高面板壩趾板基礎(chǔ)高壓灌漿技術(shù)及其智能預(yù)測(cè)與控制研究

1．4智能預(yù)測(cè)與控制在灌漿工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀　　巖土工程是一門(mén)復(fù)雜非線性系統(tǒng)科學(xué)。裂隙巖體中水泥基漿液滲流機(jī)理的高度復(fù)雜性，充分反映了巖土工程的這一質(zhì)特性。經(jīng)典的數(shù)值計(jì)算方法在裂隙巖體灌漿研究中遇到的嚴(yán)重困難，也就顯而易見(jiàn)，迫切需要人們另辟蹊徑，找尋有效解決這種復(fù)雜性的方法。　　近年來(lái)，隨著人工智能理論和非線性理論的快速發(fā)展與在其他專業(yè)領(lǐng)域取得的巨大成功，大大開(kāi)拓了巖土工程研究人員的視野，人們開(kāi)始大量地將這些理論及其融合形式創(chuàng)新性地應(yīng)用于解決巖土工程問(wèn)題，為巖土工程理論研究帶來(lái)了根性的變革。人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、遺傳算法等與巖石力學(xué)交叉、融合，逐漸形成了一門(mén)新的學(xué)科——智能巖石力學(xué)。大型水利工程灌漿施工中普遍采用了灌漿自動(dòng)記錄和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了灌漿過(guò)程的可視化和灌漿資料整理分析的自動(dòng)化，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制灌漿過(guò)程中的主要參數(shù)（流量、壓力、水灰比、抬動(dòng)變形值、錨桿應(yīng)力等）。隨著灌漿工程中獲取的信息越來(lái)越多，信息結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，已構(gòu)成龐大的“信息場(chǎng)”。大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著灌漿系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化的豐富信息，特別適合于應(yīng)用人工智能理論對(duì)大量的灌漿監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘蘊(yùn)含于其中的灌漿工程時(shí)變非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化過(guò)程的特性。智能方法的引入，必將大大改觀灌漿工程中尚主要使用簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行資料分析的落后局面?！　♂槍?duì)灌漿工論研究所面臨的種種困難，要從中尋求新的突破，必須在思維方式，包括對(duì)思維身的認(rèn)識(shí)上有新的改觀，以及在研究方法上不應(yīng)再局限于傳統(tǒng)數(shù)學(xué)、力學(xué)等學(xué)科的交叉研究。近年來(lái)，非線性系統(tǒng)的智能預(yù)測(cè)與控制理論及應(yīng)用已經(jīng)引起了人們?cè)絹?lái)越多的重視。其中典型的方法有灰色理論、模糊邏輯控制、模糊自適應(yīng)控制、模糊預(yù)測(cè)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)辨識(shí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、支持向量機(jī)、遺傳算法、專家系統(tǒng)等。下面對(duì)智能預(yù)測(cè)與控制在灌漿工程中應(yīng)用的可行性及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)述?！　?．4．1智能預(yù)測(cè)與控制在灌漿工程中應(yīng)用的可行性　　灌漿設(shè)計(jì)中的每個(gè)環(huán)節(jié)從勘探到施工都是在大量不確定因素影響下進(jìn)行的，需要設(shè)計(jì)與施工技術(shù)人員根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷和決策。對(duì)于不同性質(zhì)的灌漿工程、不同的地質(zhì)條件和不同的地下水條件下的灌漿，采取不同的灌漿孔布置形式、不同的灌漿工藝和施工控制措施，取得的灌漿效果會(huì)大不相同。對(duì)灌漿工程進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)與控制，有利于優(yōu)化灌漿設(shè)計(jì)和施工 2100433B

本書(shū)以世界第一高面板堆石壩水布埡水電站大壩和全線建筑于頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖軟弱巖體之上的寺坪水電站高面板砂礫石壩建設(shè)為工程背景，深入研究了巖溶溶蝕地層和軟弱頁(yè)巖巖體等復(fù)雜地基條件下，高面板壩趾板上高壓灌漿技術(shù)及其智能預(yù)測(cè)與控制技術(shù)。

