沥青混凝土心墙坝流变参数反演分析研究

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用数值方法分析坝体形态进行模拟计算的必要性,已被我国水利界所认可,特别是在有限单元法面世之后,再次掀起了研究热潮。数学模型的合适与否以及力学参数的正确与否直接影响了数值计算的正确性和可靠性。心墙土石坝的填筑材料力学性能比较复杂,采用室内试验参数值进行数值计算的结果往往与实际测量的大坝真实工作性态有所出入。为了了解大坝的真实工作性态,本文利用监测资料对心墙坝进行参数反演分析工作,获得大坝的真实模型参数,对心墙坝相关研究、应用于实践等方面具有积极的理论意义和现实的工程意义。本文的研究内容主要如下:
  (1)通过阅读大量文献,对土石坝的建设现状、流变问题的研究现状以及岩土工程的反演分析研究现状进行了简要分析,在此基础上提出了沥青混凝土心墙坝流变参数反演分析问题。
  (2)展开了对土石坝流变变形机理的研究,详细阐述了土体和堆石的整个流变过程。从形成方法和各自分类等方面介绍了元件模型和经验模型这两大类流变本构模型,分析了这两大类模型的优缺点,从经验模型中选择了朱晟七参数模型作为本文的流变本构模型。
  (3)反演优化算法种类很多,分类的标准也各自不同,本文对当今岩土工程界比较常用的遗传算法、人工神经网络优化算法和模拟退火算法等多种智能反演方法做了简要阐述,并重点介绍了粒子群算法的基本思想和参数选取等,最后选择了单群体自适应粒子群算法作为本文的反演方法。
  (4)简单介绍了大型有限元计算软件ABAQUS,基于正交试验理论,借助ABAQUS软件对朱晟七参数模型中的流变参数进行了参数敏感性分析,选取了敏感性较强的三个参数c、α、ns作为反演目标参数,从而提高了反演计算效率。
  (5)最后依托于高洞子心墙坝,对其监测资料进行了整理分析,应用较合理的监测沉降值对上下游石渣区进行了三维有限元反演计算,并将反演结果与实测沉降值进行了对比分析,验证了反演参数的可靠性。
  (6)在以上工作的基础上对高洞子心墙坝下闸蓄水之前以及大坝维持在正常蓄水位稳定运行工况的坝体性态进行了预测。
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