[发明专利]一种基于响应面法的高堆石坝瞬变流变参数反演方法

权利要求书

1.一种基于响应面法的高堆石坝瞬变流变参数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：结合大坝施工分级及坝体材料分区建立堆石坝三维有限元模型；

步骤2：使用正交实验设计方法进行各材料分区堆石料瞬变的敏感性分析，选取敏感性较强的瞬变参数和流变参数共同作为待反演参数；

步骤3：材料静力模型选用邓肯EB模型，流变模型选用南科院五参数模型，用特定形式的响应面方程表示计算参数与有限元模拟得到的沉降量之间的非线性关系，通过若干次有限元计算求解该方程的待定系数，从而建立沉降量与计算参数之间的映射关系；

所述的特定形式的响应面方程为：

其中，k表示测点编号，表示第k个测点的沉降量；分别为无量纲化后待反演的瞬变参数矢量和流变参数矢量；N和M分别为EB模型和流变模型中待反演的参数的个数；a、b_i、c_i、d_j、f_j为该响应面函数中待确定的系数；

步骤4：采用遗传算法同时反演瞬变参数和流变参数，由响应面方程代替有限元分析，以计算沉降量与实测沉降量的均方根误差最小为目标函数，得到一组最优的计算参数，即为反演结果。

2.根据权利要求1所述的基于响应面法的高堆石坝瞬变流变参数反演方法，其特征在于，步骤1中所述堆石坝三维有限元模型为：在ANSYS中用solid185单元创建的三维有限元模型，在模型中按照坝体材料分区情况赋予不同分区各自的材料参数用于有限元计算。

3.根据权利要求1所述的基于响应面法的高堆石坝瞬变流变参数反演方法，其特征在于，步骤2中选用正交试验设计法对材料瞬变参数进行敏感性分析，其具体实现包括以下子步骤：

步骤2.1：选取试验指标；

根据参数敏感性分析中试验指标的选取原则，以坝体最大竖直向位移作为参数敏感性分析的试验指标；

步骤2.2：确定实验因素和因素水平；

结合堆石体材料的性质，选取邓肯EB模型中内摩擦角围压相对于标准大气压增大10倍时的内摩擦角递减量破坏比R_f、切线模量系数K、切线模量指数n、材料常数K_b、材料常数m共7个参数进行敏感性分析，以室内试验参数为基础，在敏感性分析中每个计算参数按照正负20％的增减量作为3个试验水平；

步骤2.3：选择正交表设计实验并进行计算；

根据试验因素个数和因素水平数，选择L₁₈(2*3⁷)正交表安排试验，根据设计的样本分别进行有限元计算，提取各次计算中的坝体最大沉降值；

步骤2.4：计算结果分析；

对坝体最大沉降值进行极差分析，极差越大则表明该因素的水平改变对试验指标的影响越大，即该因素的敏感性越大；由此确定静力EB模型中较为敏感的四个参数和流变参数一起作为待反演参数。

4.根据权利要求1所述的基于响应面法的高堆石坝瞬变流变参数反演方法，其特征在于，步骤4中选取大坝的竣工期、蓄水期及运行期的变形作为研究对象，采用等权重法综合考虑大坝三个特征时刻的位移，构造的目标函数为：

其中，T为所选用测点的总个数；k代表观测点的编号，q代表特征时刻的编号，q＝1、2、3分别代表竣工期、蓄水期和运行期；S_kq(x)为第k个观测点在第q个特征时刻对应的响应面函数；S'_kq为第k个观测点在第q个时刻的实测值。