高面板壩趾板基礎高壓灌漿技術(shù)及其智能預測與控制研究內(nèi)容介紹

本書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巖、砂質(zhì)頁巖軟弱巖體之上的寺坪水電站高面板砂礫石壩建設為工程背景，深入研究了巖溶溶蝕地層和軟弱頁巖巖體等復雜地基條件下，高面板壩趾板上高壓灌漿技術(shù)及其智能預測與控制技術(shù)。

1．4智能預測與控制在灌漿工程中的應用現(xiàn)狀　　巖土工程是一門復雜非線性系統(tǒng)科學。裂隙巖體中水泥基漿液滲流機理的高度復雜性，充分反映了巖土工程的這一質(zhì)特性。經(jīng)典的數(shù)值計算方法在裂隙巖體灌漿研究中遇到的嚴重困難，也就顯而易見，迫切需要人們另辟蹊徑，找尋有效解決這種復雜性的方法。　　近年來，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，大大開拓了巖土工程研究人員的視野，人們開始大量地將這些理論及其融合形式創(chuàng)新性地應用于解決巖土工程問題，為巖土工程理論研究帶來了根性的變革。人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機、遺傳算法等與巖石力學交叉、融合，逐漸形成了一門新的學科——智能巖石力學。大型水利工程灌漿施工中普遍采用了灌漿自動記錄和監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了灌漿過程的可視化和灌漿資料整理分析的自動化，可以實時監(jiān)測和控制灌漿過程中的主要參數(shù)（流量、壓力、水灰比、抬動變形值、錨桿應力等）。隨著灌漿工程中獲取的信息越來越多，信息結(jié)構(gòu)越來越復雜，已構(gòu)成龐大的“信息場”。大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)蘊含著灌漿系統(tǒng)動態(tài)演化的豐富信息，特別適合于應用人工智能理論對大量的灌漿監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，挖掘蘊含于其中的灌漿工程時變非線性系統(tǒng)動態(tài)演化過程的特性。智能方法的引入，必將大大改觀灌漿工程中尚主要使用簡單的統(tǒng)計分析方法進行資料分析的落后局面?！　♂槍酀{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，包括對思維身的認識上有新的改觀，以及在研究方法上不應再局限于傳統(tǒng)數(shù)學、力學等學科的交叉研究。近年來，非線性系統(tǒng)的智能預測與控制理論及應用已經(jīng)引起了人們越來越多的重視。其中典型的方法有灰色理論、模糊邏輯控制、模糊自適應控制、模糊預測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)辨識、神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制、支持向量機、遺傳算法、專家系統(tǒng)等。下面對智能預測與控制在灌漿工程中應用的可行性及應用現(xiàn)狀進行評述。　　1．4．1智能預測與控制在灌漿工程中應用的可行性　　灌漿設計中的每個環(huán)節(jié)從勘探到施工都是在大量不確定因素影響下進行的，需要設計與施工技術(shù)人員根據(jù)已有的經(jīng)驗進行判斷和決策。對于不同性質(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，取得的灌漿效果會大不相同。對灌漿工程進行有效的預測與控制，有利于優(yōu)化灌漿設計和施工 2100433B

我國西南地區(qū)正規(guī)劃建設多個300m級超高面板堆石壩，而該地區(qū)地震活動頻繁且烈度較高，一旦遭遇強震，將可能產(chǎn)生堆石體震陷、滑坡，進而導致面板破損、防滲功能喪失等嚴重災害。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水-大壩流固耦合等分析技術(shù)，建立強震作用下超高面板壩彈塑性損傷漸進破壞分析方法。研究超高面板壩面板地震響應特性及規(guī)律，揭示面板損傷開裂模式及破損機制，據(jù)此提出高韌復合面板新概念。采用室內(nèi)加載試驗，揭示高韌混凝土-普通鋼筋混凝土工作機理及破壞機制，提出高韌復合面板計算模型，優(yōu)化高韌復合面板的范圍及尺寸。研究永久水平縫對面板地震應力及其破損程度的影響，探明面板與墊層間加筋的抗錯臺作用機制。在此基礎上，提出局部采用高韌復合面板、高應力區(qū)設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策，研究其對減緩面板高應力和損傷程度的效果，闡明三者協(xié)調(diào)工作及相互作用機理。

我國西南地區(qū)正規(guī)劃建設多個300m級超高面板堆石壩，而該地區(qū)地震活動頻繁且烈度較高，一旦遭遇強震，將可能產(chǎn)生堆石體震陷、滑坡，進而導致面板破損、防滲功能喪失等嚴重災害。本項目采用三維有限元數(shù)值分析方法，對面板地震響應特性開展了系統(tǒng)研究，確定了面板高應力區(qū)范圍，指明了面板抗震薄弱部位。引入混凝土多軸強度準則，改進了面板抗震安全評價標準及評價方法。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)角度對面板動力破損形態(tài)、破損機理開展了系統(tǒng)研究。在此基礎上，引入混凝土共軸旋轉(zhuǎn)裂縫模型，對面板動力開裂、漸進破壞過程進行了模擬，闡明了面板動力開裂破壞特性。在上述研究成果基礎上，分別從結(jié)構(gòu)設計的改進和材料性能的提高兩個方面，提出了能夠大幅度提高面板抗震性能的工程對策，并利用數(shù)值分析方法定量評價了抗震措施的有效性。 本項目取得了多項創(chuàng)新性成果，發(fā)展了筑壩堆石料廣義塑性本構(gòu)模型，建立了強震作用下超高面板壩彈塑性損傷漸進破壞分析方法。揭示了高面板壩面板高應力區(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力的水平抗震縫及其設置范圍。發(fā)展了基于混凝土多軸強度準則的面板安全評價方法，從面板多軸受力特性角度闡明了面板動力破損機理，指明了單軸強度準則在判別面板安全性時的局限性。提出了一種具有動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變硬化特性、又可以模擬材料應變軟化特性的面板非線性分析方法，利用該方法定量評價了普通面板和新型面板的抗震性能。以上成果為我國300m級高面板堆石壩抗震設計提供了理論支撐。 2100433B