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拱坝有限元模型动力参数视频测量识别方法

应用基础与工程科学学报 2022年第2期30卷 307-316页

作者：李麒王高辉钮新强卢文波长江设计集团有限公司湖北武汉430010 水资源与水电工程科学国家重点实验室(武汉大学) 湖北武汉430072 河海大学水利水电学院江苏南京210098

针对传统接触式传感器在大坝动力测试中存在的安装困难、布置稀疏等问题,首次提出通过基于相位的视频测量方法实现大坝动力参数的快速识别.以国内某拱坝为工程背景,基于Abaqus有限元分析平台建立了大坝-地基三维模型,模拟了环境激励下... 详细信息

针对传统接触式传感器在大坝动力测试中存在的安装困难、布置稀疏等问题,首次提出通过基于相位的视频测量方法实现大坝动力参数的快速识别.以国内某拱坝为工程背景,基于Abaqus有限元分析平台建立了大坝-地基三维模型,模拟了环境激励下大坝振动响应过程并导出坝顶运动视频.采用基于相位的视频运动估计方法提取坝顶的微小运动信息并识别其固有频率,通过运动放大技术获取不同固有频率下坝顶的运动放大视频,利用直方图阈值分割法获取量化的坝顶工作变形.与拱坝有限元模态分析结果对比表明:视频测量方法可以准确识别拱坝模型固有频率及工作变形,同时采用阈值分割法可以从放大视频中准确量化坝顶工作变形.

关键词：拱坝有限元模型模态分析运动估计运动放大视频测量

坝前滑坡涌浪压力分布对震损拱坝损伤影响的研究

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水利学报 2024年第2期55卷 214-225页

作者：李玉倩陈健云徐强李静大连理工大学工程抗震研究所辽宁大连116024 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

强震中震损边坡在震后比震前更容易诱发滑坡,震后滑坡涌浪可能会对震损拱坝产生附加损伤,可能造成坝体溃决。现有的滑坡涌浪对坝体研究主要针对震前完好拱坝,并且通常将坝前涌浪简化为沿着拱向波高及相位完全相同。然而关于滑坡涌浪的... 详细信息

强震中震损边坡在震后比震前更容易诱发滑坡,震后滑坡涌浪可能会对震损拱坝产生附加损伤,可能造成坝体溃决。现有的滑坡涌浪对坝体研究主要针对震前完好拱坝,并且通常将坝前涌浪简化为沿着拱向波高及相位完全相同。然而关于滑坡涌浪的研究表明,传播至坝前的涌浪在坝面不同位置存在比较明显的高度差和时间差。针对强震中震损拱坝在震后承受涌浪冲击的问题,本文以某高拱坝为例,基于中国水科院涌浪高经验公式,分析了坝前涌浪高的分布规律,识别出了三种典型的坝前涌浪压力分布形式。基于所定义的拱坝损伤影响度量指标,分析不同坝前涌浪压力分布对震损拱坝损伤的影响。结果表明,坝前涌浪分布存在高度差和时间差时,其压力分布对震损拱坝的影响比按均匀分布涌浪考虑的影响会更大。以均匀分布的涌浪压力形式分析震损拱坝所受的影响时,对危险性的评估会怕偏于不足,因此,建议考虑坝前涌浪空间分布和时间特性的影响。该研究结果可为震后滑坡涌浪的安全评价提供参考。

关键词：滑坡涌浪拱坝震损涌浪压力分布损伤指标

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拱坝施工仿真参数多因素概率预测方法

水力发电学报 2022年第9期41卷 150-160页

作者：宋文帅关涛任炳昱王佳俊天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

施工仿真参数对拱坝施工进度仿真结果的准确性具有重要影响。目前施工仿真参数分析多采用单变量建模方式,部分采用多元分析方法建立点预测模型,均难以分析各类因素影响下施工仿真参数的不确定性。针对上述问题,本研究提出基于宽度学习系... 详细信息

