混凝土壩服役性態(tài)安全監(jiān)控多尺度分析理論及其應(yīng)用

《博士后文庫》序言

序

前言

第1章 緒論 1

1.1 混凝土壩服役性態(tài)安全監(jiān)控的意義 1

1.2 本書主要內(nèi)容 2

第2章 混凝土壩服役性態(tài)多尺度數(shù)據(jù)估計模型 5

2.1 概述 5

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的奇異值診斷方法 6

2.2.1 奇異值分類及其模型描述 6

2.2.2 主元分析 7

2.2.3 奇異值診斷 11

2.2.4 奇異值校正 13

2.3 監(jiān)測效應(yīng)量的最優(yōu)估計方法 16

2.3.1 最小方差估計 16

2.3.2 極大似然估計 18

2.3.3 極大驗后估計 19

2.3.4 線性最小方差估計 19

2.3.5 最小二乘估計 21

2.4 監(jiān)測效應(yīng)量的多尺度數(shù)據(jù)估計模型 22

2.4.1 多尺度統(tǒng)計模型 22

2.4.2 多尺度數(shù)據(jù)估計模型 25

2.5 應(yīng)用實例 31

第3章 混凝土壩服役性態(tài)多尺度隨機(jī)動態(tài)分析方法 40

3.1 概述 40

3.2 混凝土壩材料特性的多尺度建模分析方法 40

3.2.1 混凝土材料特性的多尺度建?？蚣?40

3.2.2 混凝土多相細(xì)觀力學(xué)特性分析方法 42

3.2.3 混凝土細(xì)觀力學(xué)參數(shù)非均質(zhì)隨機(jī)分布模型 45

3.3 重力壩服役穩(wěn)定性的隨機(jī)動態(tài)分析模型 52

3.3.1 工程材料時變特性的隨機(jī)場分析 52

3.3.2 重力壩服役荷載和效應(yīng)的隨機(jī)處理 55

3.3.3 基于遞階對角神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)分析模型 58

3.3.4 應(yīng)用實例 64

3.4 高拱壩服役性態(tài)的等效模擬分析方法 71

3.4.1 高拱壩施工期黏彈性力學(xué)參數(shù)反演方法 71

3.4.2 高拱壩運行期極限承載能力等效分析方法 76

3.4.3 應(yīng)用實例 83

第4章 高拱壩庫盤變形的空間跨尺度正反分析方法 93

4.1 概述 93

4.2 庫盤變形影響因素分析 94

4.2.1 壩體-壩基-庫盤系統(tǒng)模擬的有限元方法 95

4.2.2 庫盤變形的影響因素 99

4.2.3 庫盤變形影響因素的權(quán)重分析方法 100

4.2.4 算例分析 102

4.3 庫盤變形變化規(guī)律分析 106

4.3.1 庫盤變形實測資料分析 107

4.3.2 庫盤變形數(shù)值模擬分析 109

4.4 庫盤變形對大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)影響分析 121

4.4.1 跨尺度模型構(gòu)建方法 121

4.4.2 小灣雙曲拱壩結(jié)構(gòu)性態(tài)模擬分析 127

4.4.3 龍羊峽重力拱壩結(jié)構(gòu)性態(tài)模擬分析 133

4.5 庫盤變形對壩體裂縫穩(wěn)定性的影響分析 136

4.5.1 薄層單元模擬方法 137

4.5.2 裂縫薄層單元等效彈性模量估算方法 139

4.5.3 應(yīng)用實例 143

第5章 拱壩裂縫損傷安全監(jiān)控分析方法 148

5.1 概述 148

5.2 高拱壩裂縫成因挖掘方法 150

5.2.1 高拱壩裂縫成因分析 150

5.2.2 基于粗集理論的高拱壩裂縫成因挖掘 153

5.2.3 應(yīng)用實例 158

5.3 高拱壩裂縫穩(wěn)定性安全監(jiān)控方法 160

5.3.1 基于斷裂力學(xué)理論的裂縫穩(wěn)定性分析 161

5.3.2 基于小波理論的裂縫穩(wěn)定性分析 164

5.3.3 基于典型小概率法的裂縫失穩(wěn)警戒指標(biāo)擬定 170

5.3.4 應(yīng)用實例 172

5.4 高拱壩裂縫損傷尺度影響的分析方法 189

5.4.1 基于彈性補(bǔ)償法的高拱壩極限承載能力分析 189

5.4.2 高拱壩裂縫損傷尺度對極限承載力的影響分析 202

第6章 壩基滲流性態(tài)的有規(guī)分形分析方法 219

6.1 概述 219

6.2 壩基斷層滲流特性分析方法 220

6.3 壩基斷層幾何形態(tài)的有規(guī)分形模擬方法 224

6.3.1 分形特性與分形維數(shù) 225

6.3.2 斷層單一表面的分形模擬 225

6.3.3 斷層的開度分布模擬 232

6.3.4 斷層的組合形貌 232

6.4 壩基斷層面滲流特性的分形數(shù)值模擬方法 233

