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基于CNN-Attention-LSTM的大坝变形预测模型

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：施彦彤郑东健赵汉周新新河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室河海大学水利水电学院

【目的】预测大坝变形以规避风险是大坝变形监测的重点，一个可靠的预测模型可以洞察大坝未来变形趋势。为了更好地预测大坝的变形，提高预测精度和计算效率，【方法】本文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)、注意力机制(Attention)和长... 详细信息

【目的】预测大坝变形以规避风险是大坝变形监测的重点，一个可靠的预测模型可以洞察大坝未来变形趋势。为了更好地预测大坝的变形，提高预测精度和计算效率，【方法】本文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)、注意力机制(Attention)和长短时记忆网络(LSTM)的大坝监测模型。CNN从监测数据中提取特征，LSTM更好地从时间序列数据中学习，并在此CNN-LSTM模型的基础上，耦合深度学习算法Attention机制，突出特征对输入效果的影响，在不影响模型精度的前提下提高计算速度，进一步提高模型预测精度与稳定性。通过工程实例分析，【结果】本文所提模型能够精确预测大坝变形，在各点位测试集上平均R2、MAE、RMSE、MSE和MAPE分别为0.989、0.337mm、0.469mm、0.252mm 和13.918%，【结论】结果表明：所建模型具有较好的变形预测能力和适用性，相较于CNN、LSTM、CNN-LSTM、Attention-LSTM模型该模型具有较好的MAE、RMSE、MSE、MAPE和R2等指标，并提高了计算效率，更适合大坝变形的预测。

关键词：变形预测卷积神经网络长短时记忆网络注意力机制

大西沟水库粘土心墙过渡性粘土的湿化变形试验研究

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水电能源科学 2024年第2期42卷 85-88,42页

作者：伍震尧郑东健米占宽井沛然王昭升南京水利科学研究院江苏南京210029 河海大学水利水电学院江苏南京210098 武汉大学水利水电学院湖北武汉430072

土石筑坝材料在库水位快速变化时往往会由于材料湿化产生附加应变,从而影响土石坝的变形及应力应变状态。现状研究集中于粗粒料,对粘土类材料湿化变形的研究很少。为此,结合大西沟水库大坝心墙过渡性粘土,采用“单线法”开展了湿化变形... 详细信息

土石筑坝材料在库水位快速变化时往往会由于材料湿化产生附加应变,从而影响土石坝的变形及应力应变状态。现状研究集中于粗粒料,对粘土类材料湿化变形的研究很少。为此,结合大西沟水库大坝心墙过渡性粘土,采用“单线法”开展了湿化变形试验。结果表明,粘土材料的湿化变形小于粗粒料,应力水平高时差距更为明显;湿化轴向应变和剪应变关系与粗粒料变化规律相似;粘土的湿化轴向应变和体积应变总体呈线性关系。现有的粗粒料湿化变形经验模型不太适用于反映粘土的湿化剪应变,为此提出了一个综合考虑参数数量和准确度的粘土湿化经验模型以精确描述粘土材料的湿化变形。

关键词：土石坝粘土湿化湿化试验单线法湿化经验模型

基于Kalman-BP的高边坡表面变形预测研究与应用

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大坝与安全 2024年第2期 21-28页

作者：钱程杨磊刘钊涵郑东健兰云翔中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 河海大学江苏南京210024

施工期中,泵站高边坡内部受力复杂,造成的表面变形可能导致滑坡坍塌等危及现场的安全作业事故,因此表面变形趋势预测具有实际工程意义。笔者选取4个现场监测的特征量——温度、锚杆应力、孔隙水压力和土压力作为模型的输入层,经过Kalma... 详细信息

施工期中,泵站高边坡内部受力复杂,造成的表面变形可能导致滑坡坍塌等危及现场的安全作业事故,因此表面变形趋势预测具有实际工程意义。笔者选取4个现场监测的特征量——温度、锚杆应力、孔隙水压力和土压力作为模型的输入层,经过Kalman滤波对现场监测特征量的白噪音进行剔除,再进入BP神经网络进行训练,融合模型既能克服Kalman滤波的离散性现象,又提高了BP模型的泛化能力和收敛速度。将模型应用到重庆某泵站高边坡监测项目进行分析验证,结果表明:与传统BP神经网络相比,Kalman-BP神经网络针对H、Y、X三个方向累计变形量的训练迭代步数分别从1 086步减少至1 047步、1 090步减少至1 050步及1 080步减少至1 044步,预测H、Y、X三个方向累计变形量的均方根误差分别从0.974减小至0.684、1.037减少至0.564、0.982减少至0.526,模型的预测能力得到了提高,为高边坡安全作业提供了有效保障。

关键词： Kalman-BP 高边坡表面变形预测

拱坝振动台动力破坏模型试验及其结构动力特性

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南水北调与水利科技（中英文） 2024年第1期22卷 175-185页

作者：仇建春龙长林郑东健吴昊丁跃张海龙徐鹏程陈星巧袁聪扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225100 河海大学水利水电学院南京210098 河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心南京210098 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 江苏省水利建设工程有限公司江苏扬州225002 江苏省淮沭新河管理处江苏淮安223001 中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心湖北宜昌443134

研究拱坝结构抗震性能及破坏形态的重要手段为拱坝振动台动力模型试验,试验配制一种以重晶砂、重晶石粉和水泥为主要成分的模型材料,结合选用的振动台所具备的条件及模型材料的力学性能,设计拱坝振动台试验模型,并测试和获取其在不同地... 详细信息