施工仿真参数对拱坝施工进度仿真结果的准确性具有重要影响。目前施工仿真参数分析多采用单变量建模方式,部分采用多元分析方法建立点预测模型,均难以分析各类因素影响下施工仿真参数的不确定性。针对上述问题,本研究提出基于宽度学习系统-弹性网分位数回归(broad learning system-elastic network quantile regression,BLS-ENQR)的施工仿真参数概率预测方法。宽度学习系统不需要深度网络结构,具有高效的非线性学习能力,可以克服传统分位数回归模型仅能分析线性关系的不足;同时,采用弹性网正则化惩罚来减小回归系数并提高模型稀疏性,从而避免模型过拟合。工程应用表明,本研究提出的方法可以有效分析出施工仿真参数的概率分布,且相比于支持向量机-弹性网分位数回归、极限学习机-弹性网分位数回归、宽度学习系统-分位数回归模型,该方法具有更好的预测性能,为拱坝施工仿真参数预测提供了一种新思路。

关键词：拱坝施工仿真参数概率预测宽度学习系统分位数回归

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

拱坝侵彻损伤效应与安全控制(Ⅱ):坝体极限承载力的下限解

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武汉大学学报（工学版） 2023年第6期56卷 651-658页

作者：周祥森徐青陈胜宏武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

侵彻损伤破坏拱坝结构的整体性且危害拱坝的安全。基于拱梁分载法和极限分析下限法,提出侵彻损伤拱坝的拱梁系统极限承载力下限算法。该算法将拱坝视为由一系列拱和梁组成的空间结构,将拱梁系统按共轭点进行离散。以截面内力作为规划问... 详细信息

侵彻损伤破坏拱坝结构的整体性且危害拱坝的安全。基于拱梁分载法和极限分析下限法,提出侵彻损伤拱坝的拱梁系统极限承载力下限算法。该算法将拱坝视为由一系列拱和梁组成的空间结构,将拱梁系统按共轭点进行离散。以截面内力作为规划问题变量,降低了通过数学规划寻优的难度。非线性规划求解中直接引入了非线性屈服函数,保证了寻优迭代过程的稳定性与收敛性。结合工程算例,验证了算法的可靠性。研究成果实现了侵彻损伤拱坝坝体极限承载力的快速评估,为后续预警指标体系的研究奠定了基础。

关键词：拱坝侵彻损伤极限承载力极限分析非线性规划

拱坝侵彻损伤效应与安全控制(Ⅳ):坝肩稳定及安全预警指标

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武汉大学学报（工学版） 2024年第4期57卷 395-402页

作者：徐青楼浙品武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072

拱坝遭受侵彻损伤后,应力重新调整,坝体极限承载力与坝肩稳定性随之下降。首先研究拱端合力(总推力)推力角的减小率,以此判断坝肩的整体稳定性;接着研究各层拱圈拱端推力角的减小率,初步判断坝肩的局部稳定性及危险部位;然后采用刚体极... 详细信息

拱坝遭受侵彻损伤后,应力重新调整,坝体极限承载力与坝肩稳定性随之下降。首先研究拱端合力(总推力)推力角的减小率,以此判断坝肩的整体稳定性;接着研究各层拱圈拱端推力角的减小率,初步判断坝肩的局部稳定性及危险部位;然后采用刚体极限平衡法,依据地形地质条件,选取局部稳定存疑的坝肩岩体,计算其抗滑稳定安全系数,进一步细判其局部抗滑稳定性,同时建议了坝肩整体及局部稳定安全的3级预警指标;最后,以某拱坝为例进行了拱坝坝体遭受侵彻损伤后坝肩稳定性判断和预警信息的模拟发布。最终成果与先前发表的论文成果结合,可为拱坝侵彻损伤效应分析与安全预警发布提供支撑。

关键词：拱坝侵彻损伤推力角坝肩抗滑稳定预警指标

基于参数随机反演的拱坝位移监控指标拟定方法

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水力发电学报 2024年第1期43卷 124-133页

作者：贾冬焱马春辉杨杰冉蠡仝飞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西安710048 西安理工大学水利水电学院西安710048

针对传统混凝土拱坝位移监控指标拟定中未考虑大坝材料参数不确定性的问题,结合贝叶斯推断理论、粒子群优化和长短时记忆网络提出一种基于随机反分析结果的拱坝位移监控指标拟定方法。利用粒子群方法优化长短时记忆神经网络作为代理模型... 详细信息