6.4.1 斷層面滲透系數(shù)的確定方法 233

6.4.2 滲流場數(shù)值模擬方法 236

6.4.3 斷層面滲流特性數(shù)值模擬試驗 240

6.5 壩基蠕變損傷的力學(xué)特性分析 244

6.5.1 斷層帶蠕變損傷模型 245

6.5.2 壩基等效連續(xù)介質(zhì)巖體黏彈性蠕變本構(gòu)模型 256

6.5.3 斷層面剪切黏彈塑性蠕變本構(gòu)模型 258

6.6 考慮蠕變損傷的壩基滲流性態(tài)分析模型 259

6.6.1 壩基蠕變對滲流分形特性影響的數(shù)學(xué)模型 260

6.6.2 壩基蠕變與滲流耦合模型 262

6.6.3 應(yīng)用實例 268

第7章 壩基滲流性態(tài)演變和轉(zhuǎn)異監(jiān)控模型 274

7.1 壩基滲流性態(tài)演變時序模型 274

7.1.1 考慮斷層面分形特性的壩基滲透系數(shù)反演方法 274

7.1.2 壩基滲流演變規(guī)律和時序模型 283

7.2 壩基滲流安全監(jiān)控模型 286

7.2.1 壩基測壓管水位安全監(jiān)控模型 286

7.2.2 壩基滲流量安全監(jiān)控模型 298

7.3 壩基滲流監(jiān)控模型優(yōu)化方法 301

7.3.1 基于量子遺傳算法的壩基滲流混合模型優(yōu)化 302

7.3.2 基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壩基滲流監(jiān)控模型 305

7.3.3 基于最大熵的壩基滲流監(jiān)控組合模型 307

7.3.4 應(yīng)用實例 309

7.4 壩基滲流時效轉(zhuǎn)異診斷模型 313

7.4.1 突變勢函數(shù) 313

7.4.2 壩基滲流的灰色尖點突變模型 314

7.4.3 壩基滲流性態(tài)的轉(zhuǎn)異準(zhǔn)則 316

第8章 重力壩服役穩(wěn)定性可靠度安全監(jiān)控方法 317

8.1 概述 317

8.2 重力壩服役可靠度分析模式 318

8.2.1 重力壩服役穩(wěn)定性風(fēng)險因素識別 318

8.2.2 重力壩失穩(wěn)破壞模式構(gòu)成方式概化模型 322

8.2.3 基本隨機(jī)變量的隨機(jī)過程模型 323

8.2.4 考慮破壞模式相關(guān)性的串聯(lián)系統(tǒng)可靠度算法 325

8.2.5 累積破壞模式形成的并聯(lián)系統(tǒng)可靠度算法 327

8.3 重力壩服役可靠度模糊綜合評價方法 328

8.3.1 模糊綜合評判分析模型 328

8.3.2 重力壩服役可靠度計算 333

8.3.3 應(yīng)用實例 335

8.4 重力壩服役穩(wěn)定性的時空監(jiān)控方法 338

8.4.1 重力壩深層滑動失穩(wěn)分析方法 338

8.4.2 重力壩服役穩(wěn)定性時效位移突變監(jiān)控模型 345

8.4.3 應(yīng)用實例 349

第9章 混凝土壩服役性態(tài)多源信息集成融合推理方法 352

9.1 概述 352

9.2 多源信息集成融合分析模型 353

9.2.1 多源信息集成融合分析結(jié)構(gòu) 353

9.2.2 數(shù)據(jù)信息的模糊貼近度融合模型 355

9.2.3 關(guān)聯(lián)信息的相似度融合模型 357

9.2.4 特征信息的GA-BP網(wǎng)絡(luò)融合模型 360

9.2.5 決策信息的D-S證據(jù)理論融合模型 362

9.3 多源信息的相容方法集綜合評價方法 368

9.3.1 相容方法集的確定 368

9.3.2 綜合評價方法 371

9.3.3 可靠性分析 380

9.4 多源信息集成融合推理方法 382

9.4.1 黑板框架結(jié)構(gòu) 382

9.4.2 推理分析結(jié)構(gòu) 384

9.4.3 知識庫和推理過程 385

參考文獻(xiàn) 394

編后記 399 2100433B

本書針對我國已建混凝土壩的數(shù)量和總高度均居世界首位的現(xiàn)狀，圍繞混凝土壩長期運行安全這一當(dāng)前壩工技術(shù)的焦點問題，系統(tǒng)介紹了混凝土壩服役性態(tài)安全監(jiān)控多尺度分析理論，并列舉了相應(yīng)的應(yīng)用實例。全書共分9章，介紹了混凝土壩服役性態(tài)多尺度數(shù)據(jù)估計模型和隨機(jī)動態(tài)分析方法，高拱壩庫盤變形的空間跨尺度正反分析方法和裂縫損傷安全監(jiān)控分析方法，壩基滲流性態(tài)的有規(guī)分形分析方法、演變和轉(zhuǎn)異監(jiān)控模型，重力壩服役穩(wěn)定性可靠度安全監(jiān)控方法以及混凝土壩服役性態(tài)多源信息集成融合推理方法等內(nèi)容。