研究拱坝结构抗震性能及破坏形态的重要手段为拱坝振动台动力模型试验,试验配制一种以重晶砂、重晶石粉和水泥为主要成分的模型材料,结合选用的振动台所具备的条件及模型材料的力学性能,设计拱坝振动台试验模型,并测试和获取其在不同地震荷载下的动力响应。选择某一工况进行分析,该工况下结构开始出现明显裂缝损伤并逐渐发展。通过分析该工况下结构动应变响应,分析其损伤出现的时间,由此将该工况分为4个时段。通过计算分析不同时段多个加速度响应测点的加速度放大系数,并引入模态参数辨识的数值子空间辨识算法和ARX模型辨识法,计算不同时段+拱坝模型的自振频率和阻尼比,并将其与损伤发展情况相对比,以分析拱坝模型损伤发展情况及其结构动力特性。研究结果可为拱坝振动台试验制作和结果分析提供价值性参考,并可为拱坝结构动力特性参数识别和损伤诊断方法提供验证素材。

关键词：拱坝振动台动力响应频率阻尼比

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水工建筑物安全监测布置优化方法研究

水力发电学报 2012年第5期31卷 236-240页

作者：郑东健远近河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 中国长江电力股份有限公司北京100140

如何用最少的测点反映水工建筑物的工作性态,是水工建筑物安全监测设计研究的难点。本文以水工建筑物有限元计算成果为依据,形成水工建筑物安全监测量的空间分布样本,通过聚类和主成分析,提取样本空间分布特征并对数据样本进行空间分块... 详细信息

如何用最少的测点反映水工建筑物的工作性态,是水工建筑物安全监测设计研究的难点。本文以水工建筑物有限元计算成果为依据,形成水工建筑物安全监测量的空间分布样本,通过聚类和主成分析,提取样本空间分布特征并对数据样本进行空间分块,由此提出水工建筑物安全监测布置的优化方法,并应用B样条曲面建模误差理论,对水工建筑物安全监测布置的结果进行评价。实例分析表明,该方法切实可行,为水工建筑物安全监测布置优化提供新思路。

关键词：水工结构测点布置优化曲面建模安全监测

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基于突变理论的高拱坝失稳判据研究

岩土工程学报 2011年第1期33卷 23-27页

作者：郑东健雷霆河海大学水利水电工程学院江苏南京210098

高拱坝的整体安全主要取决于拱坝支撑岩体的稳定。由于高拱坝稳定分析的复杂性,其失稳判据至今没有统一的认识。首先讨论了拱坝整体稳定有限元分析失稳判据的基本原理,分析了失稳考察量尖点突变模型的建立方法,随后结合具体工程实例,分... 详细信息

高拱坝的整体安全主要取决于拱坝支撑岩体的稳定。由于高拱坝稳定分析的复杂性,其失稳判据至今没有统一的认识。首先讨论了拱坝整体稳定有限元分析失稳判据的基本原理,分析了失稳考察量尖点突变模型的建立方法,随后结合具体工程实例,分析比较了塑性区贯通、位移突变和塑性区总应变能突变判据的优势和不足。实例表明:位移突变判据与敏感测点的选择关系密切,测点选择不同可能得到不同的失稳分析结果;塑性区贯通法受拱坝体系局部和人为因素影响较大;塑性区总应变能突变判据具有单值和反映拱坝整体稳定的特点,是拱坝失稳有限元分析的较优判据。

关键词：拱坝整体稳定有限元分析失稳判据突变模型

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大坝应力应变监测的多因素时变分析模型

武汉大学学报（信息科学版） 2008年第9期33卷 914-917页

作者：丛培江郑东健仲琳中国电力工程顾问集团东北电力设计院长春市人民大街4368号130021 南京市长江河道管理处南京市大马路91号210011

在分析应力应变影响因素及因子模式的基础上,将多层递阶方法与回归分析方法相结合,建立起多因素时变监控模型。将回归系数与影响因子的乘积作为新因子计算时变参数,强化了高相关因子的预报作用,提高了模型的预报效果。

关键词：水工结构时变监控模型混凝土坝应力应变多因素

基于Hankel矩阵联合近似对角化的结构模态识别

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振动．测试与诊断 2016年第6期36卷 1147-1152页

作者：程琳杨杰郑东健任杰西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地西安710048 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098

针对基于二阶盲辨识(second order blind identification,简称SOBI)的模态参数识别方法存在的不足,提出了一种基于Hankel矩阵联合近似对角化(Hankel matrix joint approximate diagonalization,简称HJAD)技术的结构运行模态分析(operational modal analysis,简称OMA)的新方法。该方法通过对随机子空间类模态识别方法常用的Hankel矩阵进行联合近似对角化,以分离各阶模态响应,进行模态识别。与基于SOBI的模态识别方法相比,在具体实施过程中,仅需要在分析数据中添加与实测振动响应对应的时间延迟的数据,实现难度较小。数值算例和物理模型试验的分析结果表明,所提出的基于HJAD技术的结构运行模态分析方法,不仅具有鲁棒性强和计算效率高的优点,还可以克服传统的基于SOBI的模态识别方法的模态识别能力受测点数目限制的问题。

关键词：运行模态分析盲源分离二阶盲辨识 Hankel矩阵联合近似对角化振动台试验

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监测数据回归分析中典型监测值欠拟合释因

武汉大学学报（工学版） 2003年第6期36卷 9-12页

作者：王建阳武郑东健河海大学水利水电工程学院江苏南京210098

根据监测数据的分布特征,从回归模型出发,通过对模型估计值的方差分析,解释了在大坝安全监测资料回归分析中,由于观测误差以及模型拟合失真误差的存在,导致典型监测值欠拟合的原因,从而为进一步改进模型提供了理论依据.

关键词：回归分析典型观测数据欠拟合