混凝土面板堆石坝变形及监测问题研究

混凝土面板堆石坝是一种较新的坝型。在我国东北地区除了黑龙江省莲花水电站和吉林省松江河梯级水电站已采用这种坝型外，拟建设的辽宁省蒲石河抽水蓄能电站上水库亦采用这种坝型。这种坝型有很多优点，但是也会因其变形较大而引起面板开裂和坝体漏水，因此笔者认为有必要深入研究混凝土面板堆石坝的变形、及其控制、监测等问题     

西龙池下库沥青混凝土面板堆石坝的应力变形分析

西龙池抽水蓄能电站下库大坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝址地质地形条件复杂。本文采用沈珠江双屈服面模型和Burgers粘弹性模型分别模拟堆石材料和沥青混凝土材料的应力应变关系，对该坝进行二维及三维应力变形有限元分析。计算结果较合理地揭示该坝在施工和蓄水过程中的受力和变形性状。本文对面板计算参数进行了敏感性分析，重点研究覆盖层不均匀沉降对面板变形的影响，并对改善面板变形情况的工程措施进行了模拟计算和可行性分析。     

黄河公伯峡面板堆石坝三维湿化变形分析

本文以公伯峡混凝土面板堆石坝堆石料的三轴湿化试验和压缩湿化试验成果为依据，改进了沈珠江Cw-Dw湿化模型，在模型中考虑了周围压力对湿化体变的影响，在已有三维非线性应力应变分析程序TOSS3D中编制了三维湿化变形模块。在此基础上，研究了公伯峡面板堆石坝在稳定渗流和尾水位抬升条件下坝体的湿化变形，并进行了湿化模型参数的敏感性分析，研究了坝料的湿化变形对面板应力和变形的影响。     

基于时序分解与深度学习的堆石坝变形预测

堆石坝变形监测数据是一种时间序列数据,可以用时序预测模型挖掘其规律并进行预测。本文利用时序预测模型提出一种堆石坝变形预测方法,该方法首先采用时间序列分解（seasonal-trend decomposition procedure based on loess,STL）将堆石坝变形监测数据分解为趋势项、周期项和不规则波动三部分,再使用经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）对不规则波动平稳化处理,最后利用长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）预测分解后的序列,并利用贝叶斯优化方法进行超参数优化。为评估该方法的预测效果,以水布垭面板堆石坝为例,通过控制训练时长、预测时长、离群值数目等变量进行多组仿真实验,并与其他时序预测模型对比。结果表明该方法预测精度较高,适用性较广,对于堆石坝的性状评估具有一定的应用价值。     

砂砾石地基上面板堆石坝变形和应力性状分析北大核心CSCD

结合原型观测资料和数值方法分析和评价建于砂砾石地基上苗家坝面板堆石坝的变形和应力特性,进而总结砂砾石地基上面板堆石坝的行为特性并与典型大坝(修建于基岩上的面板堆石坝)结果进行对比分析。原型观测结果由大坝详细变形监测系统获得,覆盖大坝施工阶段、蓄水阶段和一年运行期。为了全面获得大坝施工期和运行期变形和应力特性,并对大坝长期变形进行预测,基于参数反演结果对大坝进行三维有限元分析。比较分析表明,大坝原型观测结果与数值计算结果吻合良好。苗家坝面板堆石坝变形和应力特性表现良好并趋于稳定。另外,对包括苗家坝在内的12个已建砂砾石地基上面板堆石坝实测变形进行了总结归纳分析并与典型大坝结果进行比较。结果表明,砂砾石地基对面板堆石坝行为特性具有显著影响,大坝沉降和面板挠度显著大于典型坝结果,且最大值位置呈现向下移动的趋势。     

张河湾水电站上水库沥青混凝土面板坝应力变形分析

张河湾抽水蓄能电站上水库为沥青混凝土面板堆石坝，本文采用邓肯E．B模型模拟堆石坝体，采用考虑流变的粘弹性模型模拟沥青混凝土面板，并考虑温度对模量的影响，进行有限元变形及应力计算分析。结果表明，由于坝高很小，而且库水压力通过坝轴线上游堆石传递至基岩，堆石体的变形较小。面板在转折部位出现拉应变，但仍在安全范围内，与瞬时变形相比，与时间相关的流变很小，可以忽略。     

砂砾石地基上面板堆石坝变形和应力性状分析

结合原型观测资料和数值方法分析和评价建于砂砾石地基上苗家坝面板堆石坝的变形和应力特性,进而总结砂砾石地基上面板堆石坝的行为特性并与典型大坝(修建于基岩上的面板堆石坝)结果进行对比分析。原型观测结果由大坝详细变形监测系统获得,覆盖大坝施工阶段、蓄水阶段和一年运行期。为了全面获得大坝施工期和运行期变形和应力特性,并对大坝长期变形进行预测,基于参数反演结果对大坝进行三维有限元分析。比较分析表明,大坝原型观测结果与数值计算结果吻合良好。苗家坝面板堆石坝变形和应力特性表现良好并趋于稳定。另外,对包括苗家坝在内的12个已建砂砾石地基上面板堆石坝实测变形进行了总结归纳分析并与典型大坝结果进行比较。结果表明,砂砾石地基对面板堆石坝行为特性具有显著影响,大坝沉降和面板挠度显著大于典型坝结果,且最大值位置呈现向下移动的趋势。     

