[發明專利]一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法

在審

• 申請號: 202110066659.7
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112632838A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 吳震宇;李俊儒;陳建康;李艷玲;裴亮;張瀚;尹川
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/18
• 代理公司: 成都知棋知識產權代理事務所(普通合伙) 51325
• 代理人: 馬超前

1.一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將庫水位的實時監測值輸入建立的高心墻堆石壩有限元模型，計算壩體變形，提取壩頂沉降位移值，計算壩頂順河向沉降變形傾度γ_s，即：

式中，S_A、S_B分別為壩頂結點A和B的沉降位移，Δy為A、B兩點間的距離；

2)通過γ_s和壩頂沉降變形傾度閾值γ_c的比較，判斷壩頂變形狀態；當γ_sγ_c時，表明壩頂變形未出現異常，返回第1)步；當γ_sγ_c時，表明壩頂變形出現異常；

3)當壩頂變形處于異常狀態時，確定異常變形狀態的持續時間T_AS，計算壩頂開裂時變概率，估計開裂時間，并發出開裂預警；

①采用指數分布描述T_AS的概率分布，即：

式中，λ為指數分布的參數，λ＝E(T_AS)，即λ為T_AS的期望值。由于缺乏歷史數據，λ也是不確定的，是一個隨機變量；

②計算壩頂開裂時變概率，對式(2)進行積分，可以得到時間t～內壩頂開裂的概率為：

式中，λ是隨機變量，因此，需要根據λ的概率分布，對λ進行隨機抽樣，再計算相應的開裂概率；

③與給定概率對應的壩頂開裂時間為：

根據過去發生的壩頂開裂事件，確定其開裂時間采用式(3)計算相應的開裂概率對計算得到的進行統計分析，確定其均值及95％、5％分位值，分別代入式(4)計算當前壩頂開裂時間的均值和上下界限，并根據開裂時間的下限估計值發出開裂預警；

4)發出開裂預警后，對壩頂是否開裂進行巡視檢查，如果直到異常變形狀態結束時壩頂都未開裂，則回到第1)步；如果壩頂開裂，則確定壩頂開裂前的異常變形狀態持續時間

2.根據權利要求1所述的一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，其特征在于，建立高心墻堆石壩有限元模型為：

根據大壩結構尺寸、材料分區和壩基地質條件，建立高心墻堆石壩有限元模型，按照壩體位移測點位置，在有限元模型中布置相應結點，以方便提取有限元計算結果，用于參數反演；

進行高心墻堆石壩填筑-蓄水-運行全過程變形數值模擬；其中，自重、滲壓荷載作用下的壩體瞬時變形采用鄧肯-張EB模型計算；上游堆石體浸水后產生的濕化變形采用三參數濕化模型確定；長期運行過程中由于材料蠕變產生的隨時間增長的壩體變形采用七參數蠕變模型模擬；根據大壩填筑-蓄水-運行過程中典型部位的位移監測數據，進行壩與地基材料參數反演，使壩體位移的有限元計算值與實測值盡可能吻合，保證壩頂變形傾度計算結果的準確性。

3.根據權利要求1所述的一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，其特征在于，還包括根據實際觀測到的采用貝葉斯方法對參數λ的概率分布進行更新。

4.根據權利要求3所述的一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，其特征在于，包括：

①根據第i次壩頂開裂前的異常變形狀態持續時間構造似然函數，即：

②將構造的似然函數代入式(6)，更新λ的概率分布，即：

式中，Θ為λ的取值范圍；E_i為第i次信息；π(λ|E_i)為獲得第i次信息后更新的λ的概率分布，即后驗概率分布；π_i-1(λ)為獲得新信息前λ的概率分布，即先驗概率分布。

5.根據權利要求4所述的一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，其特征在于，當第一次更新λ的概率分布時，采用均勻分布構建先驗概率密度函數π₀(λ)，即：

式中，λ_min為λ的可能最小值；λ_max為λ的可能最大值。