[发明专利]一种重力坝安全表面变形预警方法和装置

说明书

本发明公开了一种重力坝安全表面变形预警方法和装置，充分考虑水压、温度、地质条件和扬压力的综合作用，并考虑了大坝不同失效模式、典型失效性态、关键失效部位和敏感物理量，比现有基于极值统计的方法更有物理意义，比现有的数值计算方法更能考虑环境量等的非损伤影响，因而建立的预警指标更贴近实际，误差小，能够获得更佳的预警效果。本发明具有简单直观和物理意义明确、计算简单等优点。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种重力坝安全表面变形预警方法和装置。

背景技术

重力坝用于截河拦水，具有防洪、发电、航运等综合效益，一旦大坝失事后果极其严重，因此有效进行工程安全预警是降低工程安全风险的有效措施。坝面变形具有测值直观和易于采集等优点，特别是坝顶变形，因此基于坝体外部变形的工程安全预警方法与装置研究一直是大坝安全管理的重点和难点，尤其是现地适应野外现场条件的快速可靠的预警方法和装置。现地预警首先要解决的就是基于实测数据的预警方法问题，目前基于实测数据的预警方法主要包括基于典型监测量的小概率法、极值统计法和基于多元逐步回归的置信区间法等。前两种统计方法没有考虑大坝变形的物理机制，也没有充分考虑影响变形的水荷载、温度影响以及地质条件的作用，仅仅基于正态概率假设，缺乏工程实际背景和物理意义。后者尽管考虑了自变量因子的影响，但没有与具体大坝的失效(事)模式相结合，物理意义不明确，应用效果不佳。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种重力坝安全表面变形预警方法和装置，充分考虑水压、温度、地质条件和扬压力等的综合作用，具有简单直观和物理意义明确、计算简单等优点。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种重力坝安全表面变形预警方法，包括如下步骤：

步骤1，大坝运行环境、地质条件、结构材料和安全状态，通过失效模式分析确定重力坝可能出现的失效模式，同时确定水库上、下游水位及气温库水温度极限变动范围Ω；

步骤2，根据步骤1确定的可能失效模式，对各失效模式进行风险分析并排序，根据不可接受的风险确定敏感监测部位，确定敏感监测部位各失效模式的可监测物理量的破坏或失效准则，并根据可监测物理量类型和风险大小确定监测仪器位置、种类、数量和密度；

步骤3，获取各敏感测点的各监测项目实测数据的测值序列以及对应坝段坝面的变形测点测值序列，分别计算各敏感测点的测值序列以及各坝面变形测值序列的关联或相关系数，确定各失效模式与坝面最密切相关的变形测点；

步骤4，对于各失效模式的敏感测点与对应最密切的变形测点建立测值序列回归模型组；

步骤5，对于每一个失效模式将上述回归模型组转化为以关联最密切的变形测点X、Y和Z方向变形回归方程等号右端函数为目标函数、相应敏感测点可监测物理量回归方程等号右端函数及其失效准则为约束条件的极值问题，如某失效模式及对应某变形测点X方向变形建立的约束极值问题如下：

式中H_上为上游水深，H_下为下游水深，T_j(0≤j≤m)为第j只坝体或气温计测值，m为相应坝段基岩温度及气温计总数，t为时间，Ω为水库水位及温度相应变化范围，g_Mk(·)为第M种失效模式下第k个可监测物理量以(H_上，H_下，T_j，t)为自变量的对应回归函数，Ω_k为第M种失效模式下第k个可监测物理量的屈服、失效或破坏准则所对应的范围，第M种失效模式下对应最密切表面变形测点X方向变形的目标函数fMX(H_上，H_下，T_j,t)表达式如下：

无温度计实测数据时：