基于层面特性的碾压混凝土坝工作性态演变分析方法

The working behavior evolution of Roller Compacted Concrete (RCC) dam is complicated, because of its unique structure and many influencing factors. However, in consideration of the structure characteristics of construction interfaces, the systematic research on the analysis methods for working behavior evolution of RCC dam seems insufficient. In view of this, the evolution mechanism and rule of RCC dam working behavior using the measured data, with synthetic application of experiment, theory analysis and the numerical simulation results. The methods to determine the construction interface parameters including its thickness and permeability coefficient are proposed. The FEM program reflecting the influence of construction interfaces of RCC dams for numerical simulation is developed. The evolution analysis models of seepage and deformation are established to reveal the evolution mechanism and rule of RCC dam working behavior. The expressions to represent the variation trend and state of seepage and deformation are explored. On this basis, the comprehensive evaluation methods of RCC dam working behavior change with fusion of many effect variables are put forward. The multi-level index system of comprehensive analysis is set up. The description and measurement of the uncertainty is invistigated, besides, the cross relationship between much uncertainty is dealt with. The study of this project can be used to evaluate and monitor the working behavior evolution of RCC dams comprehensively, and provide scientific basis for effective maintenance and proper operation of RCC dams.

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。

碾压混凝土坝的概念自上世纪70年代提出至今，已成为发展最快的国际新坝型之一，我国在建、规划建设的碾压混凝土坝数量也在增多。但是，由于碾压混凝土坝发展历史相对较短，及其影响因素和变化过程的复杂性，针对碾压混凝土坝自身工作特点，对其渗流、变形等工作性态演变机理和规律的研究还不够深入。基于这样的研究背景，本项目结合实际施工过程中层面的处理方式，研究了层面的数值模拟方法，并建立了碾压混凝土本体和层面参数与碾压层等效参数之间的关系式，结合实测资料基于数值计算成果，构建了碾压混凝土坝变形和渗流演变分析模型，提出了变形和渗流演变趋势分析和状态判别方法；在碾压混凝土坝渗流、变形等性态评判的基础上，研究了包含变形、渗流、应力等效应量的多效应量综合评判方法，引入区间数理论描述综合评判过程中的不确定性，量化多个效应量之间存在的由于量纲不同、度量方式不同导致的不可公度性问题，并采用灰色聚类方法挖掘多指标、多层次之间的灰色关联，揭示不确定性因素之间的交叉关系。研究表明，结合工程实际施工中的间歇情况，提出的施工层面等效阔大处理方法，为碾压混凝土坝施工层面的模拟提供了一种新的思路，同时，基于对ABAQUS二次开发的有限元计算程序建立的碾压混凝土坝变形演变分析模型，相比于传统模型能更好地表征碾压混凝土坝变形性态的演变；碾压混凝土坝变形具有分形特征，可利用分形插值函数分析碾压混凝土坝变形变化趋势；基于碾压混凝土坝渗流表现出的混沌特性，相空间中最邻近点之间距离变化可用来表征碾压混凝土坝渗流演变；采用区间数表示碾压混凝土坝工作状态综合评判指标和指标权重，可有效处理综合评判过程中由于随机性和模糊性等引起的不确定性问题；通过灰色聚类方法挖掘多指标、多层次之间的灰色关联，从而建立的碾压混凝土坝工作状态综合评判模型，不仅可以直观地得出综合评判结果，还能挖掘各指标中的潜在危险因素，对全面监控碾压混凝土坝安全有重要意义。