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混凝土面板堆石坝结构分析与优化设计研究

蔡新  
【摘要】:混凝土面板堆石坝是水工结构中重要坝型之一,且在近三十年来发展迅速。但该坝型的设计仍处于经验阶段,尚无成熟的设计理论。为提高设计质量、设计水平和设计效率,更好地挖掘潜力,节省材料,并实现设计的自动化,首先必须了解大坝在各种情况下的工作性态,其次对如何求得安全可靠和经济合理的设计方案进行研究。本文在系统阐述该坝型的发展过程和设计研究现状的基础上,针对其本身的结构特点、受力特点及工程安全、经济、适用的要求,着重研究了以下几个方面: (1) 混凝土面板堆石坝的确定性分析与优化。系统介绍了混凝土面板堆石坝稳定分析和有限元静动力分析方法,建立了合适的优化设计数学模型,引入区间数学方法进行优化设计研究,并和数学规划方法研究成果进行了对比分析,取得了很好的效果。 (2) 混凝土面板堆石坝的反分析与信息化施工。首先对混凝土面板堆石坝材料参数进行敏感性分析,在此基础上根据实测的位移资料,建立混凝土面板堆石坝反演分析模型,并进行大坝施工期和运行期工作性态的信息化预报,从而指导施工填筑和蓄水运行,确保工程安全。 (3) 混凝土面板堆石坝的不确定性稳定分析。探讨了混凝土面板堆石坝结构设计中存在的不确定性因素,阐述了广义可靠性的概念和结构模糊随机可靠性分析的理论与方法,将模糊随机可靠性分析理论应用于混凝土面板堆石坝的稳定分析中,建立了混凝土面板堆石坝坝坡稳定的模糊随机可靠性分析的数学模型。根据模型的特点,引入了遗传优化新算法寻找最小可靠指标。 (4) 混凝土面板堆石坝的不确定性优化设计。根据混凝土面板堆石坝结构设计问题中目标函数和约束条件所具有的不确定性性质,阐述了结构模糊随机优化设计的理论和方法。将模糊随机优化设计理论引入到混凝土面板堆石坝结构设计中,建立了混凝土面板堆石坝模糊随机优化设计的数学模型,并采用满足度法求解,得出安全可靠和经济合理的设计方案。 (5) 对梅溪覆盖层地基上混凝土面板堆石坝和成屏一级混凝土面板堆石坝工程实例进行了分析和优化设计研究,得到了具有重要参考价值的合理可信的研究成果。


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