面板堆石坝安全监测关联管理系统研究

【摘要】：本文将大坝安全监测管理系统与地理信息系统（GIS）和有限元方法（FEM）相关联，面板堆石坝安全监测关联管理系统的研究主旨体现了不同学科先进技术的交叉综合应用。系统以可视化表现技术将监测项目涉及的仪器集成在地理信息系统中，将监测资料数据库和地理信息系统数据库采用关联技术，实现库间数据的析取、传输。系统内部关联了有限元分析程序，寻求大坝变形和应力数值解，可以实时预测“健康”坝体的正常响应。 本文主要工作如下： （1）分析建立了各种监测资料（实测资料、设计施工资料、工程及安全概况资料、水文资料等）数据库；通过数据的预处理功能，可以自动地进行可靠性的检验和误差检验；通过数据库系统管理，可以方便地提供资料分析调用。分析建立了基于关系数据库的分析数据库，解决了数据库之间数据析取、转储的问题。通过所建立的各种数学模型可以进行预报和监控。 （2）分析建立了监测模型，包括数种统计模型、确定性模型以及混合模型。随时间的延展及观测资料的不断积累可以自动对原模型进行修正，建立更符合水工建筑物活动规律的新模型。首次对坝工监测仪器建立了基于GIS的可视化管理系统，研究建立了监测资料数据库和GIS数据库的关联模型。 （3）提出了面板堆石坝安全监测关联管理系统的总体结构。首次将有限元结构分析程序嵌入管理系统中，并应用关联数据库计算坝体位移和稳定，用最小二乘法计算最佳应力。同时，综合应用变形分析和有限元结构分析的成果，对混凝土弹模和基岩变形参数进行反演，自动拟定安全监控指标。系统提供了绘制各种相应图表（包括各种立体图、剖面图、平面图等）的功能，并可自动绘制各种过程线图和数学模型成果图等，供管理人员方便地使用。 （4）基于系统识别原理和改进后的遗传算法，建立了堆石料物性参数反演的新方法。为提高遗传算法收敛速度，采用限制参数取值区间的方法选择初始群体，引入模拟退火的Metropolis接受准则，采取回火退火策略建立新解接受机制，为算法的全局收敛提供了理论保证。改进后的遗传算法解决了传统的遗传算法收敛速度慢以及容易陷入局部极值点的问题，具有精度高、反演速度快等较显著的优越性。 （5）对堆石料的流变性及其研究方法进行了评述，确定了流变模型参数方法，探讨了面板堆石坝流变分析的求解策略；给出了某面板堆石坝施工期及运行期面板温度场、温度应力和干缩应力全过程仿真分析的结果。