基于数值模型的软基水闸底板脱空反演

本研究以基于数值模型的软基水闸底板脱空反演为研究对象,旨在通过数值模拟和分析,深入探讨软基水闸底板脱空对水闸结构动力特性的影响。通过建立有限元模型和响应面模型,对不同工况下的脱空参数进行了反演,并将反演结果与实际值进行了对比。研究结果表明,基于模态参数的软基水闸底板脱空反演是合理可靠的,为水闸结构损伤诊断技术提供了理论支持。

基于GPR代理模型和GA-APSO混合优化算法的软基水闸底板脱空反演

软基水闸底板脱空是水闸在长期服役期间受水流侵蚀等环境因素影响所产生的一种危害极大且难以察觉的病害。由于其病害部位于水下,传统方法难以检测,该研究提出一种基于高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)代理模型和遗传-自适应惯性权重粒子群(genetic algorithm-adaptive particle swarm optimization,GA-APSO)混合优化算法的水闸底板脱空动力学反演方法,用于检测软基水闸底板脱空。首先,构建表征软基水闸底板脱空参数和水闸结构模态参数之间非线性关系的GPR代理模型;其次,基于GPR代理模型与水闸实测模态参数建立脱空反演的最优化数学模型,将反演问题转化为目标函数最优化求解问题;最后,为提高算法寻优计算的精度,提出一种GA-APSO混合优化算法对目标函数进行脱空反演计算,并提出一种更合理判断反演脱空区域面积和实际脱空区域面积相对误差的指标—面积不重合度。为验证所提方法性能,以一室内软基水闸物理模型为例,对两种不同脱空工况开展研究分析,结果表明,反演脱空区域面积和模型实际设置脱空区域面积的相对误差分别为8.47%和10.77%,相对误差值较小,证明所提方法能有效反演出水闸底板脱空情况,可成为软基水闸底板脱空反演检测的一种新方法。

长江口地区软基水闸异常变形原因综合分析

为分析江苏省长江口某中型水闸的异常变形原因,通过变形监测、地基承载力计算、放水试验和闸基无损探测、钻孔取芯验证等综合诊断,研究了水闸整体变形发展规律和不同运行工况下闸基土层塑性区的开展深度、闸基地层的渗漏状态与物理现状。结果表明:闸基地层透水性较大、局部止水设施失效、渗透路径缩短,导致闸基发生渗透破坏,进而使闸基出现多处不密实或欠密实区和高含水率区,闸基承载力不能满足要求,从而引起水闸发生异常变形。研究成果为类似病险水闸的安全鉴定工作提供一定的技术参考。

基于多源检测与计算方法的软基水闸安全性态分析

为分析软基水闸安全性态,采用三维激光扫描、地质雷达、钻探等多源手段对软基水闸进行多维度检测,并采用三维有限元对其结构和渗流安全进行复核。结果表明:①闸室结构未见明显不均匀沉降,两侧挡墙、闸墩和排架垂直度均在±2°以内;②水闸底板局部位置存在脱空,但规模较小;③水闸混凝土结构的耐久性以及桩基的有效性均满足设计和规范要求;④水闸渗流和结构安全均满足规范要求。

软基水闸底板脱空动力学反演模型构建与试验验证

软基水闸极易因地基不均匀沉降、渗透变形等发生底板脱空现象,传统的无损检测方法难以在水下探测底板脱空,且不具实时性,其应用还存在一定局限性。该研究基于软基水闸室内物理模型,提出了一种软基水闸底板脱空动力学反演方法。首先,基于多参数变量的底板脱空范围数学模型,改进了反映软基水闸底板脱空参数与水闸动力学参数(模态参数)之间非线性映射关系的数学代理模型;其次,以水闸多测点多阶频率和振型变化率组合作为动力学敏感特征量,建立了软基水闸底板脱空参数反演的目标函数,并基于遗传算法对目标函数进行求解。最后,建立了软基水闸室内物理模型,并在模型中设置3种不同的底板脱空工况,采用软基水闸底板脱空动力学反演方法对软基水闸底板的脱空进行反演识别与模型验证。结果表明:基于动力学参数反演识别的水闸底板脱空区域趋势和脱空面积与模型实际脱空情况吻合较好,3种工况下水闸底板脱空面积反演结果与模型实际脱空面积的相对误差分别为7.47%、6.78%、6.90%,验证了该方法的可靠性,可望为软基水闸实际工程底板脱空隐患检测提供一种新的思路。

