混凝土坝稳定安全性时空多尺度分析与监控方法

According to the subject of "Time and space multi-scale analyzing and monitoring methods on concrete dam stability safety", the representation of effect monitoring information will be proposed in the wavelet domain. And multi-scale transform will be taken on concrete dam stability safety monitoring system. Moreover, the statistical distribution law of scale coefficients of monitoring effects will be studied. On the basis, combined with noise monitoring data and priori information of effects, the multi-scale data estimation reduced order model will be put forward take into account complicated factors such as water pressure, temperature, seepage, bedrock, constriction and other complex factors , as well as various uncertain factors and failures of monitoring system or instruments. In view of many stagger faults or weak interlayers in dam foundation, the difference of material mechanical properties and calculated parameters of each sliding surface, the stochastic dynamic analysis model will be built under the influence of those complex factors. And the relationship between dam aging deformation field and its stability against sliding will be researched. Furthermore, the space-time four-dimensional field abnormality diagnostic model, diagnostic indicators and cusp instability criteria on the overall stability against sliding of concrete dam will be established. Based on the idea of multi-source information fusion, it will be made full use that dynamic monitoring information of various performance parameters and environment during long-term operation of concrete dam, whose long-term cumulative effect will be mined. Then it will be proposed that information integration and reasoning analysis theory and methods based on long-term service state detection , monitoring and assessing. Moreover, concrete dam stability safety multi-information fusion hierarchy will be built, the information fusion model will be proposed and the real time fusion reasoning mechanism will be constructed. At last, concrete dam long-term service stability safety multi-information integration reasoning system will be developed to provide technical support and scientific basis for long-term service of concrete dam.

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。

我国在复杂地质环境中修建的混凝土坝越来越多、越来越高，如已建成的小湾、锦屏一级、三峡、龙滩、向家坝等，这些大坝受到多重环境因素与荷载因素的长期作用，其稳定安全性受控于多因素协同作用下材料与结构的交互响应，同时受到了设计、施工、运行管理等的影响。随着以人为本、和谐社会的工程开发理念的不断深入，国家和社会对涉及能源与公共安全的大坝健康服役提出了更高的要求。因此，开展对混凝土坝稳定安全性的研究，对有效降低混凝土坝运行风险、增强溃坝洪灾防控能力等具有十分重大的意义。.本课题综合应用坝工理论、数学和力学理论、原型监测、数值仿真计算、数据挖掘和系统开发技术等理论和方法，围绕“混凝土坝稳定安全性时空多尺度分析与监控方法”主题，从混凝土坝安全监测多尺度数据估计模型、混凝土坝稳定安全性随机动态分析模型、重力坝稳定安全性时空四维分析方法、库盘变形影响下的高拱坝稳定安全性分析、混凝土坝稳定安全性信息集成融合推理分析方法等方面开展了深入研究，成果包括：①提出了利用最优估计理论进行监测数据奇异值诊断方法，采用均值漂移方法进行了修正，引入时间尺度变量，构建了监测效应量的多尺度估计模型以监控混凝土坝运行性态；②研究了混凝土坝工程材料时变特性的随机场分析方法，利用随机有限元法计算了混凝土坝效应场，据此建立了基于递阶对角神经网络混凝土坝稳定性随机动态分析模型以反馈设计、施工和运行；③建立了坝基渗流演变时序模型，提出了重力坝深层抗滑稳定分析的改进分项系数法及其相应的失稳判据，并构建了重力坝运行稳定性时空四维分析模型及其失稳判据以分析混凝土坝稳定安全性；④通过构建库盘大尺度模型、近坝区小尺度模型和裂缝细尺度模型，分析了高拱坝库盘变形影响因素及变化规律，据此研究了库盘变形作用下混凝土坝安全度及坝内裂缝稳定性；⑤构建了混凝土坝稳定安全性信息融合层次结构与融合模型，提出了混凝土坝稳定安全性信息集成融合推理分析方法，开发了混凝土坝稳定安全性信息集成融合推理功能模块，为提高决策的可靠性和准确性提供了辅助作用。.上述研究成果为混凝土坝健康长效服役和防灾减灾提供了源头技术支持和科学依据，可使混凝土坝在安全运行的前提下充分发挥工程效益，并对提高我国混凝土坝设计、施工和管理水平具有重要的科学价值。