基于层面特性的碾压混凝土坝工作性态演变分析方法

碾压混凝土坝结构独特、影响因素众多，导致其工作性态演变过程的复杂性，目前突出碾压混凝土坝含有施工层面的结构特点，对其工作性态演变分析方法的系统研究还不够深入。鉴于此，本项目综合应用试验、理论分析、数值模拟成果，充分利用安全监测资料，开展碾压混凝土坝工作性态演变机理和规律研究，提出层面厚度和渗透系数等参数的确定方法，开发综合反映碾压混凝土坝层面影响的有限元结构分析程序，建立渗流、变形等工作性态演变分析模型，揭示渗流、变形等工作性态演变的机理和规律，探究渗流、变形等性态变化趋势的表征方法，以及相应的状态判别方法；在此基础上，研究多效应量融合的碾压混凝土坝工作状态变化综合评判方法，构建碾压混凝土坝工作状态变化的多层次综合分析指标体系，提出不确定性的描述和度量方法，及不确定性因素交叉关系的处理方法，对碾压混凝土坝工作状态变化进行全面评判和监控，为碾压混凝土坝有效维护和正确调度提供科学依据。 2100433B

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。

碾压混凝土坝建造施工技术作为近20多年来采用的新型筑坝技术，正契合了我国大规模水电工程建设的发展需求，在诸多的大坝建设中得到广泛运用。由于筑坝技术的特殊性，存在大量施工层面，碾压混凝土坝碾压层面渗流变异引发的大坝安全隐患问题。本项目针对碾压混凝土坝材料和结构的特点，基于碾压混凝土坝试验资料、原型观测、监测资料，综合应用理论分析、数值模拟、工程类比等手段，重点针对碾压混凝土坝渗流空间分布和时间演变规律以及渗流实时监控模型和监控指标两个关键科学问题，提出碾压混凝土坝渗流时空多尺度演化特性及监控方法：研究碾压混凝土坝本体和层面渗透系数的变异特性，揭示碾压混凝土坝随渗透历时延长引起的时空演化规律，建立渗流安全监控模型，对监控指标进行较为系统的研究。预期在国内外重要期刊上发表学术论文5-8篇（其中SCI、EI、ISTP收录3篇）。

碾压混凝土坝在诸多的大坝建设中得到广泛运用，由于筑坝技术的特殊性，存在大量施工层面，碾压混凝土坝碾压层面渗流变异引发的大坝安全隐患问题。本项目针对碾压混凝土坝材料和结构的特点，基于碾压混凝土坝试验资料、原型观测、监测资料，综合应用理论分析、数值模拟、工程类比等手段，对碾压混凝土坝渗透系数的变异特性、时变特性以及渗流安全监控模型和监控指标等进行了较为系统的研究，取得了以下成果： （1）利用碾压混凝土坝的施工压实机理和渗透试验成果，分析了碾压本体和施工层面渗透系数的变异特性；对碾压混凝土坝常规渗流分析方法进行了探讨，采用层合单元和薄层单元仿真分析了坝体渗流场；据此研究并提出了碾压混凝土坝渗流场变异特性的数值分析方法。 （2）基于碾压混凝土坝渗流监测资料和渗透试验成果，研究了碾压混凝土渗透系数随时间的演变规律，并利用Gauss-Newton算法和随机爬山法以及Bayes参数识别方法，反演分析了碾压混凝土坝各部位的渗透系数，建立了碾压混凝土坝渗透系数时空分布模型。 （3）根据碾压混凝土坝本体和层面的渗流空间特性，研究并构建了本体和层面水压分量的表达式，建立了碾压混凝土坝渗压的确定性和随机安全监控模型和安全监控指标。 （4）根据碾压混凝土拌和物不同材料介电常数的差异性，以及介电常数与含湿率之间关系来计算拌合物含湿率，研发了一套适用于碾压混凝土自身重特点的含湿率测试仪器，并将研究成果运用于现场施工，提出高寒高海拔条件下的快速控制层间质量碾压施工方法。 2100433B