基于变异粒子群算法的大坝土料流变参数反演——以观音岩混合坝为例

发布时间：2019-10-02 22:00

【摘要】：观音岩水电站混合坝在竣工后发生了较大的流变变形,导致土石坝坝段在蓄水一个月后出现了裂缝。为分析坝体裂缝产生的原因,采用并行变异粒子群算法,根据观音岩混合坝竣工后的坝体沉降观测数据反演了筑坝堆石料和心墙料的流变参数。进一步根据反演参数进行了坝体的三维有限元计算,分析和预测了大坝在蓄水期和运行期的变形特性。结果表明,较大的蓄水期不均匀沉降及较大的坝体流变变形是坝体产生裂缝的主要原因。
【图文】：

接头区,探坑,心墙,状态表

痈?5m，为国内最高的插入式接头［1－2］。大坝于2012年1月开始混凝土重力坝段浇筑，在2013年1月开始心墙堆石坝段填筑，2014年4月15日，心墙堆石坝填筑至坝顶。2014年10月23日，大坝正式下闸蓄水。2014年11月20日首次在坝顶接头部位心墙及其上游位置发现裂缝，此时水位已经达到接头区域的1/2高度。其后，心墙堆石坝坝顶陆续出现裂缝。直至2014年11月26日，心墙坝与混凝土坝接头区域共出现6条裂缝，最长裂缝达到25m，深5．5m，最大缝宽5cm;心墙坝坝顶上下游两侧出现4条纵向裂缝，上游侧最长裂缝达到127m，裂缝如图1，2所示。图1探坑内的接头区域裂缝位移观测数据和裂缝分布状态表明，心墙部位的

坝料,接头区,土颗粒,室内试验

人民长江2017年裂缝是由于竣工后坝壳堆石沉陷过大，导致接头部位上游坝壳呈现向库区及左岸方向的变形，从而牵引心墙产生拉张裂缝。坝壳堆石体竣工后的沉陷主要由竣工后坝体流变变形和蓄水期坝体湿化变形引起。为了进一步分析坝体的安全性，为大坝运行期的变形监测和安全控制提供依据，需要进行筑坝土石料流变参数的反演分析。图2接头区域和坝顶区域的裂缝由于室内试验中试样土颗粒的粒径与现场坝料的填筑粒径差别较大，试样本身存在尺寸效应，加之受现场施工质量的影响，导致筑坝土石料的力学参数与试验参数存在差异。因此，根据现场实测的位移反演筑坝土石料的力学参数，成为土石坝安全监测的有效手段，国内很多学者进行了这方面的研究。沈珠江院士根据实测沉降反演了鲁布革心墙堆石坝坝料的流变参数［3］。此外，还有众多反演研究的实例［4－9］，由于计算效率的限制，早期参数反演的计算规模较小，反演分析一般采用二维有限元模型［3］，或者较为简化的三维模型［5］，很难准确反映坝体应力的影响。随着计算机硬件水平的提高和智能算法的发展，神经网络开始用于替代有限元计算［4，7－8］，提高反演计算的速度。同时，遗传算法［9］、免疫算法［6］、粒子群算法等智搜索方法也用于反演分析，提高了参数反演的效率。因此，反演模型的规模逐渐扩大。但是，，神经网络替代有限元计算需要对神经网络进行充分的训练，其计算精度依赖于训练的效率，而且，其训练准确性又依赖于模型观测点的目标函数，也不能完全保证模型所有区域均能够达到测点精度。因此，本文采用并行变异粒子群算法，反演观音岩混合坝土料的流变参数，通过并行有限元计算提高反演计算速度，采用变异粒子群算法提高搜索效率。同时，?
【作者单位】：大连理工大学近海与海岸工程国家重点试验室;大连理工大学建设工程学部工程抗震研究所;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51109027,51179024,51379029) 中央高校基本科研业务费资助项目(DUT12LK11)
【分类号】：TV698

【参考文献】

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【共引文献】

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