[發明專利]一種混凝土壩損傷場演化狀態的預警方法

有效

• 申請號: 201310044199.3
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103114554A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 蘇懷智;顧沖時;王校利;楊孟;李金友;胡江;歐斌;秦鵬;傅兆慶
• 申請（專利權）人: 河海大學;南京河海科技有限公司
• 主分類號: E02B3/04
• 分類號: E02B3/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術領域

本發明涉及一種混凝土壩損傷場演化狀態的預警方法，具體涉及一種多測點測值變化分析的混凝土壩損傷場演化狀態的預警方法。

背景技術

混凝土壩是一個復雜的綜合體系，對其進行安全評價需要綜合考慮各方面的因素。損傷場預警指標可以對混凝土壩局部區域損傷狀況進行預測和警報，從而及時采取應對措施。

傳統對大壩損傷預警指標的擬定，多針對單個測點的測值序列進行分析，缺乏各個測點測值變化的關聯分析，從而難以建立多測點相關的綜合評價和預警指標。另一方面，擬定安全預警指標的方法傳統多采用置信區間法、典型小概率法等。但這些估計方法是基于歷史實測資料進行建模分析和研究的，如果大壩沒有遭遇過最不利荷載的情況，這些數據只能預測大壩已經遭遇過的效應量，則由這些數據擬定的預警指標不一定是警戒值。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種多測點測值變化分析、準確預警、減少安全事故的混凝土壩損傷場演化狀態的預警方法。

技術方案：本發明所述的一種混凝土壩損傷場演化狀態的預警方法，按如下步驟進行：

（1）構建基于熵的損傷場指示變量

選取混凝土壩的應力應變計測點，在測點上設置應變計，通過應力應變計采集應變測值，同時記錄測點的位置坐標和監測的時間，依據測點的位置坐標和應變測值，計算出壩體損傷場的總損傷度和各個測點損傷度，構建基于熵的損傷場指示變量，系統的熵定義為：H＝F(D,D_i,L,T)，式中：D為壩體損傷場的總損傷度，D_i為系統各個測點的損傷度，L為測點的位置坐標，T為監測的時間；

“熵”是一個系統的狀態函數。在損傷場發展的過程中，損傷場發展引起的正熵大于外部荷載作用引起能量集中的負熵，熵值將增大。大壩的總熵等于各部分的熵值之和。在局部損傷場的發展演化過程中，結構的自由能和熵成反比關系。即結構的自由能越小，系統的熵值就越大，結構就越穩定。因此熵作為混凝土壩損傷場指示變量能夠很好地刻畫和描述損傷場的狀態特征。

（2）計算損傷場指示變量

根據應力應變計測點的監測資料采用指數函數模型計算各測點的損傷度D_i，構建出壩體局部區域的損傷場，定義壩體損傷場的信息熵為：

式中，D_i為各測點的損傷度，i＝1,2,……n；D為各測點的損傷度D_i的加權迭加；λ_i≥0(i＝1,2，...n)表示第i個測點的損傷值在系統總損傷中所占的份額，即λ_i＝D_i/D(i＝1,2，...,n)。

局部區域的損傷集中程度越高，其對應的信息熵越小，越容易造成局部區域失穩，影響整體的正常運行。

（3）依據步（2）計算得到的損傷場指示變量時間序列，基于尖點突變模型，求解熵變指標的突變特征值

設系統的狀態由m個狀態變量x₁,x₂，...,x_m來表示，外界控制條件由r個控制變量u₁,u₂，...,u_r表征，則系統的動力學性質由下述勢函數來描述：

P(x)＝f(x₁,x₂，...,x_m,u₁,u₂，...,u_r)＝f(x,u)，u₁,u₂，...,u_r構成r維控制空間，而x₁,x₂，...,x_m,u₁,u₂，...,u_r構成m+r維相空間；

根據截斷代數可對P(x)的Taylor級數展開式f_u(x)進行k次截斷，記為忽略高次項，得到