碾壓混凝土壩滲流時空多尺度演變特性及監(jiān)控方法研究結(jié)題摘要

碾壓混凝土壩在諸多的大壩建設(shè)中得到廣泛運用，由于筑壩技術(shù)的特殊性，存在大量施工層面，碾壓混凝土壩碾壓層面滲流變異引發(fā)的大壩安全隱患問題。本項目針對碾壓混凝土壩材料和結(jié)構(gòu)的特點，基于碾壓混凝土壩試驗資料、原型觀測、監(jiān)測資料，綜合應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬、工程類比等手段，對碾壓混凝土壩滲透系數(shù)的變異特性、時變特性以及滲流安全監(jiān)控模型和監(jiān)控指標等進行了較為系統(tǒng)的研究，取得了以下成果： （1）利用碾壓混凝土壩的施工壓實機理和滲透試驗成果，分析了碾壓本體和施工層面滲透系數(shù)的變異特性；對碾壓混凝土壩常規(guī)滲流分析方法進行了探討，采用層合單元和薄層單元仿真分析了壩體滲流場；據(jù)此研究并提出了碾壓混凝土壩滲流場變異特性的數(shù)值分析方法。 （2）基于碾壓混凝土壩滲流監(jiān)測資料和滲透試驗成果，研究了碾壓混凝土滲透系數(shù)隨時間的演變規(guī)律，并利用Gauss-Newton算法和隨機爬山法以及Bayes參數(shù)識別方法，反演分析了碾壓混凝土壩各部位的滲透系數(shù)，建立了碾壓混凝土壩滲透系數(shù)時空分布模型。 （3）根據(jù)碾壓混凝土壩本體和層面的滲流空間特性，研究并構(gòu)建了本體和層面水壓分量的表達式，建立了碾壓混凝土壩滲壓的確定性和隨機安全監(jiān)控模型和安全監(jiān)控指標。 （4）根據(jù)碾壓混凝土拌和物不同材料介電常數(shù)的差異性，以及介電常數(shù)與含濕率之間關(guān)系來計算拌合物含濕率，研發(fā)了一套適用于碾壓混凝土自身重特點的含濕率測試儀器，并將研究成果運用于現(xiàn)場施工，提出高寒高海拔條件下的快速控制層間質(zhì)量碾壓施工方法。 2100433B

碾壓混凝土壩建造施工技術(shù)作為近20多年來采用的新型筑壩技術(shù)，正契合了我國大規(guī)模水電工程建設(shè)的發(fā)展需求，在諸多的大壩建設(shè)中得到廣泛運用。由于筑壩技術(shù)的特殊性，存在大量施工層面，碾壓混凝土壩碾壓層面滲流變異引發(fā)的大壩安全隱患問題。本項目針對碾壓混凝土壩材料和結(jié)構(gòu)的特點，基于碾壓混凝土壩試驗資料、原型觀測、監(jiān)測資料，綜合應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬、工程類比等手段，重點針對碾壓混凝土壩滲流空間分布和時間演變規(guī)律以及滲流實時監(jiān)控模型和監(jiān)控指標兩個關(guān)鍵科學(xué)問題，提出碾壓混凝土壩滲流時空多尺度演化特性及監(jiān)控方法：研究碾壓混凝土壩本體和層面滲透系數(shù)的變異特性，揭示碾壓混凝土壩隨滲透歷時延長引起的時空演化規(guī)律，建立滲流安全監(jiān)控模型，對監(jiān)控指標進行較為系統(tǒng)的研究。預(yù)期在國內(nèi)外重要期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文5-8篇（其中SCI、EI、ISTP收錄3篇）。

