性态,而忽略应力场影响对渗流分析易造成偏差。基于饱和-非饱和土渗流理论,在考虑初始应力场和渗流场的基础上针对蓄水速度对渗流场的影响进行数值模拟,并对比和研究了蓄水过程中考虑和不考虑应力场影响下的渗流性态。结果表明,蓄水速度较慢时,应力对各水力要素影响不明显,提高蓄水速度,心墙上游局部存在较大的水力梯度,孔隙水压力突变并集中分布,对坝体不利,考虑应力耦合影响计算结果偏于安全。因此,初次蓄水渗流分析有必要考虑应力场的影响,并严格控制初次蓄水速度。

基于蒙特卡罗模拟的混凝土坝渗流性态区间综合评价

针对混凝土坝渗流性态评价过程中专家单值打分主观性较强等问题,采用区间评分的形式,引入权重因子表征专家评价水平差异,利用区间概率分布函数描述专家意见分歧程度,提出了基于区间宽度的主观权重修正方法,在此基础上利用蒙特卡罗模拟法进行渗流性态综合评价。采用该方法对某混凝土坝7号坝段的渗流性态进行了综合评价,评价等级隶属于基本正常及以上的概率为99.9%,评价结果为基本正常,与实际运行情况相符,表明基于蒙特卡罗模拟的区间评价法应用于混凝土坝渗流性态评价是可行的,可用于不确定性高、单值赋分难度大的工程评价。

班多水电站大坝在库水位高位运行期间渗流性态分析

班多水库蓄水运行已有多年,为进一步分析班多水电站大坝渗流特性,了解大坝渗流状况,采用数据分析法从量值和规律性对各测点测值过程线进行细致分析并采用测值分布曲线、特征值统计法对渗流情况进行评价,从而分析大坝安全稳定性。同时及时发现异常或工程隐患,采取补救措施,保证大坝安全稳定运行,提高大坝的运行安全水平。

基于测压管实测水位的王甫洲水利工程复合土工膜工作性态反馈

基于王甫洲水利工程近20a的渗流监测资料,对复合土工膜的防渗工作性态进行反馈分析。首先对围堤土石坝整体渗流性态进行定性分析;然后选取典型断面建立测压管水位统计模型进行定量分析;接着采用正交设计–神经网络-数值计算相结合的方法,反演复合土工膜的渗透系数;最后对复合土工膜工作性态进行综合分析。研究表明,测压管实测水位仅在蓄水运行初期出现较大变幅,目前变化较平稳;典型GY5断面中3支测压管的实测水位和分离出的时效分量均呈逐渐减小的趋势;基于实测水位反演获得的复合土工膜渗透系数为1.11×10^(-10)cm/s;综合分析认为王甫洲水利工程复合土工膜经过约20 a的服役,防渗效果依然良好且没有明显的老化趋势。

隧道穿越段长江大堤渗流稳定性分析

某长江隧道盾构机穿越江北大堤后,堤身出现裂纹且累计沉降较大,工程采用深层搅拌桩对堤身进行加固。为了检验深层搅拌桩对长江大堤堤身加固后的渗流稳定性,采用三维饱和-非饱和渗流有限元法,根据具体的工况建立了大堤的有限元渗流分析模型,并运用该模型分析了历史最高水位条件下加固后大堤的渗流性态。计算结果表明:深层搅拌桩消减水头的作用明显,土体渗透系数越大,深层搅拌桩的阻水作用越明显;堤身与堤基的渗透坡降均小于相应土体的允许渗透坡降,加固后长江大堤的渗流性态是正常的、安全的。

基于修正证据理论的土石坝渗流警兆辨识研究

渗流破坏是土石坝失事的主要模式,及早辨识其警兆对大坝安全运行至关重要。为此,采用基于证据理论的修正信息融合方法,利用渗流实测资料,研究了土石坝渗流警兆辨识分析系统,并应用于实际工程分析中,结果表明效果较好。

蕉源水库大坝渗流监测资料分析

为有效掌握大坝渗流性态,对蕉源水库大坝渗流资料进行统计分析,采用二阶多项式分析渗流数据的相关性及采用瞬时静态测值分析坝体渗流位势的变化,表明大坝左侧及中间坝段坝体渗流性态稳定,而右坝段防渗性能不理想。分析右坝段坝体浸润线出逸点偏高的原因,并提出了相应的措施。

基于Autobank的水库大坝渗流安全评价分析

为进行水库大坝渗流安全评价,以Autobank软件为媒介,以勘察地质参数为基础数据,对南王水库进行渗流安全复核计算。通过复核结果与现场实际调查结果相比较,进而得出南王水库土石坝的渗流安全评价结论:南王水库坝体上游坝坡采用复合土工布防渗,下游坝脚设有反滤与排水棱体。上游坝坡采用复合土工布有效地减少了水库的渗漏量,坝脚设有反滤与排水棱体有效地降低了坝体浸润线,使浸润线到坝体下游部位渐趋平缓。大坝防渗设施较完善,坝脚反滤、排水棱体设施完善。经分析计算,各工况下,坝体渗透坡降均小于允许渗透,认为大坝渗流性态基本安全。

长江水库大坝渗流监测分析

渗流性态对土石坝安全运行具有重要影响,渗流量监测是大坝的主要监测项目之一。结合长江水库工程的实际情况,建立水库大坝的渗流量统计模型,分析结果表明,模型的拟合精度较高,说明所建统计模型可以用于分析水库大坝的渗流量。

上游水库土坝渗流安全评价

通过对上游水库大坝渗流原型观测资料的分析 ,并结合渗流有限元法计算结果 ,反演拟合分析当前大坝的实际渗流状态 ,以判断大坝的渗流安危程度 。

南湾水库坝基渗漏安全分析

在分析南湾工程地质条件、坝基化学溶蚀机制、地下水水位、位势、可溶性岩含量和坝基渗漏量的基础上,对坝基的安全性能进行了评价。认为目前大坝防渗效果良好,渗流量稳定,地下水中可溶性岩含量增幅不大,不致产生化学管涌破坏,坝基总体基本安全,局部坝基渗流条件有恶化的趋势。

汛期水位变化下堤坝安全稳定性及险情防治措施分析

堤身浸润线变化及堤坡稳定安全系数的研究是堤坝防汛的主要判别手段,其重点在于汛期水位骤升及高水位运行下堤坝的安全性。以二元混合堤坝为研究对象,采用有限元法分析堤坝在汛期水位变化情况下的渗流性态,进而分析总结在背水坡覆盖土层和地基透水土层坡降值大于允许破坏比降情况下出现险情时的处理措施。

鲇鱼山水库主坝坝基渗流稳定分析

1 工程概况鲇鱼山水库位于淮河支流灌河上,坝址在商城县城西5km的鲇鱼山村附近。为治理淮河的大型重点水利工程之一,控制流域面积924km^2,总库容9.16亿 m^3。水库以防洪、灌溉为主,兼顾发电、工业及生活供水等,是一座综合利用的大(Ⅱ)型水利枢纽工程。河谷内覆盖层为砂及砂卵石层,属强透水性。

龙山水库枢纽主坝渗流安全分析

1 概述1.1 工程概况龙山水库枢纽是一座以防洪、灌溉为主,城镇供水、发电、水产、航运等综合开发利用为辅的水库枢纽工程。该工程按20年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核。水库死水位50.60m,相应库容580万 m^3;正常蓄水位54.00m,相应库容2200万m^3;20年一遇洪水位56.25m,相应库容4831万 m^3;