[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

说明书

本发明公开了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：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；采用3D扫描技术，建立三维有限元动力分析模型；采用敏感性分析方法，确定待反演参数；拉丁超立方抽样方法对待反演参数取值，生成待反演参数组，动力计算，得到综合评价指标K‑RPD；利用响应面法，建立待反演参数与K‑RPD之间的隐式函数关系；采用蒙特卡罗方法，计算最优反演参数组Q_max1即为反演结果。本发明利用先进的全场全时序监测方法，解决了监测数据量小的问题；利用数学分析方法，建立了综合性指标，充分利用了多种类、全场、全时序的监测数据，解决了评价指标单一的问题。

技术领域

本发明涉及混凝土坝工程数值模拟分析领域，更具体的说，是涉及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。

背景技术

随着我国水资源的进一步开发利用，一批大型水利枢纽工程在西南的高地震烈度地区开工建设，大坝结构的抗震安全不仅影响水利枢纽工程功能和效益的正常发挥，而且对下游人民财产安全产生威胁。大型地震台实验作为一种结构抗震设计检验方法，能够模拟大坝在不同地震强度下结构的动力响应，揭示大坝在地震作用下的灾变机理，为结构抗震的优化设计提供了可靠的试验平台。然而，大型地震台实验作为一种破坏性试验，具有试验周期长、成本高等不足，为了充分挖掘地震台实验的潜在数据信息，提高地震台实验的利用价值，以混凝土坝物理模型地震台实验结果为标准，对混凝土坝物理模型的有限元数值模型参数进行反演修正，提高数值模拟在不同地震波类型，不同外荷载条件以及不同震级等工况下的预测精度，以实现可重复、低成本、高精度的混凝土坝地震数值模拟分析，具有十分重要的工程价值。

传统的参数反演方法主要可以分为直接法和间接法，通过少量实测的位移或加速度等数据，反演出结构的力学参数，进而修正数值模型以提高计算精度。目前结构工程研究普遍采用位移、加速度或者模态数据等少量的监测数据进行参数反演，在静力稳定性分析或者简单结构的动力分析中取得了良好的效果。但对于监测数据的采集、挖掘和利用存在不足，并且对于混凝土坝这一复杂三维结构的动力响应，仅仅依靠部分测点的位移与加速度数据进行参数反演，难以反应振动过程中结构的动态变化，造成大量数据信息的丢失的同时，也影响反演参数的精度，存在的监测数据量小、利用率低以及评价指标单一的不足。

用于反演的实测数据的种类和数量越多，反演分析的精度越高，因此，增加实测数据的种类和数量，改进反演分析的方法，是提高力学参数反演精度的有效途径。地震台实验作为一种室内试验，能够最大限度地获取实验过程中的测量数据，形成多源监测时序数据结构。

发明内容

本发明针对现有方法中存在的监测数据量小、利用率低以及评价指标单一的不足，提供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，利用先进的全场全时序监测方法，获得了更加完整的多源监测时序数据，解决了监测数据量小的问题；利用数学分析方法，对多源监测时序数据进行了深度的挖掘和利用，并建立了综合性指标，充分利用了多种类、全场、全时序的监测数据，解决了评价指标单一的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的基于多源监测时序数据的混凝土坝力学参数反演方法，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；

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；

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；