重點針對多因素協(xié)同作用下混凝土壩長效健康服役主題，開展荷載與環(huán)境多因素協(xié)同作用下混凝土壩材料與結(jié)構(gòu)交互演化機(jī)理研究，揭示混凝土壩長效服役性態(tài)的多因素協(xié)同驅(qū)動規(guī)律，創(chuàng)建服役機(jī)理的宏、微、細(xì)觀多尺度融合研究理論；開展影響要素－工程質(zhì)量－工程長效服役性態(tài)一體化研究，揭示工程質(zhì)量的多要素組合作用規(guī)律和工程質(zhì)量對混凝土壩服役性態(tài)的長效影響機(jī)理，提出工程質(zhì)量監(jiān)測與控制方法，構(gòu)建長效服役的基礎(chǔ)保障方法；綜合考慮確定性與不確定性因素交互影響，研究混凝土壩服役性態(tài)監(jiān)控與評估的時空四維場理論和方法，提出長效服役性態(tài)多指標(biāo)組合預(yù)警體系，構(gòu)建長效服役的預(yù)警理論與方法；基于長效服役風(fēng)險管理理念，研究混凝土壩服役模式調(diào)控與補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)方法，提出提升效果評估方法和決策優(yōu)化模型，構(gòu)建混凝土壩長效服役的提升方法。

惡劣環(huán)境中的混凝土在遭受不利荷載作用以及大壩自身材料老化等情況下，大壩會不可避免地存在某些隱患病害。

《混凝土壩變形性態(tài)監(jiān)控理論與實踐》基于混凝土壩原型監(jiān)測資料和試驗成果，綜合運用小波分析、相平面、分?jǐn)?shù)階微積分、有限元等數(shù)學(xué)理論和方法以及力學(xué)和壩工知識，系統(tǒng)地論述了混凝土壩變形性態(tài)監(jiān)控理論，并將研究成果應(yīng)用于工程實際。具體涉及混凝土壩變形性態(tài)非線性動力學(xué)分析方法、混凝土壩變形特性數(shù)值分析方法、滲流場與應(yīng)力場耦合作用下混凝土壩變形特性數(shù)值分析方法與混凝土壩變形安全監(jiān)控模型構(gòu)建方法等主要內(nèi)容。書中研究內(nèi)容為深入認(rèn)知復(fù)雜荷載作用下混凝土壩變形性態(tài)演化機(jī)理和驅(qū)動規(guī)律、混凝土壩的安全監(jiān)控和預(yù)警提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

碾壓混凝土壩施工層面是壩體性態(tài)劣化的主要部位，申請人前期研究表明，層面狀態(tài)是評判大壩安全性態(tài)的重要依據(jù)，目前有關(guān)碾壓混凝土壩服役性態(tài)演化與診斷的系統(tǒng)研究相對較少。申請人擬采用理論分析、數(shù)值仿真、模型試驗與原位觀測相結(jié)合的研究方法，研究碾壓層內(nèi)主要物理參數(shù)的漸變規(guī)律及層面與本體變形協(xié)調(diào)力學(xué)特性，建立詮釋壩體層面與本體力學(xué)性態(tài)的仿真分析模型，揭示在役碾壓混凝土壩力學(xué)行為與其依存諸因素間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；更進(jìn)一步，通過對壩體兩場耦合作用機(jī)理分析，研究并提出基于參數(shù)漸變與劣化損傷的壩體流固耦合分析模型和關(guān)鍵參數(shù)的確定方法，以期揭示碾壓混凝土壩服役性態(tài)演化規(guī)律；綜合利用現(xiàn)役大壩的多維時空信息，完善構(gòu)建碾壓混凝土壩工作性態(tài)的融合評價指標(biāo)體系，探究大壩多源信息中指標(biāo)約簡、融合權(quán)重與梯階逐層集成技術(shù)，提出融合多源時空信息的碾壓混凝土壩服役性態(tài)綜合診斷方法，從而為服役期碾壓混凝土壩的性態(tài)診斷、管理決策奠定基礎(chǔ)。