碾壓混凝土壩結(jié)構(gòu)獨特、影響因素眾多，導(dǎo)致其工作性態(tài)演變過程的復(fù)雜性，目前突出碾壓混凝土壩含有施工層面的結(jié)構(gòu)特點，對其工作性態(tài)演變分析方法的系統(tǒng)研究還不夠深入。鑒于此，本項目綜合應(yīng)用試驗、理論分析、數(shù)值模擬成果，充分利用安全監(jiān)測資料，開展碾壓混凝土壩工作性態(tài)演變機理和規(guī)律研究，提出層面厚度和滲透系數(shù)等參數(shù)的確定方法，開發(fā)綜合反映碾壓混凝土壩層面影響的有限元結(jié)構(gòu)分析程序，建立滲流、變形等工作性態(tài)演變分析模型，揭示滲流、變形等工作性態(tài)演變的機理和規(guī)律，探究滲流、變形等性態(tài)變化趨勢的表征方法，以及相應(yīng)的狀態(tài)判別方法；在此基礎(chǔ)上，研究多效應(yīng)量融合的碾壓混凝土壩工作狀態(tài)變化綜合評判方法，構(gòu)建碾壓混凝土壩工作狀態(tài)變化的多層次綜合分析指標體系，提出不確定性的描述和度量方法，及不確定性因素交叉關(guān)系的處理方法，對碾壓混凝土壩工作狀態(tài)變化進行全面評判和監(jiān)控，為碾壓混凝土壩有效維護和正確調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。 2100433B

重點針對混凝土壩穩(wěn)定安全性時空多尺度分析與監(jiān)控方法主題，考慮到庫水壓力、溫度、滲流、基巖、周圍環(huán)境、施工等復(fù)雜因素以及監(jiān)測系統(tǒng)或監(jiān)測儀器出現(xiàn)各類故障等不確定因素的作用，開展復(fù)雜因素作用下混凝土壩穩(wěn)定安全性多尺度數(shù)據(jù)估計研究，提出混凝土壩穩(wěn)定安全性監(jiān)控多尺度數(shù)據(jù)估計預(yù)測方法；鑒于壩基內(nèi)多條相互切割交錯的斷層或軟弱夾層以及各滑動面的材料力學(xué)性質(zhì)及計算參數(shù)的差異性，開展復(fù)雜因素作用下混凝土壩穩(wěn)定安全性隨機動態(tài)分析模型研究，建立混凝土壩整體抗滑穩(wěn)定的時空四維轉(zhuǎn)異診斷模型及尖點失穩(wěn)判據(jù)；基于多源信息融合的思想，利用混凝土壩運行過程中各種性能參數(shù)和環(huán)境動態(tài)監(jiān)測信息，開展多因素協(xié)同作用下混凝土壩穩(wěn)定安全性監(jiān)控信息集成融合推理分析研究，構(gòu)建混凝土壩穩(wěn)定安全性多源信息實時監(jiān)控推理分析體系，研發(fā)多源信息集成融合推理分析系統(tǒng)實時監(jiān)控大壩運行，為混凝土壩健康長效服役和防災(zāi)減災(zāi)提供源頭技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

近年來，隨著我國政治、經(jīng)濟、文化與社會活動日趨活躍，大型活動已經(jīng)成為促進經(jīng)濟發(fā)展和文化交流的重要載體，對大型的群體活動的有效監(jiān)控成為城市管理必不可少的一部分。本課題利用流體動力學(xué)和因果關(guān)聯(lián)性分析的相關(guān)理論，對多源大尺度群體監(jiān)控問題進行研究，揭示多源大尺度群體事件的演化規(guī)律。提出了基于視頻結(jié)構(gòu)特性分析的時空域特征提取算法、人群行為異常感知及因果事態(tài)推演建模分析、實現(xiàn)不同尺度群體的密度、分布及運動結(jié)構(gòu)重要特征描述及異常行為的快速高效感知。課題研究期間，共發(fā)表主要期刊論文7篇，國際會議8篇（獲得1篇最佳會議論文獎），申請國家發(fā)明專利9項（已授權(quán)2項），培養(yǎng)博士研究生3人，碩士研究生4人。結(jié)合實際城市公共安全圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實戰(zhàn)應(yīng)用，在上海市公安局搭建了高清圖像監(jiān)控基于多源監(jiān)控視頻大尺度群體異常行為感知系統(tǒng)演示平臺，并設(shè)計有效的針對人群分析的半自動基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標注系統(tǒng)。本課題對提高我國群體性事件的防控能力，實現(xiàn)城市公共安全智能化、信息化管理具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。