悬挂式混凝土防渗墙深度优化设计研究

论文摘要

我国水利水电事业的快速发展,促进了众多水利工程的兴建,土石坝(包括围堰)工程的坝基或坝体的防渗结构,运行多年需要维修或扩建的水库的补强加固,堤防的防渗加固等都需要使用混凝土防渗墙。随着防渗墙越来越广泛的应用于工程建设中,混凝土防渗墙的防渗性能与受力分析研究也越来越为重要。近年来,混凝土防渗墙不论在施工工艺还是在理论研究方面都取得了不少进展。但是,由于其特殊性及其适应的局限性,随着工程的应用暴露了一些工程问题,如对防渗墙的防渗作用、可靠性和稳定性、防渗墙的理论、悬挂式混凝土防渗墙深度的研究等都远远落后于实践需要。本文从优化设计的思路出发,分别运用图解法、目标函数法、解析法建立优化模型,对悬挂式混凝土防渗墙深度进行研究。得到以下认识:1.在工程建设中,工程的经济性(或时效性)和安全有效性是大家共同关注的问题,也是渗流分析的主要任务,本文把它们作为研究目的有一定的现实意义。2.图解法以其简单、直观的优点,运用两种图解方法(最大梯度法和归一化交点法)、三种方案进行优化分析,并通过工程实例进行了理论的运用和验证。其中,最大梯度法以在相同的深度增量情况下,图解目标函数增量的作用有效性大小为依据:归一化交点法提出了对目标函数归一化的思想,再利用图解法进行优化设计。3.目标函数法在优化设计中以工程的安全性和时效性为研究目的,以工程的安全性、时效性和它们的重要性指标组合为优化模型,以安全约束和施工最优约束为约束条件,进行优化设计,得到最优化设计深度。最后通过工程实例进行了理论的运用和验证。4.解析法基于土力学和水力学原理提出了流量解析表达式,并对渗流路径做出了合理的假设,用归一化思想把子目标函数解析表达式结合起来,建立优化模型,进行优化设计。最后通过工程实例进行了理论的运用和验证。5.将优化方法应用于悬挂式混凝土防渗墙深度的设计中将会节省能源,对目前悬挂式混凝土防渗墙的设计研究具有重要的指导意义,可作为悬挂式混凝土防渗墙深度设计的有益参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 混凝土防渗墙的发展概况及特点
• 1.1.1 混凝土防渗墙的发展概况
• 1.1.2 混凝土防渗墙特点
• 1.2 国内外混凝土防渗墙防渗性能研究现状和存在的问题
• 1.2.1 混凝土防渗墙防渗性能的已有研究成果
• 1.2.2 防渗墙研究存在的问题
• 1.3 本文的主要工作
• 1.3.1 研究的可行性
• 1.3.2 研究的内容
• 2. 稳定渗流有限元理论
• 2.1 稳定渗流基本方程
• 2.1.1 渗流分析简介
• 2.1.2 渗流的连续性方程
• 2.1.3 渗流的基本微分方程
• 2.1.4 基本微分方程的定解条件
• 2.2 渗流分析的一般解法
• 2.3 渗流分析有限元软件及功能介绍
• 2.3.1 Geo-stodio软件及功能介绍
• 2.3.2 SEEP 3D软件软件及功能介绍
• 3. 优化设计的原理和方法
• 3.1 优化的发展
• 3.2 优化的基本概念
• 3.2.1 设计变量
• 3.2.2 目标函数
• 3.2.3 约束条件
• 3.3 优化数学模型
• 3.4 最优化问题的分类
• 3.5 最优化问题的求解方法
• 3.6 本文防渗墙深度优化设计方法的选取
• 4. 图解法在悬挂式防渗墙深度优化设计中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 图解法分析方法
• 4.2.1 图解法分析步骤
• 4.2.2 图解法优化方案
• 4.3 图解法算例
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 敏感性参数的确定和目标函数的建立
• 4.3.3 有限元计算模型及结果
• 4.3.4 图解法在悬挂式防渗墙优化设计中优化设计
• 4.4 图解法小结
• 5. 目标函数法在悬挂式防渗墙深度优化设计中的应用
• 5.1 概述
• 5.2 优化分析步骤
• 5.3 目标函数法算例
• 5.3.1 某工程概况
• 5.3.2 有限元计算模型及结果
• 5.4 目标函数法小结
• 6. 解析法在悬挂式防渗墙深度优化设计中的应用
• 6.1 引言
• 6.2 分析步骤
• 6.2.1 理论推导
• 6.2.2 优化模型的建立
• 6.3 解析法算例
• 6.3.1 渗透系数
• 6.3.2 图解法优化设计
• 6.4 图解法小结
• 7 深溪沟上游围堰三维渗流有限元分析
• 7.1 计算目的
• 7.2 计算模型
• 7.3 三维渗流有限元计算成果分析
• 7.4 三维渗流模型计算结果分析
• 8. 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录