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融合时频空间特征的土石坝地震易损性分析改进MLP模型研究

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水利学报 2024年第1期55卷 13-23页

作者：王晓玲李清梦刘宗显余佳余红玲王昊东天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 雅砻江流域水电开发有限公司四川成都610051

针对现有地震易损性分析中采用的峰值加速度、峰值速度等地震动指标未能充分反映地震动复杂的时频空间特征,且现有基于对数空间线性函数关系假设的地震需求模型难以揭示地震动指标与地震响应间复杂非线性关系的问题,提出一种融合时频空... 详细信息

针对现有地震易损性分析中采用的峰值加速度、峰值速度等地震动指标未能充分反映地震动复杂的时频空间特征,且现有基于对数空间线性函数关系假设的地震需求模型难以揭示地震动指标与地震响应间复杂非线性关系的问题,提出一种融合时频空间特征的土石坝地震易损性改进多层感知机(Multi Layer Perceptron,MLP)模型。该模型利用胶囊网络(Capsule Network,CapsNet)能够充分捕捉和表征目标特征空间位置分布的优势,从地震动小波时频图中提取反映地震动时频空间分布的深层特征,并以特征拼接的方式与既有特征进行融合,构建地震动融合指标;进一步地,采用树形Parzen优化算法(Tree structured Parzen Estimator,TPE)对MLP的神经元数量、学习率等超参数进行优化,提出基于TPE-MLP的土石坝地震需求模型,以反映地震动融合指标与地震响应间的复杂非线性关系,进而实现土石坝地震易损性的可靠分析。案例分析表明,相比于既有地震动指标,基于地震动时频空间特征融合指标的土石坝地震需求模型的MAE降低了40.5%,表明了所提模型的可靠性和优越性。

关键词：土石坝地震易损性地震动时频空间特征地震需求模型胶囊网络多层感知机小波变换

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土石坝灌浆设计与施工关键技术探讨

长江科学院院报 2024年第4期41卷 174-180页

作者：施华堂计阳肖碧钟坤长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010 南水北调中线实业发展有限公司北京100176

心墙堆石坝和面板堆石坝等土石坝坝基灌浆受盖重薄、爆破卸荷、岩体软弱等因素影响,灌浆过程中抬动、劈裂和外漏严重,导致升压灌注和质量保证困难,甚至影响水库正常蓄水。针对建基岩体选择、基础灌浆廊道布置、灌浆孔布置、灌浆与检查... 详细信息

心墙堆石坝和面板堆石坝等土石坝坝基灌浆受盖重薄、爆破卸荷、岩体软弱等因素影响,灌浆过程中抬动、劈裂和外漏严重,导致升压灌注和质量保证困难,甚至影响水库正常蓄水。针对建基岩体选择、基础灌浆廊道布置、灌浆孔布置、灌浆与检查压力等关键设计问题进行分析,并结合规范规定和工程实践对灌浆方法、外漏处理、阻塞器选择、抬动控制与升压方式等关键施工工艺和参数进行探讨,提出的帷幕灌浆压力与检查压力确定方法、外漏系统封堵+随机封堵、阻塞器选择原则、基于P与Q关系的“固步升压”灌浆控制等,可供同类工程坝基灌浆参考。

关键词：土石坝灌浆设计施工关键技术盖重抬动控制帷幕灌浆压力

土石坝护坡冻胀破坏水-热-力耦合数值模拟研究

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水利水运工程学报 2024年第3期 136-145页

作者：李卓姜鑫张继勋赵昱王虞清方艺翔南京水利科学研究院江苏南京210029 水利部大坝安全管理中心江苏南京210029 河海大学水利水电学院江苏南京210098

针对寒区土石坝护坡普遍存在的冻胀破坏问题,选取寒区某土石坝工程为研究对象,结合土石坝工程特点,建立考虑水-热-力耦合作用的有限元计算模型。研究护坡在库水位和坝体填土水分迁移作用下冻胀破坏全过程,分析土石坝温度场、水分场和位... 详细信息

针对寒区土石坝护坡普遍存在的冻胀破坏问题,选取寒区某土石坝工程为研究对象,结合土石坝工程特点,建立考虑水-热-力耦合作用的有限元计算模型。研究护坡在库水位和坝体填土水分迁移作用下冻胀破坏全过程,分析土石坝温度场、水分场和位移场的变化规律,并将位移场有限元计算结果与实测冻胀变形资料进行对比,验证有限元计算结果。研究结果表明:冻胀作用对坝坡影响深度约为2 m,坝坡浅层0~2 m范围的温度变化受外界气温影响较大,坝体内部温度相对坝坡浅层变幅小,且有一定的滞后性;负温使坝坡浅层孔隙水相变成冰,宏观上表现为未冻水体积分数的降低,坝坡浅层土石混合体孔隙水相变、坝体填土内水分向坝坡迁移和冻结峰面向坝体内部移动是护坡冻胀破坏的主要因素;大坝坝坡计算冻胀量为20~30 cm,最大值为36 cm,计算结果与实测冻胀变形资料吻合;护坡冻胀破坏主要由砂砾料垫层、坝体填土等土石混合体冻胀及冰推力共同作用引起。研究结果可为寒区土石坝护坡设计提供参考。