针对传统混凝土拱坝位移监控指标拟定中未考虑大坝材料参数不确定性的问题,结合贝叶斯推断理论、粒子群优化和长短时记忆网络提出一种基于随机反分析结果的拱坝位移监控指标拟定方法。利用粒子群方法优化长短时记忆神经网络作为代理模型;基于不同监测点实测位移值和代理模型计算位移值建立联合似然函数;在已知材料参数先验分布下,通过贝叶斯推断获得材料参数的后验分布;利用材料参数的后验分布计算监控指标的水压分量,结合实测位移数据确定混凝土拱坝位移监控指标。工程实例分析表明:通过贝叶斯推断方法,可以反演得到准确的材料参数后验结果;以混合法确定的位移监控指标充分利用了材料参数的随机反分析结果,具有更好的预警效果。

关键词：拱坝随机反演贝叶斯推断监控指标

拱坝侵彻损伤效应与安全控制(Ⅲ):坝体安全预警指标

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武汉大学学报:工学版 2023年第9期56卷 1033-1040页

作者：周祥森徐青陈胜宏武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072

在实现侵彻损伤拱坝拱梁分载算法并获得坝体极限承载力下限解的基础上,提出与之配套的安全预警指标。对于应力控制指标,以现行拱坝设计规范为依据,参考国内外拱坝工程常规应力控制标准,提出拱坝在侵彻损伤工况下应力控制的绝对指标与相... 详细信息

在实现侵彻损伤拱坝拱梁分载算法并获得坝体极限承载力下限解的基础上,提出与之配套的安全预警指标。对于应力控制指标,以现行拱坝设计规范为依据,参考国内外拱坝工程常规应力控制标准,提出拱坝在侵彻损伤工况下应力控制的绝对指标与相对指标,并提出拱坝整体应力的3级预警体系;对于极限承载力控制指标,提出基于相对指标的拱坝极限承载力3级预警体系;最后,对某拱坝进行虚拟损伤工况下的应力与极限承载力分析,并根据本文提出的应力与极限承载力预警指标,进行预警信息的模拟发布。与之前的研究成果共同构建了“应力分载算法-极限承载力分析-坝体安全预警”平台,为拱坝在遭受侵彻破坏后的快速损伤效应评估与安全控制决策提供支撑。

关键词：拱坝侵彻损伤应力极限承载力安全预警

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基于深度蒙特卡洛树搜索的拱坝仓面排序研究

水力发电学报 2024年第3期43卷 120-130页

作者：宋文帅任炳昱关涛天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350

合理的仓面排序方案对于加快工程进度和优化资源配置有着重要影响。然而,现有仓面排序方法将这一序贯决策问题简化,多数采用多属性决策方法,存在仅对大坝实时施工状态进行分析以及未考虑未来仓面浇筑方案对当前排序策略影响的问题;部分... 详细信息

合理的仓面排序方案对于加快工程进度和优化资源配置有着重要影响。然而,现有仓面排序方法将这一序贯决策问题简化,多数采用多属性决策方法,存在仅对大坝实时施工状态进行分析以及未考虑未来仓面浇筑方案对当前排序策略影响的问题;部分采用多目标优化方法进行仓面排序多目标优化问题分析,但主要是采用静态权重,存在忽略了仓面排序策略随环境动态变化的不足。针对以上问题,本文提出基于深度蒙特卡洛树搜索的拱坝仓面排序方法。首先,分析仓面排序问题的约束条件和目标函数,建立仓面排序强化学习模型;其次,针对仓面排序强化学习模型具有复杂且庞大的离散状态空间,为提高搜索效率,提出融合深度学习的蒙特卡洛树搜索方法,分别利用深度神经网络进行先验动作概率分布预测和策略函数评估;最后,以乌东德拱坝工程为例进行研究,结果表明本文方法可以有效地分析拱坝仓面排序问题,且相比于粒子群方法、证据理论方法,本文方法分析的施工工期可分别提前6天、14天,平均机械利用率分别提高1.19%、1.35%。本研究为拱坝仓面排序分析与优化提供了新思路。

关键词：拱坝仓面排序深度强化学习蒙特卡洛树搜索门控循环单元