大壩安全監(jiān)測與控制的研究工作綜述畢業(yè)論文

1、大壩安全監(jiān)測與控制的研究工作綜述大壩安全監(jiān)測與控制的研究工作綜述摘要摘要:水資源開發(fā)與利用的程度和深度正在進(jìn)一步的發(fā)展隨之而來的大壩安全問題也越來越嚴(yán)重。本文從觀測數(shù)據(jù)的誤差處理與分析、觀測資料正分析、大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)的反分析、大壩安全綜合評(píng)判與決策等方面闡述了大壩安全監(jiān)控的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展并針對未來大壩安全監(jiān)控研究的發(fā)展特點(diǎn)提出了作者相應(yīng)的建議。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:水利水電大壩安全監(jiān)測與控制發(fā)展?fàn)顩r0概述20世紀(jì)20年代以來，國際上相繼發(fā)生

2、了圣佛朗西斯（美國），1928年、馬爾巴塞（法國），1959年、瓦依昂特（意大利），1963年等跨壩事件，我國也先后發(fā)生了板橋、石漫灘1975年洪水漫頂以及溝后水庫1993年滲透破壞等跨壩事件，給相關(guān)國家?guī)砹藨K重的災(zāi)害和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，各國政府和壩工界開始對大壩安全監(jiān)測高度重視。有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析表明大壩失事或嚴(yán)重大壩事故主要表現(xiàn)為四種形式：設(shè)計(jì)洪水偏低引起漫頂?shù)刭|(zhì)勘探不充分造成失穩(wěn)和滲漏設(shè)計(jì)與施工缺陷導(dǎo)致大壩老化加速遭遇地震等特殊荷載。因

3、此必須針對不同大壩的具體情況和特點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的安全監(jiān)測項(xiàng)目對大壩變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等進(jìn)行連續(xù)而全面的監(jiān)測并對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理和分析在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大壩安全性態(tài)的綜合評(píng)判以饋控大壩的安全和運(yùn)行。大壩安全監(jiān)測與控制的研究工作可以大致分為五個(gè)方面：（1）觀測資料的誤差處理與分析（2）觀測資料的正分析（3）觀測資料與大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)的反分析（4）大壩安全綜合評(píng)判與決策。各個(gè)方面的研究相互聯(lián)系構(gòu)成了大壩安全監(jiān)控的理論框架體系。1觀測資料的誤差處理

4、與分析一般可將大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗差三類。在測量過程中應(yīng)當(dāng)剔除粗差消除或削弱系統(tǒng)誤差使觀測值中僅含隨機(jī)誤差。測量誤差分析的方法一般有測值范圍檢驗(yàn)分析法、數(shù)學(xué)模型分析法及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法等。系統(tǒng)誤差可分為定值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。定值系統(tǒng)誤差只引起隨機(jī)誤差在分布曲線位置上的平移而不改變隨機(jī)誤差的分布規(guī)律一般只能通過分析或試驗(yàn)的方法予以發(fā)現(xiàn)和消除。變值系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)、分離和消除方法與變值的規(guī)律有關(guān)常見有殘差代數(shù)和法、

5、符號(hào)檢驗(yàn)法、序差檢驗(yàn)法等。系統(tǒng)誤差一般通過數(shù)學(xué)模型結(jié)果進(jìn)行判別通常的處理方法是設(shè)法找出系統(tǒng)誤差的函數(shù)表達(dá)式然后在觀測結(jié)果中加以扣除。隨機(jī)誤差由隨機(jī)因素造成其符號(hào)和絕對值大小無規(guī)律且不可預(yù)料但隨著測次增加一般認(rèn)為隨機(jī)誤差呈正態(tài)分布具有零均值。粗差過失誤差是由某些不正常因素所造成的與事實(shí)明顯不符的一種誤差通常屬于測量錯(cuò)誤這種誤差較易發(fā)現(xiàn)應(yīng)予以剔除。目前國內(nèi)外主要采用最小二乘法對大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。自從高斯在1794年提出最小二乘法以來

6、廣大學(xué)者對測量平差理論和方法進(jìn)行了大量的研究。1947年田斯特拉提出了相關(guān)平差法把對觀測值獨(dú)立的要求推廣到隨機(jī)相關(guān)1962年邁塞爾提出秩虧自由網(wǎng)平差把測量平差中的滿秩陣推廣到奇異陣卡爾曼等提出光等采用模糊近似推論后的隸屬度作為BP網(wǎng)絡(luò)的輸出神經(jīng)元從而實(shí)現(xiàn)位移量的預(yù)報(bào)趙斌、楊杰等對Hopfield網(wǎng)絡(luò)BP網(wǎng)絡(luò)在大壩觀測資料處理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討徐平通過對大壩觀測資料作吸引子分析定量計(jì)算出建立相應(yīng)的大壩安全監(jiān)控?cái)?shù)學(xué)模型時(shí)描述大壩運(yùn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)