关键词：土石坝护坡冻胀破坏水-热-力耦合寒区

基于RUN-XGBoost算法的土石坝渗流预测模型

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水利水电科技进展 2024年第2期44卷 72-78页

作者：马春辉侯媛媛杨杰袁帅徐笑颜西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

针对传统土石坝渗流预测模型存在局部最优、抗干扰性差和预测精度低等问题,通过RUN算法优化XGBoost算法得到RUN-XGBoost算法,构建了RUN-XGBoost模型以获得更优的土石坝渗流预测结果。该模型在种群初始化时采用RUN算法对XGBoost算法的3... 详细信息

针对传统土石坝渗流预测模型存在局部最优、抗干扰性差和预测精度低等问题,通过RUN算法优化XGBoost算法得到RUN-XGBoost算法,构建了RUN-XGBoost模型以获得更优的土石坝渗流预测结果。该模型在种群初始化时采用RUN算法对XGBoost算法的3个主要参数进行改进,使预测结果有较高的有效性;通过自动寻找最优参数增进算法的整体收敛速度和预测精度,同时引入随机解,使算法能够排除局部最小值并继续搜索,从而获得全局最优结果。工程实例验证结果表明,RUN-XGBoost模型具有简洁、高效、预测精度高、鲁棒性强等优点。

关键词：土石坝渗流监测 RUN-XGBoost算法预测模型

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土石坝分层液压夯实填筑压实特性研究

水电能源科学 2024年第1期42卷 98-101,31页

作者：陈晓燕厉超齐明杰徐勇张宏博张学林济南市水利工程服务中心山东济南250061 山东建筑大学交通工程学院山东济南250101 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 济南聚源水务有限公司山东济南250100

为探究液压夯实法加固土石坝的压实性能,基于动量守恒理论,设计开展分层液压夯实现场试验,研究分层液压夯实的压实特性,并优化工艺参数。研究结果表明,液压夯动应力沿深度按圆形均布荷载下地基附加应力分布,不同深度土体动应力随夯击次... 详细信息

为探究液压夯实法加固土石坝的压实性能,基于动量守恒理论,设计开展分层液压夯实现场试验,研究分层液压夯实的压实特性,并优化工艺参数。研究结果表明,液压夯动应力沿深度按圆形均布荷载下地基附加应力分布,不同深度土体动应力随夯击次数增加而增大,至土体密实而趋于稳定;液压夯单次沉降量随夯击次数增加而减小,累计夯沉量随夯击次数增加逐渐增大并最终达到稳定值;液压夯主加固区为椭球形,增大单击夯击能可增加主加固区作用深度,提高土石坝有效压实深度;试验结果表明,土体初始干密度为1.79 g/cm^(3)时,夯击能18、27、36 kJ最优夯击次数宜分别为6、6、9击,加固深度分别为1.9、2.1、2.3 m。研究成果可为工程实践提供参考。

关键词：土石坝分层液压夯压实特性夯实试验

基于FFA-GRNN模型的土石坝溃坝洪峰流量预测

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长江科学院院报 2024年

作者：严新军王雪虎赵蕊婷庄培源王红徐马俊玲新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室

土石坝溃坝洪峰流量预测精度对于溃坝分析的结论具有决定性意义。为提高溃坝洪峰流量预测精度，本文提出了一种基于GRNN的预测模型，结合耳廓狐优化算法FFA进行超参数优化，实现对溃坝洪峰流量的预测。以国内外堤坝溃决数据库为基础，... 详细信息

土石坝溃坝洪峰流量预测精度对于溃坝分析的结论具有决定性意义。为提高溃坝洪峰流量预测精度，本文提出了一种基于GRNN的预测模型，结合耳廓狐优化算法FFA进行超参数优化，实现对溃坝洪峰流量的预测。以国内外堤坝溃决数据库为基础，用溃口底部以上库容、溃口底部以上水深和溃口深度三种因子作为输入变量，构建FFA-GRNN溃坝洪峰流量预测模型。为验证模型在溃坝洪峰流量值预测精确度和拟合度，与其他四种智能算法进行对比验证。结果表明：本文提出的FFA-GRNN模型相较于其他模型具有更低的RMSE（592）、MAE（995）和更高的拟合度R2（0.973），证明所建模型在整体上具有更好的计算精度与拟合效果。通过分析模型在溃坝洪峰流量预测中的适用性，可为溃坝分析提供技术支撑。

