混凝土坝服役性态安全监控多尺度分析理论及其应用内容简介

本书针对我国已建混凝土坝的数量和总高度均居世界首位的现状，围绕混凝土坝长期运行安全这一当前坝工技术的焦点问题，系统介绍了混凝土坝服役性态安全监控多尺度分析理论，并列举了相应的应用实例。全书共分9章，介绍了混凝土坝服役性态多尺度数据估计模型和随机动态分析方法，高拱坝库盘变形的空间跨尺度正反分析方法和裂缝损伤安全监控分析方法，坝基渗流性态的有规分形分析方法、演变和转异监控模型，重力坝服役稳定性可靠度安全监控方法以及混凝土坝服役性态多源信息集成融合推理方法等内容。

《博士后文库》序言

序

前言

第1章 绪论 1

1.1 混凝土坝服役性态安全监控的意义 1

1.2 本书主要内容 2

第2章 混凝土坝服役性态多尺度数据估计模型 5

2.1 概述 5

2.2 监测数据的奇异值诊断方法 6

2.2.1 奇异值分类及其模型描述 6

2.2.2 主元分析 7

2.2.3 奇异值诊断 11

2.2.4 奇异值校正 13

2.3 监测效应量的最优估计方法 16

2.3.1 最小方差估计 16

2.3.2 极大似然估计 18

2.3.3 极大验后估计 19

2.3.4 线性最小方差估计 19

2.3.5 最小二乘估计 21

2.4 监测效应量的多尺度数据估计模型 22

2.4.1 多尺度统计模型 22

2.4.2 多尺度数据估计模型 25

2.5 应用实例 31

第3章 混凝土坝服役性态多尺度随机动态分析方法 40

3.1 概述 40

3.2 混凝土坝材料特性的多尺度建模分析方法 40

3.2.1 混凝土材料特性的多尺度建模框架 40

3.2.2 混凝土多相细观力学特性分析方法 42

3.2.3 混凝土细观力学参数非均质随机分布模型 45

3.3 重力坝服役稳定性的随机动态分析模型 52

3.3.1 工程材料时变特性的随机场分析 52

3.3.2 重力坝服役荷载和效应的随机处理 55

3.3.3 基于递阶对角神经网络的动态分析模型 58

3.3.4 应用实例 64

3.4 高拱坝服役性态的等效模拟分析方法 71

3.4.1 高拱坝施工期黏弹性力学参数反演方法 71

3.4.2 高拱坝运行期极限承载能力等效分析方法 76

3.4.3 应用实例 83

第4章 高拱坝库盘变形的空间跨尺度正反分析方法 93

4.1 概述 93

4.2 库盘变形影响因素分析 94

4.2.1 坝体-坝基-库盘系统模拟的有限元方法 95

4.2.2 库盘变形的影响因素 99

4.2.3 库盘变形影响因素的权重分析方法 100

4.2.4 算例分析 102

4.3 库盘变形变化规律分析 106

4.3.1 库盘变形实测资料分析 107

4.3.2 库盘变形数值模拟分析 109

4.4 库盘变形对大坝结构性态影响分析 121

4.4.1 跨尺度模型构建方法 121

4.4.2 小湾双曲拱坝结构性态模拟分析 127

4.4.3 龙羊峡重力拱坝结构性态模拟分析 133

4.5 库盘变形对坝体裂缝稳定性的影响分析 136

4.5.1 薄层单元模拟方法 137

4.5.2 裂缝薄层单元等效弹性模量估算方法 139

4.5.3 应用实例 143

第5章 拱坝裂缝损伤安全监控分析方法 148

5.1 概述 148

5.2 高拱坝裂缝成因挖掘方法 150

5.2.1 高拱坝裂缝成因分析 150

5.2.2 基于粗集理论的高拱坝裂缝成因挖掘 153

5.2.3 应用实例 158

5.3 高拱坝裂缝稳定性安全监控方法 160

5.3.1 基于断裂力学理论的裂缝稳定性分析 161

5.3.2 基于小波理论的裂缝稳定性分析 164

5.3.3 基于典型小概率法的裂缝失稳警戒指标拟定 170

5.3.4 应用实例 172

5.4 高拱坝裂缝损伤尺度影响的分析方法 189

5.4.1 基于弹性补偿法的高拱坝极限承载能力分析 189

5.4.2 高拱坝裂缝损伤尺度对极限承载力的影响分析 202

第6章 坝基渗流性态的有规分形分析方法 219

6.1 概述 219

6.2 坝基断层渗流特性分析方法 220

6.3 坝基断层几何形态的有规分形模拟方法 224

6.3.1 分形特性与分形维数 225

6.3.2 断层单一表面的分形模拟 225

6.3.3 断层的开度分布模拟 232

6.3.4 断层的组合形貌 232

6.4 坝基断层面渗流特性的分形数值模拟方法 233

6.4.1 断层面渗透系数的确定方法 233

6.4.2 渗流场数值模拟方法 236

6.4.3 断层面渗流特性数值模拟试验 240

6.5 坝基蠕变损伤的力学特性分析 244

6.5.1 断层带蠕变损伤模型 245

6.5.2 坝基等效连续介质岩体黏弹性蠕变本构模型 256

6.5.3 断层面剪切黏弹塑性蠕变本构模型 258

6.6 考虑蠕变损伤的坝基渗流性态分析模型 259

6.6.1 坝基蠕变对渗流分形特性影响的数学模型 260

6.6.2 坝基蠕变与渗流耦合模型 262

6.6.3 应用实例 268