7、特性所需要的最小因子數(shù)。近年來國內(nèi)外學(xué)者提出了多種監(jiān)控模型對大壩安全監(jiān)測資料進(jìn)行分析如張進(jìn)平等于1991年提出大壩安全監(jiān)測的位移分布數(shù)學(xué)模型吳中如、顧沖時(shí)等通過引入空間三維坐標(biāo)提出混凝土壩空間位移場的時(shí)空分布模型將單測點(diǎn)模型拓寬至空間三維尹輝等提出一種實(shí)時(shí)引入新信息的等維新信息和等維灰數(shù)逆補(bǔ)組合的動(dòng)態(tài)預(yù)測方法何金平、李珍照等提出重力壩位移二維分布模型并把單測點(diǎn)確定性模型擴(kuò)展為空間多測點(diǎn)確定性模型。還有學(xué)者提出大壩安全監(jiān)控的位移分布模型、

8、數(shù)字濾波模型、優(yōu)化組合模型、嶺回歸與主成分回歸模型等。此外沈振中用基巖和大壩的粘彈性模型分析三峽大壩和基巖施工期的變形建立了一種特殊的施工期監(jiān)控模型。在土石壩研究方面酈能惠、蔡飛、沈珠江等基于土石壩變形與孔隙水壓力產(chǎn)生機(jī)理的分析提出了較合理的統(tǒng)計(jì)分析方法。3觀測資料與大壩結(jié)構(gòu)性態(tài)的反分析太沙基在1969年提出的觀測設(shè)計(jì)法是反分析思想的最早應(yīng)用。近年來在隧道工程中由于推行奧地利學(xué)者提出的新奧法而取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。新奧法的思想是在隧洞開

9、挖過程中通過對圍巖及支護(hù)的觀測由此反饋施工和設(shè)計(jì)大壩及其壩基的參數(shù)反演方法有兩種即常規(guī)分析法和確定性模型法。常規(guī)反演分析法的基本原理是從安全監(jiān)測資料的分析中找出真實(shí)的水壓分量然后假設(shè)初始參數(shù)用結(jié)構(gòu)分析法推求水壓分量最后根據(jù)變形與綜合彈模成反比來反演參數(shù)。確定性模型分析法則是首先假設(shè)初始參數(shù)由結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算水壓、溫度分量建立水壓分量與水頭、溫度分量與溫度梯度場的關(guān)系式然后建立確定性模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)可得水壓分量調(diào)整參數(shù)并由調(diào)整參數(shù)進(jìn)行綜合彈

10、模的反演。但確定性模型對實(shí)測資料如混凝土溫度場等要求較高許多情況難以建立確定性模型為此可采用混合模型對部分力學(xué)參數(shù)如平均彈模等進(jìn)行反演。國內(nèi)外對大壩和壩基參數(shù)的反演分析比較深入尤其對混凝土壩反分析研究較為普遍并取得了較多成果等提出有明顯物理概念的確定性模型并以此來反演壩體的彈性模量和溫度線膨脹系數(shù)陳久宇等利用離上游面不同距離的滲壓計(jì)測值并考慮上游水位的波動(dòng)來反演壩體混凝土的擴(kuò)散系數(shù)吳中如等提出利用安全監(jiān)測資料由確定性模型和統(tǒng)計(jì)模型并結(jié)合

11、有限元計(jì)算成果反演壩體混凝土的平均彈性模量和溫度線膨脹系數(shù)的方法吳中如、劉眉縣等還提出利用離下游不同深度的溫度計(jì)測值并考慮壩面粘滯層的影響來反演混凝土導(dǎo)溫系數(shù)的方法。對土石壩的反分析研究近年來國內(nèi)外最具代表性的是采用非線性彈性模型鄧肯模型或雙屈服面彈塑性模型沈珠江模型沈珠江、趙魁芝等還提出了比較簡單實(shí)用的三參數(shù)模型。近20年來對于大壩位移的反分析方法研究發(fā)展很快已從彈性問題發(fā)展到彈塑性和粘彈塑性問題的位移反分析。在彈性問題的位移反分析中

12、和提出邊界元位移反分析方法楊志法、吳凱華、等在隧洞、非圓形洞室的位移反饋分析方面提出了各自的位移反分析方法。在粘彈性參數(shù)反演方面劉懷恒和楊林德引入基于時(shí)間的等效彈性模量然后反推流變參數(shù)但這種算法只局限于簡單的線彈性材料沈家蔭、林炳仕等提出由位移觀測資料反演分析的邊界元法此外國內(nèi)外眾多學(xué)者如薛琳、等也在巖體粘彈性參數(shù)反分析方面提出一些實(shí)用的計(jì)算方法。在彈塑性問題的反分析研究方面意大利等首先利用單純形優(yōu)化方法進(jìn)行彈塑性反分析在此基礎(chǔ)上國內(nèi)外