基于模态参数及BAS-PSO优化算法的软基水闸有限元模型参数修正方法

正确合理的有限元模型对于软基水闸结构健康监测及性能评估至关重要,但水闸有限元模型参数的不确定性使得建立的水闸有限元模型难以准确地反映水闸结构真实的动力学特性,该文结合模态参数和基于天牛须搜索算法的粒子群(BAS-PSO)优化算法,提出了一种软基水闸有限元模型参数修正方法。选择对水闸模态参数影响较大的弹性模量和密度作为待修正参数,建立反映软基水闸待修正参数和模态参数之间非线性关系的基于遗传算法的支持向量回归(GA-SVR)代理模型;提出基于GA-SVR代理模型计算模态参数与水闸振动模态参数之间相对偏差最小的目标函数,构建软基水闸有限元模型参数修正的最优化数学模型;提出一种BASPSO优化算法来求解最优化数学模型,克服了局部最优和收敛速度慢的问题。通过软基水闸物理模型实例表明,修正的有限元模型计算的模态参数与水闸识别模态参数在数值上比较吻合,该文方法合理可靠且具有良好的可行性,可为软基水闸有限元模型参数修正提供一条新思路。

基于模态柔度的软基水闸底板脱空范围识别

软土地基上的水闸极易出现地基不均匀沉降、渗透变形等问题,进而诱发水闸底板脱空等灾害,现有的软基水闸底板脱空动力学诊断方法虽能识别脱空范围,但由于采用的基本模态参数(固有频率和测点振型系数)对水闸底板脱空的敏感性还需进一步提高,因此探究不同模态参数及其衍生量对水闸底板脱空的影响规律,确定更为灵敏的水闸底板脱空动力学敏感特征量具有重要意义。以对结构损伤更敏感的模态柔度作为水闸底板脱空动力学敏感特征量,建立了水闸底板脱空描述数学模型,并以各测点前两阶模态柔度变化率,改进了水闸底板脱空控制参数与模态参数(模态柔度)之间的响应面数学代理模型,将水闸有限元模型相应工况下的模态参数(模态柔度)与响应面数学模型计算模态参数(模态柔度)的相对偏差作为目标函数,将水闸底板脱空参数反演转化为目标函数的求解。以3种典型水闸底板脱空工况为例进行了验证,脱空反演结果与实际脱空范围的相对误差显著减小。模型提高了水闸底板脱空反演的精度,为软基水闸底板脱空检测和诊断提供了一种可靠的方法。

软基水闸底板脱空反演中的传感器优化布置方法

为更好地使软基水闸底板脱空检测传感器系统达到监测成本和监测性能指标之间的最佳平衡,同时为解决传统的有效独立法和损伤灵敏度法不能兼顾模态线性独立和损伤敏感性的问题,提出了一种结合有效独立法和损伤灵敏度法的多目标传感器优化布置方法。为解决模态数据冗余问题引入节点相似度函数,从动力学上探究水闸底板脱空对模态参数的影响,认为模态柔度为软基水闸底板脱空敏感特征量。以Fisher信息矩阵2-范数最大为目标,采用MAC矩阵非对角元最大值为评价指标,实现测点优化布置,并将测点优化结果应用于水闸底板脱空反演。结果表明:传感器优化布置后的水闸底板脱空参数识别值相对误差的平均值分别从28.3%、15.8%、39.3%降低至1%、1.9%、15.9%,验证了该方法的可靠性。

软基水闸底板脱空反演的响应面模型优化

为获得软基水闸底板脱空反演中的最佳响应面模型,提出了一种基于显著性检验的响应面模型优选与优化方法。基于拉丁超立方抽样(LHS)和水闸有限元模型,构建表征底板脱空参数与结构模态参数之间非线性关系的响应面模型,并对响应面模型进行F检验,优选出形式最佳的响应面模型;对形式最佳的响应面模型进行t检验,优化响应面模型的参数以获得最佳的响应面模型,再将最佳的响应面模型应用于软基水闸物理模型,对3种工况进行脱空反演。结果表明基于最佳的响应面模型反演识别的脱空与实际脱空能够较好地吻合,3种工况下的水闸底板脱空反演结果与实际脱空的面积不重合度分别为14.79%,5.46%,7.36%,基于显著性检验的响应面模型优选与优化有效地提高了软基水闸底板脱空反演精度。

