高面板堆石坝模型参数反演及应力变形分析

论文摘要

混凝土面板堆石坝因其对地形、地质、气候等条件具备较强的适应性,在设计与施工等方面取得了广泛的应用和深入研究,近年来高面板堆石坝更是得到设计人员的优先选用。而由于受到实验室测试条件以及缩尺效应等的影响,很难全面反映坝体材料的真实力学特性,因此通过位移反演分析理论,依据原位观测资料,确定合理的堆石本构模型以及流变模型等参数将具有非常重要的意义。本文首先介绍了基于人工神经网络和演化算法的土体位移反演分析方法,该法以具有较强非线性映射能力的神经网络模型代替有限元计算提高效率,并采用高效全局收敛的演化算法代替普通的优化算法进行神经网络的优化、训练和参数反演分析。对天生桥一级面板堆石坝坝体变形等原型观测结果进行了分析和总结。着重对原位观测结果与计算结果间的差异进行了分析,分别讨论了实验室参数可靠性、流变变形、湿化变形等影响因素,论述了进行位移反演分析的重要意义。本文重点对高面板堆石坝位移反演分析方法进行了详细研究,应用人工神经网络和演化算法对面板堆石坝材料模型参数进行反演分析,同时结合天生桥一级面板堆石坝,对目前存在的传统反演方法进行了评述。针对流变模型参数提出了将施工变形与流变变形进行同时计算的耦合反演方法,并与实测位移变化过程曲线相对比,从而更加全面地反映堆石变形发展的全过程。另外还分别针对邓肯-张E-B模型和沈珠江双屈服面模型进行了参数反演,并与实测资料进行对比,总结和验证了两种常用堆石本构模型的特点。并分别结合三（四）参数、七参数流变模型对流变产生的机理与发展规律进行了研究,对流变模型的适用性也做了一定说明。依据反演分析得到的本构模型及流变模型参数,进行了天生桥一级面板堆石坝三维有限元计算,系统地研究了流变对面板、接缝应力变形以及坝体应力变形的具体影响,对面板存在的实际工程问题进行了一定分析和论述。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 混凝土面板堆石坝的基本特点和发展概况
• 1.2 混凝土面板堆石坝应力变形计算方法与难点综述
• 1.2.1 堆石材料本构模型
• 1.2.2 堆石材料流变模型
• 1.2.3 面板与堆石体接触面的模拟
• 1.2.4 面板单元的模拟
• 1.2.5 面板接缝单元的模拟
• 1.3 位移反演分析方法原理及其应用
• 1.4 目前反演分析方法存在的不足
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 基于人工神经网络和演化算法的位移反分析方法
• 2.1 反演分析方法的基本理论
• 2.1.1 反分析方法概述
• 2.1.2 传统反分析方法介绍
• 2.1.3 智能反分析方法概述
• 2.2 人工神经网络和遗传算法的基本原理
• 2.2.1 神经网络模型的建立
• 2.2.2 演化算法概述
• 2.2.3 演化算法的设计
• 2.3 位移反演分析方法基本流程介绍
• 2.3.1 训练样本的构造
• 2.3.2 优化神经网络
• 2.3.3 神经网络的测试
• 2.3.4 土体参数的优化反演分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 天生桥一级面板堆石坝位移观测资料分析
• 3.1 天生桥一级面板堆石坝概况
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 坝料设计
• 3.1.3 面板设计
• 3.1.4 趾板设计
• 3.1.5 接缝和止水设计
• 3.2 天生桥一级面板堆石坝的施工过程
• 3.3 天生桥一级面板堆石坝位移观测结果分析
• 3.3.1 坝体竖直沉降监测成果总结分析
• 3.3.2 坝体竖直沉降计算结果与观测结果差异分析
• 3.3.3 坝体水平位移监测成果总结分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 常用堆石体本构模型参数反演与比较验证
• 4.1 E-B 模型简介与参数敏感度分析
• 4.1.1 T0553D 程序说明
• 4.1.2 邓肯E-B 模型简介
• 4.1.3 邓肯E-B 模型参数敏感度分析
• 4.2 沈珠江双屈服面模型简介与参数敏感度分析
• 4.2.1 沈珠江双屈服面模型简介
• 4.2.2 沈珠江双屈服面模型参数敏感度分析
• 4.3 E-B 模型参数反演分析与有限元计算
• 4.3.1 计算说明
• 4.3.2 针对主堆石料的参数反演分析
• 4.3.3 针对次堆石料的参数反演分析
• 4.3.4 针对软岩料的参数反演分析
• 4.3.5 基于三种材料反演参数的有限元计算
• 4.4 沈珠江双屈服面模型参数反演分析与有限元计算
• 4.4.1 针对主堆石料的参数反演
• 4.4.2 针对次堆石料的参数反演
• 4.4.3 针对软岩料的参数反演
• 4.4.4 其他材料参数
• 4.4.5 基于三种材料反演参数的有限元计算
• 4.5 E-B 模型与沈珠江双屈服面模型对比
• 4.5.1 使用实验室参数预测坝体变形
• 4.5.2 反演参数计算结果与实测结果的对比
• 4.6 本章小结
• 第5章 天生桥一级面板堆石坝流变参数反演分析
• 5.1 流变模型与反演分析方法
• 5.1.1 流变计算方法和沈珠江流变模型
• 5.1.2 坝体填筑过程中的流变参数反演
• 5.1.3 坝体蓄水稳定后的流变参数反演
• 5.2 基于E-B 模型的流变参数反演分析与有限元计算
• 5.2.1 计算说明
• 5.2.2 针对三种坝体材料的流变参数反演
• 5.2.3 基于耦合理论的流变参数反演分析
• 5.3 基于沈珠江双屈服面模型的流变参数反演分析与有限元计算
• 5.3.1 计算说明
• 5.3.2 基于本构模型反演参数的流变参数反演分析
• 5.3.3 基于耦合理论的流变参数反演分析
• 5.4 计算位移与实测位移的对比
• 5.5 对传统流变模型与反演分析方法的思考
• 5.6 本章小结
• 第6章 天生桥一级面板堆石坝坝体和面板应力变形分析
• 6.1 计算说明
• 6.2 实验室参数计算结果
• 6.3 反演参数计算结果对比
• 6.3.1 计算结果三维效应分析
• 6.3.2 坝体应力变形分析
• 6.3.3 面板应力变形分析
• 6.3.4 面板接缝系统应力变形分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果