第7章 坝基渗流性态演变和转异监控模型 274

7.1 坝基渗流性态演变时序模型 274

7.1.1 考虑断层面分形特性的坝基渗透系数反演方法 274

7.1.2 坝基渗流演变规律和时序模型 283

7.2 坝基渗流安全监控模型 286

7.2.1 坝基测压管水位安全监控模型 286

7.2.2 坝基渗流量安全监控模型 298

7.3 坝基渗流监控模型优化方法 301

7.3.1 基于量子遗传算法的坝基渗流混合模型优化 302

7.3.2 基于小波神经网络的坝基渗流监控模型 305

7.3.3 基于最大熵的坝基渗流监控组合模型 307

7.3.4 应用实例 309

7.4 坝基渗流时效转异诊断模型 313

7.4.1 突变势函数 313

7.4.2 坝基渗流的灰色尖点突变模型 314

7.4.3 坝基渗流性态的转异准则 316

第8章 重力坝服役稳定性可靠度安全监控方法 317

8.1 概述 317

8.2 重力坝服役可靠度分析模式 318

8.2.1 重力坝服役稳定性风险因素识别 318

8.2.2 重力坝失稳破坏模式构成方式概化模型 322

8.2.3 基本随机变量的随机过程模型 323

8.2.4 考虑破坏模式相关性的串联系统可靠度算法 325

8.2.5 累积破坏模式形成的并联系统可靠度算法 327

8.3 重力坝服役可靠度模糊综合评价方法 328

8.3.1 模糊综合评判分析模型 328

8.3.2 重力坝服役可靠度计算 333

8.3.3 应用实例 335

8.4 重力坝服役稳定性的时空监控方法 338

8.4.1 重力坝深层滑动失稳分析方法 338

8.4.2 重力坝服役稳定性时效位移突变监控模型 345

8.4.3 应用实例 349

第9章 混凝土坝服役性态多源信息集成融合推理方法 352

9.1 概述 352

9.2 多源信息集成融合分析模型 353

9.2.1 多源信息集成融合分析结构 353

9.2.2 数据信息的模糊贴近度融合模型 355

9.2.3 关联信息的相似度融合模型 357

9.2.4 特征信息的GA-BP网络融合模型 360

9.2.5 决策信息的D-S证据理论融合模型 362

9.3 多源信息的相容方法集综合评价方法 368

9.3.1 相容方法集的确定 368

9.3.2 综合评价方法 371

9.3.3 可靠性分析 380

9.4 多源信息集成融合推理方法 382

9.4.1 黑板框架结构 382

9.4.2 推理分析结构 384

9.4.3 知识库和推理过程 385

参考文献 394

编后记 399 2100433B

重点针对多因素协同作用下混凝土坝长效健康服役主题，开展荷载与环境多因素协同作用下混凝土坝材料与结构交互演化机理研究，揭示混凝土坝长效服役性态的多因素协同驱动规律，创建服役机理的宏、微、细观多尺度融合研究理论；开展影响要素－工程质量－工程长效服役性态一体化研究，揭示工程质量的多要素组合作用规律和工程质量对混凝土坝服役性态的长效影响机理，提出工程质量监测与控制方法，构建长效服役的基础保障方法；综合考虑确定性与不确定性因素交互影响，研究混凝土坝服役性态监控与评估的时空四维场理论和方法，提出长效服役性态多指标组合预警体系，构建长效服役的预警理论与方法；基于长效服役风险管理理念，研究混凝土坝服役模式调控与补强修复方法，提出提升效果评估方法和决策优化模型，构建混凝土坝长效服役的提升方法。

恶劣环境中的混凝土在遭受不利荷载作用以及大坝自身材料老化等情况下，大坝会不可避免地存在某些隐患病害。

《混凝土坝变形性态监控理论与实践》基于混凝土坝原型监测资料和试验成果，综合运用小波分析、相平面、分数阶微积分、有限元等数学理论和方法以及力学和坝工知识，系统地论述了混凝土坝变形性态监控理论，并将研究成果应用于工程实际。具体涉及混凝土坝变形性态非线性动力学分析方法、混凝土坝变形特性数值分析方法、渗流场与应力场耦合作用下混凝土坝变形特性数值分析方法与混凝土坝变形安全监控模型构建方法等主要内容。书中研究内容为深入认知复杂荷载作用下混凝土坝变形性态演化机理和驱动规律、混凝土坝的安全监控和预警提供了理论依据与技术支撑。

碾压混凝土坝施工层面是坝体性态劣化的主要部位，申请人前期研究表明，层面状态是评判大坝安全性态的重要依据，目前有关碾压混凝土坝服役性态演化与诊断的系统研究相对较少。申请人拟采用理论分析、数值仿真、模型试验与原位观测相结合的研究方法，研究碾压层内主要物理参数的渐变规律及层面与本体变形协调力学特性，建立诠释坝体层面与本体力学性态的仿真分析模型，揭示在役碾压混凝土坝力学行为与其依存诸因素间的内在关联；更进一步，通过对坝体两场耦合作用机理分析，研究并提出基于参数渐变与劣化损伤的坝体流固耦合分析模型和关键参数的确定方法，以期揭示碾压混凝土坝服役性态演化规律；综合利用现役大坝的多维时空信息，完善构建碾压混凝土坝工作性态的融合评价指标体系，探究大坝多源信息中指标约简、融合权重与梯阶逐层集成技术，提出融合多源时空信息的碾压混凝土坝服役性态综合诊断方法，从而为服役期碾压混凝土坝的性态诊断、管理决策奠定基础。