围垦工程中软基水闸围堰的设计与施工

通过对浙江省数座已建、在建软基水闸围堰的调查研究,提出该类围堰设计、地基处理、施工、维护、度汛的一般原则与方法。

基于探地雷达的软基水闸闸基隐患诊断方法研究

正确认识软基水闸地基安全状况对于合理评估水闸工作性态至关重要,但闸基隐患位于结构下部,具有极强的隐蔽性而难以发现。鉴于探地雷达检测技术具有快捷、精细和无损伤等特点,已广泛应用在结构损伤领域。本文以软基水闸常见的底板脱空病害为例,借助水闸室内模型试验,将探地雷达应用于水闸底板脱空隐患诊断,对比优选了探地雷达探测的关键技术参数,分析研究了脱空区域的探地雷达图像特征;并结合工程实际,开展基于探地雷达的软基水闸闸基隐患诊断原型测试。结果表明:基于最佳参数设置的探地雷达闸基隐患检测结果合理可靠,能够较好应用于软基水闸闸基隐患诊断。

软基水闸连接空箱倾斜原因分析及对策措施

水闸是一种常见而又重要的水工建筑物。而灌注桩地基处理结合空箱结构水闸在沿海软基又具有一定的普遍性。该类型的水闸由于软基变化复杂、堤闸连接施工质量控制不到位等问题,容易产生不均匀沉降。本文主要结合工程案例对软基水闸水闸连接空箱倾斜的原因进行分析,提出合理的加固处理方法,为类似工程提供借鉴。

水泥搅拌桩在联胜新碶(软基水闸)中应用初探

出海软基水闸施工时围堰稳定与基坑支护及运行时的闸底渗漏问题是困扰出海软基水闸的一道难题。文章结合围垦工程出海软基水闸工程建设,采用搅拌桩进行基坑支护及基础加固处理围堰稳定及闸底防渗,为类似工程建设提供参考。

真空堆载联合预压法在温州市某软基水闸中的应用

滨海软基水闸地基土性质较差,多数进行桩基处理以解决地基承载力和沉降问题,以往常采用改变桩基直径、桩长和桩间距来调节复合桩基的刚度来解决上述问题。将结合工程实践,探索通过真空堆载联合预压方式改变地基土自身的物理力学性质以提高复合地基强度,减少桩基投资,节省造价。

基于GRU和MOGWO的软基水闸底板脱空动力学智能反演

软基水闸在水流侵蚀等因素作用下易发生底板脱空现象,极大地威胁水闸的安全运行.针对软基水闸底板脱空检测问题,提出一种基于门控循环单元(Gate Recurrent Unit, GRU)神经网络代理模型和多目标灰狼算法(Multi-Objective Grey Wolf Optimizer, MOGWO)的软基水闸底板脱空动力学反演方法.基于GRU神经网络构建表征软基水闸结构模态参数与脱空参数间非线性关系的数学代理模型,基于水闸结构固有频率、归一化振型建立软基水闸脱空参数反演的多目标优化函数,并采用MOGWO优化算法求解多目标优化问题的Pareto最优解.将所提方法应用于室内软基水闸物理模型两种脱空工况的反演计算.GRU神经网络代理模型精度优于多层前馈(Back Propagation, BP)神经网络代理模型及三阶多项式响应面模型,且反演脱空面积和模型实际脱空面积的相对误差分别为6.76%、5.58%,反演效果明显优于单目标反演方法.

劲性复合桩在水闸软土地基中的应用探究

水闸软土地基整体含水量较高,极易出现沉降和变形现象,而劲性复合桩的在水闸软土地基中的应用可有效提升地基强度,为其提供良好的支撑能力。本文首先说明水闸软土地基的特点,再结合实际分析劲性复合桩在水闸地基的应用优势,最后依托于某实际工程,基于施工流程,提出劲性复合桩的应用路径,以此为相关人员提供实践参考。

基于模态参数的软基退洪闸有限元分析

在开展软基水闸性能评估和结构健康监测时,其有限元模型建立的合理性及参数的不确定性影响模型结果。提出了BAS-PSO优化算法,并和模态参数相结合,对模型参数进行修正。构建了GA-SVR代理模型来表示模态参数和待修正系数之间的关系,减小模型计算量,增加了参数修正的计算准确度。结果表明给出的BAS-PSO优化算法收敛精度高、速度快,解决了BAS算法中变量相互影响的问题。通过对实际工程的计算证明修正方法科学合理,可为软基水闸有限元模型优化提供指导。

水泥土搅拌桩加固处理水闸软基的质量检测

对两座水闸闸基软土水泥土搅拌桩的施工质量采用标准贯入、钻孔取芯及芯样室内无侧限抗压强度检测 ,全面揭示了水泥土搅拌桩的桩长、水泥土状态、均匀性、无侧限抗压强度等施工质量。在剔除其他诸多方面的影响外 ,分析认为搅拌桩钻机钻头增加搅拌叶片和喷浆嘴 ,同时严格控制水灰比 。