软弱岩体对西龙池上库1#副坝应力变形的影响分析

西龙池抽水蓄能电站上库1#副坝为沥青混凝土面板堆石坝,坝址地质地形复杂,有软弱岩层出露。本文采用E-B模型和Bursers粘弹性模型分别模拟堆石材料和沥青混凝土材料的应力应变关系,对该坝进行二维及三维应力变形有限元分析,计算结果较合理地揭示该坝在施工和蓄水过程中的受力和变形性状。本文对改善面板变形的两种软弱岩体开挖处理措施的效果作出了数值模拟和合理评价,为设计提供了参考。     

堆石坝料压实监测指标影响因素及适用性分析

实时压实监测技术已成为堆石坝碾压质量控制的有效手段。但是面板堆石坝坝料种类多、不同坝料组分区别明显、施工工艺差异大，故而不同施工工艺对压实监测指标的影响，以及监测指标在不同坝料分区的适用性有待进一步研究。结合现场碾压试验，分析了碾压机行进方向、振动模式及坝料类型对压实监测指标的影响，发现碾压振动频率是其主要影响因素；同时发现包含更多碾轮加速度谐波分量的CCV指标对于不同面板堆石坝料有更好的适应性。基于上述分析，提出了耦合考虑频率的CCV指标来表征面板堆石坝不同坝料的压实质量。本文研究可为有多种坝料的面板堆石坝压实质量实时控制提供合适的监测指标。     

融合多元时空信息的Informer-AD大坝变形预测模型

针对大坝变形时间序列预测问题，考虑多测点变形相关性，建立变形量时空多维输入矩阵，提出一种基于K-means聚类融合多元时空信息的Informer-AD大坝变形预测模型。首先，采用K-means聚类对变形测点进行分区；其次，引入面板数据回归模型分析分区结果；最后，提出融合多元时空信息的Informer-AD大坝变形预测模型。利用该模型对空间特征序列进行学习，通过全连接层整合空间特征，输出预测的大坝变形值。将上述预测模型运用于CT混凝土重力坝，结果表明，本文所提出的考虑时空关联性的预测方法充分挖掘大坝变形整体性态与测点空间分布特性的关系，能够更好地捕捉变形时空特性，进而提高预测精度。     

深度学习提取时空特征的堆石坝变形预测模型

当前堆石坝变形智能预测模型较少关注多测点变形时间序列在时空特征上的不均衡性,因此限制了变形预测精度的进一步提高。为了解决该问题,本文提出了一种结合卷积神经网络、注意力机制和长短期记忆神经网络的堆石坝变形预测模型（CTSA-Conv LSTM）,该模型可以提取变形时空特征,对不同时刻和不同位置的测点赋予不同的权重系数,实现对堆石坝整体变形规律的自适应学习。以水布垭面板堆石坝为例,采用该模型和最大断面所有测点的变形监测数据,验证了模型的有效性。模型预测效果优于Holt-Winters等常规时序预测模型,预测精度也优于笔者提出的基于LSTM的变形预测模型。通过深度学习提取监测数据时空特征,进一步提高了大坝变形预测精度,为大坝安全监控模型提供了新的思路。     

基于灰色理论的高面板堆石坝沉降预测研究

基于灰色系统理论,建立了进行高面板堆石坝坝体沉降预测的GM（1,1）模型,并用该模型对公伯峡面板坝的坝体沉降进行了灰色预测,结果表明,运用该模型对高面板堆石坝的坝体沉降进行预测是可行的,预测结果也是较为合理的     

基于实测资料的公伯峡大坝面板变形及应力分析

结合公伯峡面板堆石坝坝体沉降变形、面板挠度和钢筋应力的实测资料,分析了坝体沉降变形规律以及面板挠度和钢筋应力的时间、空间变化规律;针对混凝土面板的各种观测方法布置的测点,进行了物理成因解析及年变幅分析。分析成果表明,不同观测方法得出的观测成果具有一致性,反映了大坝混凝土面板的变形和应力规律,时效因素对坝体和面板的稳定性有一定的影响,应加强观测和分析。     

混凝土面板堆石坝的堆石本构模型与应力变形分析

本文用三维非线性有限元详细分析了混凝土面板堆石坝的应力变形特性。着重研究了堆石体的本构关系,用修正邓肯E—v模型、邓肯E—B模型、内勒K—G模型作了应力、变形分析,得到坝体变形、周边接缝和竖向伸缩接缝变形、面板变形和应力等成果,与已建成面板堆石坝的观测资料作比较,认为邓肯E—B模型、内勒K—G模型计算成果与观测资料的规律相一致,而修正邓肯E—v模型计算得到蓄水后面板的挠度偏小,拉应力偏大。这种模型对混凝土面板堆石坝的有限元分析不适用。     

