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。工程實踐表明，面板壩由于具有安全性好、適應(yīng)性強、造價低和工期短等特點而深受工程人員的喜愛。經(jīng)過多年的發(fā)展和改進，面板堆石壩的設(shè)計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行狀況來看，大多數(shù)壩的運行性狀良好，因而面板堆石壩逐漸成為了一種極富競爭力的

2、土石壩壩型。雖然面板壩設(shè)計理論口趨成熟，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，如果對面板壩的工作性態(tài)缺乏正確的認識和了解，就可能出現(xiàn)安全問題。所建面板壩工程事故原因表明，壩體變形預(yù)測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題；要更好地促進特高面板壩的發(fā)展，就必須依靠科技進步，使經(jīng)驗和判斷為主的狀況向理論和試驗方向發(fā)展，形成經(jīng)驗和理論相結(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，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算程序。我國在面板堆石壩有限元分析方面做了很多的研究工作，對高面板堆石壩一般都進行了有限元的分析計算工作。然而，有限元計算成果并未成為高面板堆石壩變形預(yù)測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)值計算應(yīng)用的“瓶頸”問題，也使得往往設(shè)計計算的結(jié)果總與實際情況有所不同。 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，通過反演正算綜合預(yù)測模型，在合理預(yù)測壩體變形和正確評價大壩安全性的平臺上，對大壩進行動態(tài)反饋設(shè)計，進一步認識高混凝土面板堆石壩的工作機理，并進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壩體變形影響程度。 (2)對反分析方法、巖土工程參數(shù)識別傳統(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)狀進行了概述，針對面板堆石壩力學(xué)參數(shù)反演的特點及難點，對當(dāng)前研究中存在的主要難點進行了分析評價，在此基礎(chǔ)上，提出了本文的

6、研究重點和研究方法。 (3)對粒子群算法的基本理論、研究現(xiàn)狀、改進策略、優(yōu)勢與不足進行概述和評價，并針對解決面板堆石壩力學(xué)參數(shù)反演多目標(biāo)優(yōu)化問題的特點及難點，提出了本文對粒子群算法的改進策略，并利用Fortran語言編制了優(yōu)化程序。 (4)根據(jù)堆石等巖土體產(chǎn)生變形的原則，對觀測資料中異常信息進行識別和處理，從而建立了合理選擇原型觀測資料、去偽留真的理論體系；在充分考慮面板堆石壩應(yīng)力變形機理的基礎(chǔ)上，對實測變形進行瞬時變形

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)個數(shù)選擇原則、正分析過程的選擇措施以及反分析過程中優(yōu)化方法的選取?？紤]正分析過程復(fù)雜性，正分析過程用神經(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，并及時修正施工方案。 (7)借鑒水布埡面板堆石壩的筑壩經(jīng)驗及反