高寒地區(qū)某碾壓混凝土重力壩運行期變形監(jiān)控指標擬定探討.pdf

1、高寒地區(qū)已建的碾壓混凝土壩，由于外界環(huán)境條件十分惡劣，大壩長效服役期的工作性態(tài)復(fù)雜，因此對高寒地區(qū)碾壓混凝土壩運行期的實測資料及時進行反饋，對實時監(jiān)控大壩運行安全狀況具有重要工程意義。由于變形監(jiān)測反映了大壩整體變形和受力性態(tài)，且監(jiān)測直觀可靠，擬定大壩變形監(jiān)控指標極具有工程意義。鑒于大壩變形監(jiān)控指標擬定-材料力學參數(shù)反演-變形統(tǒng)計模型三位一體，本文基于高寒地區(qū)某碾壓混凝土重力壩運行期變形監(jiān)測資料，首先對典型壩段建立了考慮凍脹因子的變形統(tǒng)計

2、模型，接著基于統(tǒng)計模型分離出的水壓分量對碾壓混凝土橫觀各向同性力學參數(shù)進行了反演分析，然后從變形監(jiān)測效應(yīng)量自身變化的統(tǒng)計規(guī)律角度擬定了典型壩段的變形監(jiān)控指標，最后基于統(tǒng)計模型及反演獲得的參數(shù)，從正常使用極限狀態(tài)角度擬定了大壩運行期黏彈性變形監(jiān)控指標。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）首先針對原型監(jiān)測數(shù)據(jù)存在噪聲的問題，引入改進的快速Myriad濾波方法，對大壩變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。然后對高寒地區(qū)典型壩段實測溫度和三維有限元準穩(wěn)定溫度

3、場進行了分析，由于低溫季節(jié)壩頂附近出現(xiàn)較大范圍的負溫區(qū)，由此論證了壩頂附近的變形測點考慮凍脹的必要性，并確定了合理的凍脹時段。接著依據(jù)工程類比，首次引入Heaviside階躍函數(shù)的自適應(yīng)模型，建立了高寒地區(qū)碾壓混凝土重力壩考慮凍脹因子的變形統(tǒng)計模型，完善了高寒地區(qū)考慮凍脹因子的變形統(tǒng)計模型。分離出的凍脹分量表明，壩頂凍脹變形呈現(xiàn)周期性脈沖式波動與旬滯后性的變化規(guī)律，其它測點變形呈現(xiàn)一般的變化規(guī)律。
　?。?）對比了復(fù)合材料力學模型

4、、彈性理論模型及Aboudi模型對碾壓混凝土本體、層面與橫觀各向同性體參數(shù)轉(zhuǎn)化關(guān)系的差異，認為彈性理論模型理論嚴謹，計算可靠。然后針對碾壓混凝土力學參數(shù)實際值與設(shè)計值存在差異，將碾壓混凝土作為橫觀各向同性材料，首先采用均勻設(shè)計構(gòu)造力學參數(shù)樣本，接著基于有限元法計算不同工況下的順河向位移，將有限元正分析得到的水壓分量相對值及相應(yīng)的力學參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓練樣本，建立水壓分量相對值與相應(yīng)的力學參數(shù)非線性映射關(guān)系，由統(tǒng)計模型分離的水壓分量實測

5、相對值反演獲得了碾壓混凝土壩實際力學參數(shù)樣本，然后借鑒混凝土壩強度參數(shù)標準值取值方法，首次提出以80％保證率的方式確定反演參數(shù)。分析表明，各測點實測的水壓分量相對值與反演計算值較為接近；反演得到的力學參數(shù)與設(shè)計參數(shù)間最大差異為橫向綜合彈性模量，其值約為設(shè)計值的1.12倍。
　?。?）從變形監(jiān)測效應(yīng)量自身變化的統(tǒng)計規(guī)律出發(fā)，基于投影尋蹤法建立多測點相關(guān)聯(lián)的權(quán)重位移序列，研究了最大熵法、小概率法及云模型法擬定大壩綜合變形監(jiān)控指標，彌補

6、了傳統(tǒng)單測點擬定變形指標的不足。研究表明，云模型與最大熵法均通過樣本數(shù)字特征值進行計算，不需事先檢驗樣本的概率分布，包含主觀成分少，但前者擬定的變形指標較大，后者擬定的變形指標偏小；與此同時，探討了小概率法中失效概率與云模型中較大的“弱外圍元素”對定性概念貢獻率之間聯(lián)系，認為云模型中較大的“弱外圍元素”對定性概念貢獻率與小概率法中失效概率具有相似性，可作為小概率法的失效概率確定的一種方法。
　?。?）從壩體與壩基的力學狀態(tài)角度出發(fā)

7、，首先對比了碾壓混凝土壩變形監(jiān)控指標擬定的兩大理論體系，接著結(jié)合設(shè)計規(guī)范提出正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)變形監(jiān)控指標擬定定義，然后提出了正常使用極限狀態(tài)下黏彈性變形監(jiān)控指標擬定的方法；最后結(jié)合高寒地區(qū)實際碾壓混凝土壩工程，論證了該壩處于黏彈性工作狀態(tài)，進而基于正交試驗設(shè)計了不利工況組合樣本，由統(tǒng)計模型計算溫度分量、時效分量及凍脹分量，有限元法計算水壓分量，獲得了計算樣本總效應(yīng)量，據(jù)此采用小概率法和最大熵法擬定了大壩運行期黏彈性變形