[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

本發明提出了一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，通過建立高心墻堆石壩有限元模型，進行大壩填筑?蓄水?運行全過程變形數值模擬，根據大壩典型部位的位移監測數據，進行壩與地基材料參數反演；采用通過參數反演率定的大壩有限元模型，將庫水位的實時監測值輸入模型，計算壩頂順河向沉降變形傾度，判斷壩頂變形是否出現異常；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，計算壩頂開裂時變概率，估計開裂時間，并發出開裂預警。壩頂開裂后，采用貝葉斯方法對壩頂開裂概率和開裂時間計算公式中參數的概率分布進行更新。解決了確定性方法不能定量評價壩頂開裂風險和提前預估壩頂開裂時間的問題。

技術領域

本發明屬于水利水電工程技術領域，具體涉及一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法。

背景技術

由于具有良好的地形地質條件適應性、能充分利用當地建筑材料、建設成本相對較低、抗震性能好等優點，高心墻堆石壩是我國西部高壩大庫水電工程最常用的攔河壩型之一。這些高壩在運行過程中如果出現嚴重結構故障，可能導致潰壩事件，造成下游地區淹沒和次生災害，嚴重威脅人民群眾生命財產安全。所以，高壩工程在長期服役期間的結構安全風險日益受到國家和社會關注。由于自重、滲壓等荷載巨大，壩體變形不協調等原因，壩頂開裂是高心墻堆石壩在施工和運行過程中常見的結構故障之一，如糯扎渡(261.5m)、長河壩(240m)、瀑布溝(186m)、小浪底(154m)等。壩頂開裂影響高心墻堆石壩結構整體性，如果不及時進行封閉等處理，可能造成大壩防滲心墻破壞、壩體滑坡等嚴重后果，導致潰壩。因此，研究壩頂開裂風險評估及預警方法，對于高心墻堆石壩壩頂開裂提前預警和主動調控具有十分重要的意義。

目前高心墻堆石壩壩頂開裂風險評估以確定性方法為主，即利用變形監測數據或數值模擬計算壩頂變形傾度，再與給定的閾值進行比較，當變形傾度超過閾值時，認為壩頂存在開裂風險。確定性方法只能定性評價壩頂開裂風險，無法量化風險大小(如開裂概率)。此外，確定性方法無法預估壩頂可能開裂的時間。壩頂裂縫的出現與大壩變形狀態，尤其是壩頂不均勻變形有關。不均勻變形程度可以用變形傾度指標進行量化。當壩頂變形傾度超過某一閾值時，表明壩頂變形處于異常狀態，但并不意味壩頂會立即開裂。壩頂開裂風險與異常變形狀態(如變形傾度超過閾值)持續時間TAS密切相關，隨TAS增大而增大。由于復雜的物理機制和隨機因素，壩頂開裂前異常狀態持續時間TAS具有很大的不確定性，是一個隨機變量。當確定TAS的概率密度函數后，通過積分即可計算壩頂在未來一段時間內的開裂概率，同時可以估計給定概率對應的開裂時間。根據上述壩頂開裂風險分析原理，本發明提出了一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，解決了壩頂開裂風險定量評價和壩頂開裂風險提前預警的問題。

發明內容

本發明提出了一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，該方法根據壩頂開裂風險與異常變形狀態(如變形傾度超過閾值)持續時間T_AS的密切相關性(開裂風險隨T_AS增大而增大)，建立壩頂開裂風險動態評估與預測預警模型，并基于貝葉斯理論，實現了信息驅動的模型參數動態辨識，解決了壩頂開裂風險定量評價和壩頂開裂時間提前預估問題。

本發明具體通過以下技術方案實現：

一種高心墻堆石壩壩頂開裂風險動態評估及預警方法，包括以下步驟：

1)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；

為保證壩頂部位變形計算結果的精度，壩頂附近區域的有限元網格劃分應足夠精細(建議單元邊長不超過0.5m)。

2)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。