我國(guó)西南地區(qū)正規(guī)劃建設(shè)多個(gè)300m級(jí)超高面板堆石壩，而該地區(qū)地震活動(dòng)頻繁且烈度較高，一旦遭遇強(qiáng)震，將可能產(chǎn)生堆石體震陷、滑坡，進(jìn)而導(dǎo)致面板破損、防滲功能喪失等嚴(yán)重災(zāi)害。本研究擬發(fā)展筑壩堆石料廣義塑性本構(gòu)模型，集成混凝土彈塑性損傷模型及庫(kù)水-大壩流固耦合等分析技術(shù)，建立強(qiáng)震作用下超高面板壩彈塑性損傷漸進(jìn)破壞分析方法。研究超高面板壩面板地震響應(yīng)特性及規(guī)律，揭示面板損傷開(kāi)裂模式及破損機(jī)制，據(jù)此提出高韌復(fù)合面板新概念。采用室內(nèi)加載試驗(yàn)，揭示高韌混凝土-普通鋼筋混凝土工作機(jī)理及破壞機(jī)制，提出高韌復(fù)合面板計(jì)算模型，優(yōu)化高韌復(fù)合面板的范圍及尺寸。研究永久水平縫對(duì)面板地震應(yīng)力及其破損程度的影響，探明面板與墊層間加筋的抗錯(cuò)臺(tái)作用機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，提出局部采用高韌復(fù)合面板、高應(yīng)力區(qū)設(shè)置永久水平縫和面板后墊層內(nèi)加筋等多種措施的集成抗震對(duì)策，研究其對(duì)減緩面板高應(yīng)力和損傷程度的效果，闡明三者協(xié)調(diào)工作及相互作用機(jī)理。

我國(guó)西南地區(qū)正規(guī)劃建設(shè)多個(gè)300m級(jí)超高面板堆石壩，而該地區(qū)地震活動(dòng)頻繁且烈度較高，一旦遭遇強(qiáng)震，將可能產(chǎn)生堆石體震陷、滑坡，進(jìn)而導(dǎo)致面板破損、防滲功能喪失等嚴(yán)重災(zāi)害。本項(xiàng)目采用三維有限元數(shù)值分析方法，對(duì)面板地震響應(yīng)特性開(kāi)展了系統(tǒng)研究，確定了面板高應(yīng)力區(qū)范圍，指明了面板抗震薄弱部位。引入混凝土多軸強(qiáng)度準(zhǔn)則，改進(jìn)了面板抗震安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)方法。采用基于堆石體和接觸面的廣義塑性模型的彈塑性分析方法，從面板受力狀態(tài)角度對(duì)面板動(dòng)力破損形態(tài)、破損機(jī)理開(kāi)展了系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上，引入混凝土共軸旋轉(zhuǎn)裂縫模型，對(duì)面板動(dòng)力開(kāi)裂、漸進(jìn)破壞過(guò)程進(jìn)行了模擬，闡明了面板動(dòng)力開(kāi)裂破壞特性。在上述研究成果基礎(chǔ)上，分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和材料性能的提高兩個(gè)方面，提出了能夠大幅度提高面板抗震性能的工程對(duì)策，并利用數(shù)值分析方法定量評(píng)價(jià)了抗震措施的有效性。 本項(xiàng)目取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性成果，發(fā)展了筑壩堆石料廣義塑性本構(gòu)模型，建立了強(qiáng)震作用下超高面板壩彈塑性損傷漸進(jìn)破壞分析方法。揭示了高面板壩面板高應(yīng)力區(qū)分布規(guī)律，確定了面板抗震關(guān)鍵區(qū)域，首次提出了可大幅降低面板地震應(yīng)力的水平抗震縫及其設(shè)置范圍。發(fā)展了基于混凝土多軸強(qiáng)度準(zhǔn)則的面板安全評(píng)價(jià)方法，從面板多軸受力特性角度闡明了面板動(dòng)力破損機(jī)理，指明了單軸強(qiáng)度準(zhǔn)則在判別面板安全性時(shí)的局限性。提出了一種具有動(dòng)力抗裂性能的新型面板結(jié)構(gòu)形式，發(fā)展了既可以模擬材料應(yīng)變硬化特性、又可以模擬材料應(yīng)變軟化特性的面板非線性分析方法，利用該方法定量評(píng)價(jià)了普通面板和新型面板的抗震性能。以上成果為我國(guó)300m級(jí)高面板堆石壩抗震設(shè)計(jì)提供了理論支撐。 2100433B