基于灰色系统理论的高面板堆石坝应力及变形预测研究

论文摘要

混凝土面板堆石坝是目前水利水电工程中较为常用的一种坝型,作为当地材料坝因其具有众多优点而受到广泛关注,特别在近三十年来发展较快、应用较广,并逐渐成为有较强竞争力和发展前景的坝型。随着混凝土面板堆石坝筑坝技术的发展,混凝土面板堆石坝越建越高,工程规模越来越大已成为现代面板堆石坝发展的基本趋势,开发先进的原型观测资料分析方法进行预测预报也就随之成为客观所需。混凝土面板堆石坝应力变形受时间、水位、地质等很多因素的影响,而且这些因素错综复杂,具有一定的灰色度。本文正是在这种背景下选题,进行了高面板堆石坝应力及变形预测的深入研究。本文讨论了混凝土面板堆石坝在原型观测资料分析技术方面的发展过程及研究现状；在前人研究的基础上,归纳总结了混凝土面板堆石坝应力变形的主要规律,并确定了本文的重点预测对象,即坝体沉降、混凝土面板挠度和混凝土面板应力(顺坡向应力)。通过对有限元理论的深入学习,运用大型通用有限元软件对公伯峡面板堆石坝进行了仿真分析。研究灰色系统的基本概念与基本理论,对GM模型的各种型式进行了对比分析,并建立了高面板堆石坝应力变形的灰色预测模型。结合公伯峡面板堆石坝,对其原型观测资料进行整理分析,并在此基础上运用新陈代谢GM(1,1)模型对坝体沉降进行预测,运用新陈代谢GM(2,1)模型对混凝土面板挠度和混凝土面板应力(顺坡向应力)进行预测。将实测结果、灰色预测结果和有限元三维计算结果进行对比分析,针对具体问题得出了合理的结论。本文重点探讨了灰色理论在高面板堆石坝应力变形预测方面的应用,针对具体的预测对象提出了适用、合理的预测模型,得出了恰当的结论,丰富了高面板堆石坝原型观测分析技术的内容,具有重要的理论价值和参考应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 混凝土面板堆石坝的发展
• 1.2 混凝土面板堆石坝的关键技术问题及其研究现状
• 1.2.1 坝体分区技术
• 1.2.2 面板、趾板和面板防裂技术
• 1.2.3 接缝和止水结构
• 1.3 高面板堆石坝原型观测资料分析技术研究现状
• 1.4 本课题研究的必要性及意义
• 1.4.1 研究的必要性
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 课题的主要研究内容及技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 2 混凝土面板堆石坝应力变形分析方法研究
• 2.1 混凝土面板堆石坝应力变形主要规律
• 2.2 坝体沉降的计算分析方法
• 2.3 面板挠度的计算分析方法
• 2.4 面板应力的计算分析方法
• 2.5 基于实测资料的应力变形预测方法
• 2.5.1 静态预测方法
• 2.5.2 动态预测方法
• 2.6 本章小结
• 3 面板堆石坝应力变形三维有限元仿真分析
• 3.1 ADINA软件简介
• 3.2 堆石体的本构模型
• 3.2.1 E-μ本构模型表达式
• 3.2.2 E-B本构模型表达式
• 3.2.3 E-μ、E-B本构模型的讨论
• 3.3 破坏准则
• 3.4 堆石体材料非线性有限元模拟原理
• 3.5 施工及蓄水过程的模拟
• 3.5.1 施工过程的模拟
• 3.5.2 蓄水过程的模拟
• 3.6 特殊边界的模拟
• 3.7 基于ADINA的混凝土面板堆石坝模拟计算流程图
• 3.8 公伯峡面板堆石坝应力变形计算
• 3.8.1 计算模型及计算参数
• 3.8.2 计算工况
• 3.8.3 计算结果
• 3.8.4 计算结果分析
• 3.9 本章小结
• 4 灰色系统理论
• 4.1 灰色系统的基本概念与基本理论
• 4.1.1 灰色系统理论的应用
• 4.1.2 灰色系统理论的基本概念
• 4.1.3 灰色系统理论的两条基本原理
• 4.2 GM模型
• 4.2.1 灰色模型
• 4.2.2 数据处理
• 4.2.3 光滑离散函数
• 4.3 GM（N,H）模型和GM（1,1）模型
• 4.3.1 灰色微分方程
• 4.3.2 GM（1,1）模型
• 4.4 GM（1,1）模型的精度检验及其预测值精度评估
• 4.4.1 GM（1,1）模型的精度检验
• 4.4.2 预测值精度评估
• 4.5 残差GM（1,1）模型
• 4.6 本章小结
• 5 面板堆石坝应力变形的灰色预测模型研究
• 5.1 GM（1,1）模型群
• 5.1.1 GM（1,1）模型比较
• 5.1.2 新信息模型和新陈代谢模型比较
• 5.2 GM（2,1）模型
• 5.3 坝体沉降的灰色预测模型
• 5.3.1 影响面板坝沉降变形的主要因素
• 5.3.2 坝体沉降的灰色预测模型
• 5.4 面板挠度的灰色预测模型
• 5.4.1 影响面板坝面板挠度的主要因素
• 5.4.2 面板挠度的灰色预测模型
• 5.5 面板应力（顺坡向应力）的灰色预测模型
• 5.5.1 影响面板坝面板应力（顺坡向应力）的主要因素
• 5.5.2 面板应力（顺坡向应力）的灰色预测模型
• 5.6 GM建模的前提条件及实现方法
• 5.7 本章小结
• 6 公伯峡面板堆石坝应力变形预测研究
• 6.1 工程概况
• 6.2 监测布置
• 6.3 监测成果分析及灰色预测研究
• 6.3.1 坝体内部沉降预测研究
• 6.3.2 混凝土面板挠度预测研究
• 6.3.3 混凝土面板应力（顺坡向应力）预测研究
• 6.3.4 灰色预测结果和有限元计算结果的分析
• 6.4 评价新陈代谢GM（2,1）模型
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录