[发明专利]一种高心墙堆石坝变形参数反演方法

说明书

本发明公开了一种高心墙堆石坝变形参数反演方法，涉及高心墙堆石坝监测技术领域。选取合适的反演时段，采用了响应面法构建了目标优化函数，引入模拟退火算法来对目标优化函数进行迭代优化，能够用于高心墙堆石坝变形参数反演分析模拟，为更加准确的进行数值模拟提供技术支撑。解决了传统高心墙堆石坝变形参数反演分析方法中的两点弊端：一是大量的有限元计算造成的反演效率低的问题；二是反演分析有限元计算中，未计算蠕变变形，把瞬时变形当成总变形与监测值作比较进行反演参数优化，从而导致反演得到的瞬时变形参数偏大的问题。

技术领域

本发明涉及高心墙堆石坝监测技术领域，特别涉及一种高心墙堆石坝变形参数反演方法。

背景技术

堆石坝是用块石、砂砾石等作为主体材料，经抛填或碾压而成的土石坝。坝体由作为支承的堆石和防渗体及他们之间的过渡层、反滤层组成。土质心墙可以与坝基内垂直和水平防渗体系相连接，因此，由土质心墙作防渗体的堆石坝，可以在深厚覆盖层上修建，是高、中坝常用的坝型。

在我国西部水电开发中，在建和已建的很多高心墙堆石坝所处的地形、地质环境复杂，坝体与地基载荷大、应力水平高，大坝与基础变形机理复杂，坝体开裂风险高，调控难度大。对于正在运行的心墙堆石坝，由于坝体和坝基材料的蠕变特性，大坝的变形往往历时多年才会达到稳定。实际工程中虽然布置了变形监测点，能够真实反映大坝的变形特性，然而监测点数量有限，只能捕捉到大坝局部变形特征。因此如何全面反映大坝整体变形特性，并准确地预测大坝变形发展，从而提前做好变形调控措施至关重要，一般采用数值模拟技术来实现这个目的。

数值模拟是依靠电子计算机，结合有限元软件，通过数值计算和图像显示的方法，实现对工程问题进行研究的一种方法。在此项目中，通过数值模拟技术可以全面反映大坝整体变形特性，并预测大坝变形发展规律，从而更好地调控大坝运行。然而在数值模拟过程中，选取的高心墙堆石坝数值模拟参数是否合适直接关系到模拟结果的准确性，而这些参数一般是通过室内试验或者工程类比的方法获得，室内试验由于尺寸效应以及样本与现场坝体的真实受力状态差别较大，并不能代表坝体结构的真实参数。因此，通过反演分析技术获得坝体结构的真实参数是一种有效途径。

目前，高心墙堆石坝变形参数的主要反演分析方法是以试验参数或类比值为基准值，在变形参数范围内改变参数取值，然后代入有限元计算，并将计算得到的结果与监测值作比较，计算结果与监测值越接近，取的参数越接近真实参数，也就是反演参数值。每取一组参数，就要进行一次高心墙堆石坝变形有限元计算，因此，该方法需要大量的有限元计算，效率较低。另外，根据高心墙堆石坝的运行特点，坝体结构产生的总变形是瞬时变形和蠕变变形叠加的结果，而目前反演分析有限元计算中，往往只计算瞬时变形，把瞬时变形当成总变形与监测值作比较进行反演参数优化，从而导致反演得到的瞬时变形参数偏大。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种高心墙堆石坝变形参数反演方法，解决了传统高心墙堆石坝变形参数反演分析方法中的两点弊端：一是大量的有限元计算造成的反演效率低的问题；二是反演分析有限元计算中，未计算蠕变变形，把瞬时变形当成总变形与监测值作比较进行反演参数优化，从而导致反演得到的瞬时变形参数偏大的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种高心墙堆石坝变形参数反演方法，包括以下步骤：

S1：结合心墙堆石坝的地质剖面图和变形监测布置图，建立心墙堆石坝三维有限元模型，并根据沉降仪埋设位置，在有限元模型中相应位置布置节点；

S2：进行参数敏感性分析，即从若干材料力学参数中选取对变形敏感的参数，即得到待反演参数；

S3：运用均匀设计方法设计待反演参数样本；

S4：将步骤S3中得到的待反演参数样本输入步骤S1中建立的三维有限元模型中，进行有限元计算，得到变形值样本；