[發(fā)明專利]一種高心墻堆石壩變形參數(shù)反演方法

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• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111210519A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭琴琴;陳建康;吳震宇;裴亮;李艷玲;張瀚
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 崔翠翠

本發(fā)明公開了一種高心墻堆石壩變形參數(shù)反演方法，涉及高心墻堆石壩監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。選取合適的反演時段，采用了響應(yīng)面法構(gòu)建了目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，引入模擬退火算法來對目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，能夠用于高心墻堆石壩變形參數(shù)反演分析模擬，為更加準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)值模擬提供技術(shù)支撐。解決了傳統(tǒng)高心墻堆石壩變形參數(shù)反演分析方法中的兩點(diǎn)弊端：一是大量的有限元計(jì)算造成的反演效率低的問題；二是反演分析有限元計(jì)算中，未計(jì)算蠕變變形，把瞬時變形當(dāng)成總變形與監(jiān)測值作比較進(jìn)行反演參數(shù)優(yōu)化，從而導(dǎo)致反演得到的瞬時變形參數(shù)偏大的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高心墻堆石壩監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高心墻堆石壩變形參數(shù)反演方法。

背景技術(shù)

堆石壩是用塊石、砂礫石等作為主體材料，經(jīng)拋填或碾壓而成的土石壩。壩體由作為支承的堆石和防滲體及他們之間的過渡層、反濾層組成。土質(zhì)心墻可以與壩基內(nèi)垂直和水平防滲體系相連接，因此，由土質(zhì)心墻作防滲體的堆石壩，可以在深厚覆蓋層上修建，是高、中壩常用的壩型。

在我國西部水電開發(fā)中，在建和已建的很多高心墻堆石壩所處的地形、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，壩體與地基載荷大、應(yīng)力水平高，大壩與基礎(chǔ)變形機(jī)理復(fù)雜，壩體開裂風(fēng)險高，調(diào)控難度大。對于正在運(yùn)行的心墻堆石壩，由于壩體和壩基材料的蠕變特性，大壩的變形往往歷時多年才會達(dá)到穩(wěn)定。實(shí)際工程中雖然布置了變形監(jiān)測點(diǎn)，能夠真實(shí)反映大壩的變形特性，然而監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量有限，只能捕捉到大壩局部變形特征。因此如何全面反映大壩整體變形特性，并準(zhǔn)確地預(yù)測大壩變形發(fā)展，從而提前做好變形調(diào)控措施至關(guān)重要，一般采用數(shù)值模擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這個目的。

數(shù)值模擬是依靠電子計(jì)算機(jī)，結(jié)合有限元軟件，通過數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，實(shí)現(xiàn)對工程問題進(jìn)行研究的一種方法。在此項(xiàng)目中，通過數(shù)值模擬技術(shù)可以全面反映大壩整體變形特性，并預(yù)測大壩變形發(fā)展規(guī)律，從而更好地調(diào)控大壩運(yùn)行。然而在數(shù)值模擬過程中，選取的高心墻堆石壩數(shù)值模擬參數(shù)是否合適直接關(guān)系到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，而這些參數(shù)一般是通過室內(nèi)試驗(yàn)或者工程類比的方法獲得，室內(nèi)試驗(yàn)由于尺寸效應(yīng)以及樣本與現(xiàn)場壩體的真實(shí)受力狀態(tài)差別較大，并不能代表壩體結(jié)構(gòu)的真實(shí)參數(shù)。因此，通過反演分析技術(shù)獲得壩體結(jié)構(gòu)的真實(shí)參數(shù)是一種有效途徑。

目前，高心墻堆石壩變形參數(shù)的主要反演分析方法是以試驗(yàn)參數(shù)或類比值為基準(zhǔn)值，在變形參數(shù)范圍內(nèi)改變參數(shù)取值，然后代入有限元計(jì)算，并將計(jì)算得到的結(jié)果與監(jiān)測值作比較，計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測值越接近，取的參數(shù)越接近真實(shí)參數(shù)，也就是反演參數(shù)值。每取一組參數(shù)，就要進(jìn)行一次高心墻堆石壩變形有限元計(jì)算，因此，該方法需要大量的有限元計(jì)算，效率較低。另外，根據(jù)高心墻堆石壩的運(yùn)行特點(diǎn)，壩體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的總變形是瞬時變形和蠕變變形疊加的結(jié)果，而目前反演分析有限元計(jì)算中，往往只計(jì)算瞬時變形，把瞬時變形當(dāng)成總變形與監(jiān)測值作比較進(jìn)行反演參數(shù)優(yōu)化，從而導(dǎo)致反演得到的瞬時變形參數(shù)偏大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供了一種高心墻堆石壩變形參數(shù)反演方法，解決了傳統(tǒng)高心墻堆石壩變形參數(shù)反演分析方法中的兩點(diǎn)弊端：一是大量的有限元計(jì)算造成的反演效率低的問題；二是反演分析有限元計(jì)算中，未計(jì)算蠕變變形，把瞬時變形當(dāng)成總變形與監(jiān)測值作比較進(jìn)行反演參數(shù)優(yōu)化，從而導(dǎo)致反演得到的瞬時變形參數(shù)偏大的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高心墻堆石壩變形參數(shù)反演方法，包括以下步驟：

S1：結(jié)合心墻堆石壩的地質(zhì)剖面圖和變形監(jiān)測布置圖，建立心墻堆石壩三維有限元模型，并根據(jù)沉降儀埋設(shè)位置，在有限元模型中相應(yīng)位置布置節(jié)點(diǎn)；

S2：進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，即從若干材料力學(xué)參數(shù)中選取對變形敏感的參數(shù)，即得到待反演參數(shù)；

S3：運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)待反演參數(shù)樣本；

S4：將步驟S3中得到的待反演參數(shù)樣本輸入步驟S1中建立的三維有限元模型中，進(jìn)行有限元計(jì)算，得到變形值樣本；