碾压混凝土坝服役性态演化规律及融合诊断方法研究

The construction interfaces of roller compacted concrete (RCC) dam are the main degradation parts for dam behavior. Previous research of the applicant has indicated that construction interfaces status is the important basis in dam safety status evaluation. Systematical research on the evolution and comprehensive diagnosis of RCC dam service behavior is relatively less. The applicant will combine the research methods of theoretical analysis, numerical simulation, model tests and prototype observation, study the gradual change principle of main physical parameters in construction interfaces and the deflection compatibility mechanic characteristic of the noumenon and effect zone, establish the simulation analytical models which can describe the mechanic characteristic of the noumenon and effect zone, and reveal the relationship between mechanical behavior and underlying factors in operational RCC dam. By analyzing the functioning mechanism for the coupling of stress filed and seepage filed in RCC dam, the applicant presents a dam fluid-structure coupling analytical model and the methods of determining the key parameters based on parameters gradual change and degradation damages, so as to reveal evolution law of dam behavior in service. Furthermore, comprehensive utilization of dam multi-dimensional space-time information, the applicant builds the fusion evaluation index system of RCC dam work behavior, explores the technique of index reduction, combined weights and step integration among dam multi-source information, proposes the comprehensive diagnostic methods of RCC dam service behavior with the technology of multi-source information fusion, and forms the foundation for operational behavior diagnosis and management decision of RCC dam.

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。

碾压混凝土坝施工层面是坝体性态劣化的主要部位，其服役期受静动力荷载与不确定环境因素协同作用，层间材料性能演化是加剧大坝局部结构和整体性态衰减的重要因素，是一种导致大坝安全裕度降低的时变不可逆过程，如何利用大坝多源时空监测信息把控结构服役性能演化态势安全与否，是坝工领域亟需解决的科学技术问题。.本项目以运行期碾压混凝土坝为研究对象，通过理论分析、数值仿真、模型试验与原位观测相结合的研究方法，从其坝体结构宏观力学行为角度，在考量碾压混凝土坝服役性态演化程度的基础上，融合多源时空信息对其运行性态实施了综合诊断。其主要研究成果：（1）在分析大坝碾压层物理参数渐变特性的基础上，构造了表征层内本体和层面影响带力学参数的连续分布规律函数及其流变协调关系，建立了碾压混凝土坝切法向并层等效力学行为仿真分析模型，提出了基于GA-APSO混合罚模型的大坝结构力学参数优化反演方法；（2）通过对坝体渗流场和应力场耦合机理分析，建立了考虑层内参数渐变的碾压混凝土坝流固耦合分析模型及参数确定方法，并编制了相应计算程序，为分析运行期混凝土坝力学性能演化规律提供了新途径；（3）构建了碾压混凝土坝服役性态安全综合诊断体系，就其关键监测指标（变形、渗流等）时间序列，从层面渗流滞后与时变特性、序列残差效应等多个视角，分别建立了考虑滞后与时变双重效应的碾压混凝土坝渗流监控模型，顾及大坝位移残差序列混沌效应的GA-BP预测模型和蛙跳式组合监测模型等，并给出了具体定性和定量指标的隶属度及赋权方法，提出了基于信息融合的碾压混凝土坝工作性态融合诊断模型，发展了融合多源时空信息的碾压混凝土坝服役性态综合判诊方法，其相关研究成果为部分碾压混凝土坝安全监控给予了技术咨询，亦为相关水工结构运行性态评判提供理论与技术支撑。.在该项目资助下，发表学术论文25篇，其中SCI论文3篇【JCR一区2篇、二区1篇】，EI收录8篇，培养硕士研究生8名，项目达到了预期研究目标。