水布垭超高混凝土面板堆石坝的运行性状

已建的清江水布垭面板堆石坝高达233m,是目前世界上最高的混凝土面板堆石坝.对堆石体采用"南水"双屈服面弹塑性模型,采用实际的坝料分区与填筑过程,根据施工期的坝体沉降曲线,对坝体填料的参数进行了反分析.在此基础上对大坝的应力与变形特性进行三维弹塑性数值仿真分析,模拟面板堆石坝的实际填筑过程和蓄水过程,对大坝的运行性状进行研究.研究结果表明:对于233m的超高混凝土面板堆石坝,正常运行期,坝体变形较大,不考虑堆石体流变时.坝体最大沉降为2.29m,最大水平向位移为58.5cm.面板最大挠度为72.9cm,顺坡向位移最大为6.4cm,顺坡向出现拉应力,最大值超过4.0MPa.面板竖缝的变形不超过10mm,周边缝的三向变形不超过20mm,均在止水结构可承受的范围内.     

接触面弹塑性损伤模型在面板堆石坝应力变形分析中的应用

本文建立粗粒土与结构接触面弹塑性损伤模型及其数值格式，可以较好地描述垫层料等粗粒土与结构接触面的静动力学特性；编制程序，模拟接触面试验结果，采用不同接触面模型及参数对某高面板堆石坝的应力变形进行三维有限元分析。面板与垫层料接触面的本构模型及参数对面板应力变形影响很大，接触面弹塑性损伤模型及其数值格式适用于面板堆石坝的应力变形分析，不仅能够较为合理全面地描述土与结构接触面的体应力应变关系、剪应力应变关系及其耦合力学特性，而且还能模拟混凝土面板和垫层土接触面之间的滑移和脱开的不连续性。     

混凝土坝变形的长期预测模型与应用

变形预测对混凝土坝的安全运行和风险管控意义重大,针对现有方法难以实现长期精准预测并且建模困难等问题,采用多元回归（MR）模型将变形序列分解为水压、温度、时效和余项分量,引入季节差分自回归移动平均（SARIMA）模型对余项中的非稳定不规则信号进行信息挖掘,以此建立混凝土坝变形的长期预测模型。实例分析表明,该模型相对简单易行,具有较好的精度和稳定性,在具备长期观测资料且观测精度较高的具有周期性和趋势性的混凝土大坝变形的长期预测中具有一定的工程应用价值。     

考虑温度变化和长期变形的面板堆石坝模拟

面板裂缝是影响混凝土面板堆石坝安全和性能的关键因素之一。本文基于ABAQUS软件,开展了堆石体长期变形与混凝土水化热、时空不均匀分布温度场边界施加等二次开发,以老挝某混凝土面板堆石坝为研究对象,研究了堆石体长期变形、混凝土水化热、环境温度变化的联合作用机制。分析了堆石体长期变形量值、面板浇筑时间过程、环境温度数值和分布模式等对面板应力变形的影响,揭示了混凝土浇筑后早期水化热温升和环境温度影响导致面板表面较大顺坡向拉应力是面板大量早期水平裂缝的主要原因;同时也发现,即使对于浇筑后较长时间,考虑温度变化情况下计算出的面板拉应力也高于不考虑温度变化情况。计算分析可为面板浇筑时机选择,面板温度裂缝、变形裂缝分类防控等提供技术依据。     

基于强度折减法的高土石坝三维抗震稳定分析

在边坡稳定性分析中,虽然极限平衡法因为简单易行而广泛使用,但在处理三维稳定问题时还面临很多困难,而有限元强度折减法处理三维问题要方便得多。本文以应用广泛的岩土工程三维数值模拟工具———FLAC3 D为计算平台,以混凝土面板堆石坝和黏土心墙堆石坝两种坝型为研究对象,在强度折减法基础上采用拟静力方法研究高土石坝坝坡在不同坝高、坝坡坡度、地震烈度以及岸坡坡度条件下的稳定安全系数以及最危险滑裂面的位置和形状。计算结果表明,随着坝高的增加、坝坡的变陡、地震烈度的提高以及岸坡坡度的变缓,坝坡的稳定安全系数均降低。安全系数与坝坡坡比近似呈线性关系,与坝高、地震烈度、岸坡坡度等因素呈非线性特性。基于计算结果,文中给出了安全系数与影响因素之间的经验拟合公式。同时发现,地震烈度和岸坡坡度对面板堆石坝的滑裂面位置和形状有较大影响,而地震烈度对心墙堆石坝滑裂面形状和位置的影响较小。     

《混凝土面板堆石坝设计导则》简介

在《碾压式土石坝设计规范》(SDJ218—84)的条文中包括了混凝土面板堆石坝设计部分,将其归在人工防渗材料坝坝型类,并称为钢筋混凝土面板坝。但是近年来国内外修建的混凝土面板堆石坝日益增多,尤其是80年代以来,更取得了迅速发展,坝高也从一百米级向二百米级前进,为了满足该坝型发展的需要,也使其设计工作有所遵循,有必要编制专门的规范,