碾压混凝土坝渗流时空多尺度演变特性及监控方法研究

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

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

重点针对混凝土坝稳定安全性时空多尺度分析与监控方法主题，考虑到库水压力、温度、渗流、基岩、周围环境、施工等复杂因素以及监测系统或监测仪器出现各类故障等不确定因素的作用，开展复杂因素作用下混凝土坝稳定安全性多尺度数据估计研究，提出混凝土坝稳定安全性监控多尺度数据估计预测方法；鉴于坝基内多条相互切割交错的断层或软弱夹层以及各滑动面的材料力学性质及计算参数的差异性，开展复杂因素作用下混凝土坝稳定安全性随机动态分析模型研究，建立混凝土坝整体抗滑稳定的时空四维转异诊断模型及尖点失稳判据；基于多源信息融合的思想，利用混凝土坝运行过程中各种性能参数和环境动态监测信息，开展多因素协同作用下混凝土坝稳定安全性监控信息集成融合推理分析研究，构建混凝土坝稳定安全性多源信息实时监控推理分析体系，研发多源信息集成融合推理分析系统实时监控大坝运行，为混凝土坝健康长效服役和防灾减灾提供源头技术支持和科学依据。

近年来，随着我国政治、经济、文化与社会活动日趋活跃，大型活动已经成为促进经济发展和文化交流的重要载体，对大型的群体活动的有效监控成为城市管理必不可少的一部分。本课题利用流体动力学和因果关联性分析的相关理论，对多源大尺度群体监控问题进行研究，揭示多源大尺度群体事件的演化规律。提出了基于视频结构特性分析的时空域特征提取算法、人群行为异常感知及因果事态推演建模分析、实现不同尺度群体的密度、分布及运动结构重要特征描述及异常行为的快速高效感知。课题研究期间，共发表主要期刊论文7篇，国际会议8篇（获得1篇最佳会议论文奖），申请国家发明专利9项（已授权2项），培养博士研究生3人，硕士研究生4人。结合实际城市公共安全图像监控系统的实战应用，在上海市公安局搭建了高清图像监控基于多源监控视频大尺度群体异常行为感知系统演示平台，并设计有效的针对人群分析的半自动基础数据标注系统。本课题对提高我国群体性事件的防控能力，实现城市公共安全智能化、信息化管理具有重要的理论意义和现实意义。