[发明专利]考虑参数不确定性影响的混凝土坝压实质量快速预测方法

说明书

本发明公开一种考虑参数不确定性影响的混凝土坝压实质量快速预测方法，主要步骤包括：构建原始数据集、建立评价指标体系、分析和量化不确定性、建立采用随机森林算法求解的质量快速评价模型、建立质量全坝面快速评价模型。考虑参数的不确定性，建立采用随机森林求解方法的全仓面压实质量快速评价模型，并通过压实质量分布云图进行直观表示，使碾压混凝土坝压实质量快速评价结果具有全面性和实用性。

技术领域

本发明属于水利水电工程施工领域，具体涉及一种考虑参数不确定性影响的混凝土坝压实质量快速预测方法。

背景技术

碾压混凝土坝融会了常态混凝土坝的结构优点和碾压土石坝的施工优势，具有机械化程度高、建设速度快、经济效益好等优点。因而碾压混凝土坝在全世界范围内得到了广泛的推广与应用。随着碾压混凝土坝筑坝技术不断发展与进步，其工程数量越来越多，筑坝工程规模也越来越大，施工技术要求越来越高，大坝的安全得到越来越广泛的关注，而施工质量的控制是碾压混凝土坝工程安全控制的重点。有关研究表明^[1]，碾压混凝土坝施工质量受压实度的影响程度非常显著。因此，对碾压过程中的压实质量进行实时、有效控制是保证大坝施工质量的关键环节。

目前碾压混凝土坝面压实度一般是通过核子密度仪、钻孔取芯等现场实验获取的。然而，仅通过现场随机选有限点取样来评定碾压混凝土坝压实质量往往由于取样点的随机性和不完备性，导致压实质量控制结果具有随机不确定性等特征；并且现场实验耗费时间长，个别监测点得到的压实质量不能反映全坝面的压实质量。

实时监控技术的应用极大地提高了碾压混凝土坝施工质量的控制水平。在堆石坝填筑实时监控技术的基础上，结合碾压混凝土坝的施工特点，钟登华等^[2-5]人提出基于全球定位技术(GPS)、通用分组无线服务技术(GPRS)、PDA技术和实时动态查分技术(RTK)的碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时监控系统，基于该技术实现了对行车速度、碾压遍数、压实厚度和激振力状态等碾压参数的全过程、精细化、在线实时监控，并在龙开口、黄登、丰满等碾压混凝土坝成功应用有效地提高了施工管理水平。

影响压实度的参数主要有碾压参数和混凝土属性参数。目前的研究主要为：林达^[6]等以碾压混凝土坝碾压施工质量实时监控系统得到的实测施工参数为基础，分析其与碾压混凝土压实度之间的相关性，并建立压实度的回归和人工神经网络组合模型，从而评价压实质量；刘东海等^[7]提出压实监测值CV(Compaction Value)作为碾压混凝土坝料压实质量的实时表征指标，通过分析指标与参数间的关系来验证指标的代表性；柳育刚^[8]针对高心墙堆石坝，分析了碾压参数、压实监测值、料性及压实度的相关性，并根据相关性的强弱，识别回归变量，进而利用逐步回归方法构建了压实度评估模型，并提出了碾压混凝土坝心墙区全仓面压实度实时评估方法，最后验证了模型的有效性。针对混凝土属性参数样本数量较少且具有不确定性的问题，大部分学者通过假设混凝土属性参数服从某种分布来生成样本^[9-10]，

现有研究中对压实质量进行评价的模型主要是人工神经网络、线性回归、非线性回归等，这些回归评价模型考虑了参数与压实度的线性或非线性相关关系，将各项参数与压实度指标进行较精确的拟合；但是这些模型往往忽略了影响参数所具有的不确定性，拟合精度也还有待提高。在坝体压实质量评价研究工作中，国内学者考虑混凝土料源特性对压实度影响的研究还较少，已有的研究也鲜有考虑坝体压实质量影响因素的不确定性对压实度的影响。如果不考虑碾压混凝土坝施工质量评价过程中存在的不确定性，施工质量评价的研究便难以得到发展，评价结果也容易与实际情况产生偏差。

因此在考虑碾压混凝土坝施工质量评价过程中存在的不确定性的基础上，采用稳定性好、不易过拟合、对噪声或过拟合不敏感、估计效果优且泛化误差小的随机森林算法建立压实质量快速评价模型，是实时压实质量控制的有效手段。

相关文献：