[发明专利]基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法

权利要求书

1.基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一、收集监测资料：根据库水位运行情况将监测数据整理成大坝位移和荷载样本，收集拱坝工程蓄水以来所有时间τ的大坝库水位H、温度T、变形δ的监测资料，并对数据进行可靠性分析，仅计入可靠的数据，随后根据库水位运行情况，分离出每次库水位由低水位升至高水位，即加载过程，以及由高水位降至低水位，即卸载过程，提取出每次加卸载过程中起始时间和终止时间的大坝位移和荷载监测数据作为研究样本；

步骤二、计算每次加卸载过程中的大坝变形综合模量E：

假定每次加卸载过程，拱坝处在线弹性变形范围内，则拱坝结构三维有限元模型的整体平衡方程为：

[K₀]{δ₀}＝{R} (式1)

式中，[K₀]为整体劲度矩阵，{δ₀}为结点位移列阵；{R}为结点荷载列阵；

每次加卸载过程中，结点位移列阵{δ₀}由步骤一整理的拱坝变形监测数据δ表征，结点荷载列阵{R}由步骤一整理的库水位H和温度T表征，固定基岩变形模量参数，引入大坝变形综合模量E表达宏观变形和荷载之间的关系，则(式1)可以表示为：

E[L]{δ₀}＝{R} (式2)

式中，[L]为表示拱坝和基础几何形态、坝体坝基弹性模量比的相关量，其他因子含义同上；

在固定的荷载作用下，坝体位移与大坝变形综合模量E为一一对应关系，并且成反比例关系，针对在某一加卸载过程，通过拱坝变形δ差值，结合水位H、温度T变化，可以反演得到唯一的大坝变形综合模量E。形成大坝变形综合模量序列E(k)＝[E₁，E₂，...，E_k]，其中k为库水位加卸载过程的研究样本数；

步骤三、制定大坝变形综合模量的趋势性评价因子：

按照公式F_i＝ABS((E_i+1-E_i)/E_i)将大坝变形综合模量序列转化为趋势性评价因子序列F(K-1)＝[F₁；F₂，...，F_k-1]，其中ABS(·)为绝对值函数；

步骤四、根据大坝变形综合模量趋势性评价因子的稳定和收敛特性，判定拱坝工作状态，从而拟定库水位变化速率：

制定大坝变形综合模量趋势性评价因子收敛评价标准S为1％，如果反演得到的加卸载过程大坝变形综合模量离散型较大，趋势性评价因子F_i值普遍大于1％，则说明拱坝仍处于应力应变调整阶段，仍需严格控制库水位变化速率，仅考虑拱坝结构安全的情况下，库水位速率控制在1～3m/d；如果经过历次库水位加卸载过程，大坝变形综合模量趋于收敛，趋势性评价因子F_k-2和F_k-1都小于1％，则说明拱坝坝体与坝基的应力应变调整已基本稳定，拱坝呈线弹性工作状态，日变化速率可以适当调大至4～6m/d。

2.如权利要求1所述的基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法，其特征是：步骤二形成的大坝变形综合模量序列，先根据需求拆分为库水位加载过程序列[E_加载1，E_加载2，...，E_加载m]和卸载过程[E_卸载1，E_卸载2，...，E_卸载n]，然后应用步骤三和步骤四以区分明确库水位加载速率和卸载速率，其中m为加载过程的研究样本数，n为卸载过程的研究样本数。

3.如权利要求1所述的基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法，其特征是：步骤四中整理的大坝荷载样本，包括影响大坝变形的所有荷载，包括库水位、温度和谷幅变形。

4.如权利要求1所述的基于拱坝工作状态评价的库水位变化速率的确定方法，其特征是：步骤四制定的大坝变形综合模量趋势性评价因子收敛评价标准S根据监测数据误差工程实际工作特点进行调整，取值不大于5％。