浅论高面板堆石坝堆石体力学参数反演及变形控制研究

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1、河海大学博士学位论文高面板堆石坝堆石体力学参数反演及变形控制研究姓名：李金凤申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：徐卫亚20080601摘要混凝土面板堆石坝是由堆石或砾石作为坝主体起支承作用、并在其上游表面设置混凝土面板作为防渗结构的一种堆石坝。工程实践表明，面板坝由于具有安全性好、适应性强、造价低和工期短等特点而深受工程人员的喜爱。经过多年的发展和改进，面板堆石坝的设计和施工方法日趋成熟，在世界范围内的应用也日益广泛。目前，建造的面板坝不仅数量多，而且逐渐从中低坝向高坝发展。从目前已建成的面板坝运行状况来看，大多数坝的运行性状良好，因而面

2、板堆石坝逐渐成为了一种极富竞争力的土石坝坝型。虽然面板坝设计理论口趋成熟，但建造高面板坝面临的困难和挑战还是相当巨大的，面板坝的安全性极好，但这并不意味着这种安全性极好的高坝在任何情况下都是安全的，如果对面板坝的工作性态缺乏正确的认识和了解，就可能出现安全问题。所建面板坝工程事故原因表明，坝体变形预测和变形控制是特高面板坝建设中需要特别研究的主要问题；要更好地促进特高面板坝的发展，就必须依靠科技进步，使经验和判断为主的状况向理论和试验方向发展，形成经验和理论相结合的科技路线，从而提高混凝土面板堆石坝的建坝水平。近年来，面板堆石坝应力应变分析的有

3、限元法发展很快，已有不少的平面和空间有限元计算程序。我国在面板堆石坝有限元分析方面做了很多的研究工作，对高面板堆石坝～般都进行了有限元的分析计算工作。然而，有限元计算成果并未成为高面板堆石坝变形预测和变形控制的主要依据，原因在于“参数给不准”及“模型给彳i准”已经成为了数值计算应用的“瓶颈”问题，也使得往往设计计算的结果总与实际情况有所不同。主要内容是以大坝施工期间的监测数据为研究基础，以堆石体力学参数反演为研究手段，通过反演正算综合预测模型，在合理预测坝体变形和正确评价大坝安全性的平台上，对大坝进行动态反馈设计，进一步认识高混凝土面板堆石坝的

4、工作机理，并进行高面板堆石坝变形控制措施方面的探讨。论文的主要研究工作与研究成果归纳如下：(1)结合水布垭高面板堆石坝施工期大坝原型观测资料，研究了高面板堆石坝施工期应力变形性态以及复杂加载路径下影响高面板堆石坝施工期应力变形的主要因素，如自重作用的影响、堆石体流变特性的影响、水库水压力作用的影响、坝高的影响、河谷形态的影响、变形模量的影响以及应力路径的影响等等。研究得到了高面板堆石坝施工期坝体应力变形的一般规律及其各影响因素对坝体变形影响程度。(2)对反分析方法、岩土工程参数识别传统反分析方法以及智能反分析方法的基本理论和研究现状进行了概述，

5、针对面板堆石坝力学参数反演的特点及难点，对当前研究中存在的主要难点进行了分析评价，在此基础上，提出了本文的研究重点和研究方法。(3)对粒子群算法的基本理论、研究现状、改进策略、优势与刁<足进行概述和评价，并针对解决面板堆石坝力学参数反演多目标优化问题的特点及难点，提出了本文对粒子河海大学博士学位论文群算法的改进策略，并利用Fonran语言编制了优化程序。(4)根据堆石等岩土体产生变形的原则，对观测资料中异常信息进行识别和处理，从而建立了合理选择原型观测资料、去伪留真的理论体系；在充分考虑面板堆石坝应力变形机理的基础上，对实测变形进行瞬时变形和流

6、变量的合理解耦。(5)研究一套适合面板堆石坝堆石体力学参数反演的反分析方法。其中包括，反演参数个数选择原则、正分析过程的选择措施以及反分析过程中优化方法的选取。考虑正分析过程复杂性，正分析过程用神经网络模拟代替，优化方法采用本文提出的改进粒子群算法。(6)利用本文的反演技术，采用信息化施工技术预测水布垭高面板堆石坝施工期坝体变形及面板变形情况，并及时修正施工方案。(7)借鉴水布垭面板堆石坝的筑坝经验及反馈分析的结果，研究并探讨了200米级及其以上级别面板坝的变形控制问题。研究内容包括：坝体合理分区和料源选择问题；大坝填筑程序及面板浇筑程序控制问

7、题；施工期堆石体填筑强度控制问题；施工期堆石体变形模量控制问题；面板挠度控制问题等等。关键词：高面板堆石坝；参数反演；改进粒子群算法；神经网络模拟器；资料解耦；变形预测；信息化施工；变形控制；原型观测2lbstractAbstractEaIrth-rockd锄hassomeobviousadVantages，suchasitslowercost，shorterperiodofconstmction，localmaterialusedadequatelyanditsadaptabili够forVariousfoundationsetc，soitw

8、ouldbeadoptedwidelyinfuturehydroelectricpowerdeVelopmentofourcoun仃y．Asthein