高面板堆石壩堆石體力學(xué)參數(shù)反演及變形控制研究.pdf

1、混凝土面板堆石壩是由堆石或礫石作為壩主體起支承作用、并在其上游表面設(shè)置混凝土面板作為防滲結(jié)構(gòu)的一種堆石壩。工程實(shí)踐表明，面板壩由于具有安全性好、適應(yīng)性強(qiáng)、造價(jià)低和工期短等特點(diǎn)而深受工程人員的喜愛。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和改進(jìn)，面板堆石壩的設(shè)計(jì)和施工方法日趨成熟，在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用也日益廣泛。目前，建造的面板壩不僅數(shù)量多，而且逐漸從中低壩向高壩發(fā)展。從目前已建成的面板壩運(yùn)行狀況來(lái)看，大多數(shù)壩的運(yùn)行性狀良好，因而面板堆石壩逐漸成為了一種極富競(jìng)爭(zhēng)力的

2、土石壩壩型。雖然面板壩設(shè)計(jì)理論口趨成熟，但建造高面板壩面臨的困難和挑戰(zhàn)還是相當(dāng)巨大的，面板壩的安全性極好，但這并不意味著這種安全性極好的高壩在任何情況下都是安全的，如果對(duì)面板壩的工作性態(tài)缺乏正確的認(rèn)識(shí)和了解，就可能出現(xiàn)安全問(wèn)題。所建面板壩工程事故原因表明，壩體變形預(yù)測(cè)和變形控制是特高面板壩建設(shè)中需要特別研究的主要問(wèn)題；要更好地促進(jìn)特高面板壩的發(fā)展，就必須依靠科技進(jìn)步，使經(jīng)驗(yàn)和判斷為主的狀況向理論和試驗(yàn)方向發(fā)展，形成經(jīng)驗(yàn)和理論相結(jié)合的科技

3、路線，從而提高混凝土面板堆石壩的建壩水平。 近年來(lái)，面板堆石壩應(yīng)力應(yīng)變分析的有限元法發(fā)展很快，已有不少的平面和空間有限元計(jì)算程序。我國(guó)在面板堆石壩有限元分析方面做了很多的研究工作，對(duì)高面板堆石壩一般都進(jìn)行了有限元的分析計(jì)算工作。然而，有限元計(jì)算成果并未成為高面板堆石壩變形預(yù)測(cè)和變形控制的主要依據(jù)，原因在于“參數(shù)給不準(zhǔn)”及“模型給不準(zhǔn)”已經(jīng)成為了數(shù)值計(jì)算應(yīng)用的“瓶頸”問(wèn)題，也使得往往設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果總與實(shí)際情況有所不同。 主

4、要內(nèi)容是以大壩施工期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，以堆石體力學(xué)參數(shù)反演為研究手段，通過(guò)反演正算綜合預(yù)測(cè)模型，在合理預(yù)測(cè)壩體變形和正確評(píng)價(jià)大壩安全性的平臺(tái)上，對(duì)大壩進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)高混凝土面板堆石壩的工作機(jī)理，并進(jìn)行高面板堆石壩變形控制措施方面的探討。論文的主要研究工作與研究成果歸納如下： (1)結(jié)合水布埡高面板堆石壩施工期大壩原型觀測(cè)資料，研究了高面板堆石壩施工期應(yīng)力變形性態(tài)以及復(fù)雜加載路徑下影響高面板堆石壩施工期應(yīng)力變形

5、的主要因素，如自重作用的影響、堆石體流變特性的影響、水庫(kù)水壓力作用的影響、壩高的影響、河谷形態(tài)的影響、變形模量的影響以及應(yīng)力路徑的影響等等。研究得到了高面板堆石壩施工期壩體應(yīng)力變形的一般規(guī)律及其各影響因素對(duì)壩體變形影響程度。 (2)對(duì)反分析方法、巖土工程參數(shù)識(shí)別傳統(tǒng)反分析方法以及智能反分析方法的基本理論和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，針對(duì)面板堆石壩力學(xué)參數(shù)反演的特點(diǎn)及難點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前研究中存在的主要難點(diǎn)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上，提出了本文的

6、研究重點(diǎn)和研究方法。 (3)對(duì)粒子群算法的基本理論、研究現(xiàn)狀、改進(jìn)策略、優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行概述和評(píng)價(jià)，并針對(duì)解決面板堆石壩力學(xué)參數(shù)反演多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的特點(diǎn)及難點(diǎn)，提出了本文對(duì)粒子群算法的改進(jìn)策略，并利用Fortran語(yǔ)言編制了優(yōu)化程序。 (4)根據(jù)堆石等巖土體產(chǎn)生變形的原則，對(duì)觀測(cè)資料中異常信息進(jìn)行識(shí)別和處理，從而建立了合理選擇原型觀測(cè)資料、去偽留真的理論體系；在充分考慮面板堆石壩應(yīng)力變形機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)測(cè)變形進(jìn)行瞬時(shí)變形

7、和流變量的合理解耦。 (5)研究一套適合面板堆石壩堆石體力學(xué)參數(shù)反演的反分析方法。其中包括，反演參數(shù)個(gè)數(shù)選擇原則、正分析過(guò)程的選擇措施以及反分析過(guò)程中優(yōu)化方法的選取。考慮正分析過(guò)程復(fù)雜性，正分析過(guò)程用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬代替，優(yōu)化方法采用本文提出的改進(jìn)粒子群算法。 (6)利用本文的反演技術(shù)，采用信息化施工技術(shù)預(yù)測(cè)水布埡高面板堆石壩施工期壩體變形及面板變形情況，并及時(shí)修正施工方案。 (7)借鑒水布埡面板堆石壩的筑壩經(jīng)驗(yàn)及反