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沥青混凝土心墙堆石坝施工仿真理论与应用研究

陈永兴  
【摘要】:近年来,随着我国水工沥青混凝土应用技术的迅速发展,相继建成了一批大型沥青混凝土心墙坝。工程既具有传统高堆石坝的工期紧、施工强度高、机械种类多、约束条件复杂等特点,又有其特有的施工工艺流程和控制准则。这给合理地施工进度安排带来了挑战。为解决以上问题,现阶段普遍借鉴粘土或砾石土等传统心墙堆石坝的施工仿真理论进行机械设备优化配置及施工多方案的比选。然而,原有的仿真模型不能突出沥青混凝土心墙堆石坝施工作业机理方面独有的特点。为此,本文紧密结合沥青混凝土心墙堆石坝工程施工组织设计中施工进度的分析与控制问题,开展了沥青混凝土心墙堆石坝施工仿真理论及应用研究。提出了沥青混凝土心墙堆石坝施工全过程动态仿真技术与施工总布置虚拟交互仿真技术,实现了对大坝填筑施工进度的精确预测、施工多方案的优化和施工场地总布置的高效集成管理与分析。本文的研究成果主要包括: (1)综合考虑堆石坝坝型选择中的多种复杂影响因素,建立了分层次的堆石坝坝型优选模型;结合某实际水电站工程,针对堆石坝坝型设计中三种常见的坝型—面板堆石坝、砾石土心墙坝和沥青混凝土心墙坝,分别利用AHP方法和TOPSIS方法对模型进行了求解,确定了沥青混凝土心墙堆石坝为最优的坝型方案。 (2)详细描述了沥青混凝土心墙堆石坝的施工作业机理,对其受多因素影响的复杂施工系统进行了分解协调;综合考虑施工过程中的复杂约束条件,建立了沥青混凝土心墙堆石坝施工动态仿真的数学逻辑关系模型;针对沥青混凝土心墙堆石坝施工工艺的特点,详细分析了施工全过程动态仿真的模拟策略和方法,为揭示沥青混凝土心墙堆石坝施工过程的内在复杂规律提供了理论基础;在此基础上,研发了沥青混凝土心墙堆石坝施工仿真系统,为施工管理人员提供了有效的辅助分析工具,并为高标准的沥青混凝土心墙堆石坝的建设提供了有力的技术支持。研究成果成功应用于某实际工程,验证了模型的合理性和方法的有效性。 (3)针对传统的二维施工场地总布置分析方法存在的局限性,通过分析施工场地总布置各个子系统的协调关系,开展了网络环境下水电工程施工场地总布置三维可视化虚拟仿真技术研究,并研发了以Internet为媒介的基于Unity3D引擎的施工总布置远程交互虚拟仿真系统,为施工管理人员提供了一个良好的数字分析平台。


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