关键词：溃坝洪峰流量土石坝耳廓狐算法广义回归神经网络

基于权重优化-云模型的土石坝运行安全综合评价

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工程科学与技术 2024年

作者：张建伟毋伟涛侯鸽黄锦林王兵鹏刘洪泽呼梓旭广东省水利水电科学研究院华北水利水电大学水利学院

针对土石坝运行安全综合评价中评价指标之间存在相关性及人为设定的权重恒定不变的问题，通过决策实验室法（DEMATEL）分析指标内部联系，联合变权理论（VWT）依据指标状态值对指标权重进行修正，得到了一种考虑指标相关性及指标状态值... 详细信息

针对土石坝运行安全综合评价中评价指标之间存在相关性及人为设定的权重恒定不变的问题，通过决策实验室法（DEMATEL）分析指标内部联系，联合变权理论（VWT）依据指标状态值对指标权重进行修正，得到了一种考虑指标相关性及指标状态值的优化权重。并探究了常权权重与优化权重对各评价指标的权重和评价结果的影响，识别影响土石坝运行安全综合评价的关键指标。结合云模型能有效处理监测信息和评价过程中存在的不确定问题的优点，构建了权重优化-云模型的土石坝运行安全综合评价模型。以和龙水库的土石坝为研究对象，研究结果表明：评价云生成的云滴大部分落在“安全”与“基本安全”之间；结合云相似度计算结果，和龙水库与“安全”和“基本安全”的相似度分别为32.5%和16.3%，由最大相似度原则确定评价结果为“安全”。与常权权重相比，两者的评价结果一致，但对“安全”的隶属度从40.7%降低到了32.5%，体现了指标相关性及指标状态值对评价结果的影响。评价结果与和龙水库现状吻合，印证了本文模型的准确性和可行性，且该方法考虑了指标相关性及实测指标对权重的影响，并结合云模型从定量和定性两个角度评估了土石坝的运行状态，能够更加真实有效地反应大坝的安全状况，可为大坝的安全评价提供参考。

关键词：土石坝综合评价决策实验室层次分析变权理论云模型

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三维重构反演的土石坝渗漏通道精确识别技术

水利水运工程学报 2024年

作者：孙佳易邓昌汤雷王海军温嘉琦南京水利科学研究院

高密度电法是探测土石坝渗漏的主要方法，但对渗漏范围边缘的识别较为模糊，无法分辨低阻识别成因。为了弥补该局限性，提出一种三维重构反演（3D-reconstruction inversion）的渗漏通道精确识别方法：首先布设多条正交于可能存在渗漏... 详细信息

高密度电法是探测土石坝渗漏的主要方法，但对渗漏范围边缘的识别较为模糊，无法分辨低阻识别成因。为了弥补该局限性，提出一种三维重构反演（3D-reconstruction inversion）的渗漏通道精确识别方法：首先布设多条正交于可能存在渗漏通道的2D平行测线并进行高密度电法反演，将反演图简化处理后置于三维模型剖面中，然后利用多条测线探测的水位高程推算出浸润线，综合分析确定渗漏位置。结果表明：该方法可以精确地检测渗漏位置，确定导致反演中低阻识别的原因，可更加直观地观测渗漏通道走向，有效减少因正常渗流导致的低阻识别误差。

关键词：土石坝渗漏通道识别三维重构反演高密度电法

基于COMSOL的不同库水位条件下土石坝坝坡稳定性分析

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中国农村水利水电 2024年第1期 251-256页

作者：梁俊群罗滔易宇桂林市水利电力勘测设计研究院广西桂林541001 西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室陕西西安710123

由库水位变化引起的渗透破坏是造成土石坝失稳的主要原因之一,坝体滑坡极易诱发地质灾害,严重威胁人类生命财产安全。针对库水位上升对土石坝坝体滑坡的影响,以某均质土坝为研究背景,借助COMSOL Multiphysics数值软件研究坝坡临界失稳... 详细信息

由库水位变化引起的渗透破坏是造成土石坝失稳的主要原因之一,坝体滑坡极易诱发地质灾害,严重威胁人类生命财产安全。针对库水位上升对土石坝坝体滑坡的影响,以某均质土坝为研究背景,借助COMSOL Multiphysics数值软件研究坝坡临界失稳状态下的塑性区和水平位移变化,基于有限元强度折减法分析正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位3种工况下的坝坡稳定性。结果表明:随着库水位上升,土石坝内部浸润线位置提高,坝体的最大塑性应变和水平位移呈线性增大趋势,且最大值均出现在坝脚位置。坝脚处塑性区随折减系数SRF的增大逐渐向坝顶贯通,坝坡变形行为以剪切滑移为主。3种工况下稳定安全系数FOS分别为1.894、1.855和1.831,坝体稳定性不断降低,但均高于临界最小安全系数。

关键词：土石坝库水位强度折减法坝坡稳定性安全系数