[发明专利]基于多源监测时序数据的混凝土坝力学参数反演方法

权利要求书

1.一种基于多源监测时序数据的混凝土坝力学参数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，采集混凝土坝物理模型在地震台实验过程中的多源监测时序数据；

其中，多源监测时序数据的采集类型和方法如下：

①运用基于3D显微变形测量技术的非接触全场应变测量系统，采用三维数字图像相关性运算法则，为混凝土坝物理模型提供三维空间内的全视野形貌和应变数据；

②运用Optotrak Certus光学测量系统，实时得到混凝土坝物理模型中每个靶点在不同时刻的三维空间坐标信息，进而得出靶点的位移、加速度数据；

步骤二，采用3D扫描技术，获取混凝土坝物理模型的细节数据，即高密度三维点云数据，构造混凝土坝物理模型的几何模型；结合混凝土坝物理模型的坝体分区、材料属性、边界约束条件、激振力荷载，建立混凝土坝物理模型的三维有限元动力分析模型；

步骤三，采用敏感性分析方法，确定敏感性较高的结构力学参数作为待反演参数；其中，待反演参数的确定方法优选为定量全局敏感性分析方法，即扩展傅里叶幅度敏感性分析法，具体实现步骤如下：

①采用拉丁超立方抽样方法对混凝土坝物理模型中不同材料的弹性模量、泊松比、摩擦角、粘聚力、密度参数进行抽样，生成n组混凝土坝力学参数T(t₁,t₂,...,t_m)，其中m代表参数的种类数，n≥65*m，将n组混凝土坝力学参数依次输入混凝土坝物理模型的三维有限元动力分析模型进行计算，得到n组模型的坝顶位移的动力响应结果；

②根据傅里叶级数，计算由参数t_i变化所得到的模型结果的方差表示为以及模型结果变化的总方差其中i＝1,2,...,m，j＝1,2,...,+∞，^E为傅里叶级数的频谱曲线，E为傅里叶变换系数，Z⁰为除0外的整数集合，w_i代表与参数t_i相关的频率；

③计算参数t_i的全局敏感性指数其中V_il,V_ilh,V_12...i...m，分别代表参数t_i在其他参数t_l、t_h变化影响下的耦合方差，l＝1,2,...,m，h＝1,2,...,m；

④对所有参数的全局敏感性指数进行从大到小排序，选取全局敏感性指数S_T.i＞β的参数作为待反演参数，β∈(0,1)；

步骤四，采用拉丁超立方抽样方法对待反演参数进行取值，生成用于拟合响应面的待反演参数组，将待反演参数组依次输入混凝土坝物理模型的三维有限元动力分析模型进行动力计算，得到相应的综合评价指标K-RPD；

步骤五，利用响应面法，建立待反演参数与综合评价指标K-RPD之间的隐式函数关系；

步骤六，采用蒙特卡罗抽样方法生成α组待反演参数，利用隐式函数关系代替有限元动力计算，得到相应的综合评价指标K-RPD，确定最大综合评价指标K-RPD_max1，对应的一组待反演参数作为最优反演参数组Q_max1；将最优反演参数组Q_max1输入混凝土坝物理模型的三维有限元动力分析模型进行动力计算，得到相应的综合评价指标K-RPD’_max1，若K-RPD’_max1≥K-RPD_max1，则当前最优反演参数组Q_max1即为反演结果；否则，返回步骤四重新计算，直到获得满足K-RPD’_max1≥K-RPD_max1要求的最优反演参数组。

2.根据权利要求1所述的基于多源监测时序数据的混凝土坝力学参数反演方法，其特征在于，步骤四中综合评价指标K-RPD基于多源监测时序数据获得，具体计算步骤如下：

①以加速度数据为例，在混凝土坝物理模型上选取s个特征点作为测量靶点，包括但不限于坝顶、坝踵、坝趾以及坝体高程三分之一处位置，在地震台振动试验中全程以一定频率记录靶点加速度数据，形成随时间变化的靶点加速度向量组作为测量数据；

②通过混凝土坝物理模型的三维有限元动力分析模型的动力响应计算，得出模型中对应靶点位置且对应时刻的节点加速度向量组A₁,A₂,...A_s，作为模拟数据，计算测量数据和模拟数据的均方根误差RMSE：

其中，N为在地震模拟过程中得到的数据采样点总数，q＝1,2,...,N。

③计算靶点的百分比偏差率RPD，作为模型拟合度评价指标：

由此，得到s个测量靶点的加速度评价指标，同样的，计算靶点的位移和应变数据，计算相应的RPD值，共得到3*s个基于多源监测时序数据的评价指标。

④根据待反演参数组的三维有限元动力分析模型的评价指标计算结果，利用熵权法，综合评价3*s个评价指标的权重，计算确定综合评价指标K-RPD。