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神经网络模型在大坝位移监测中的应用分析

2021-11-24吕德浩

黑龙江水利科技 2021年11期
关键词:石坝坝体大坝

吕德浩

(林口县水电开发总公司,黑龙江 林口 157699)

1 绪 论

土石坝变形监测研究具有重要意义,主要包括变形监测、渗流监测、环境量监测及应力应变监测等内容。变形监测为坝顶和坝基的水平向位移和竖直向沉降,挠度及裂缝开合度等观测。垂直位移主要包括:初始沉降,固结沉降和次固结沉降[1]。一般在施工期变形较明显,主要影响因素为坝体自重增加,蓄水期沉降逐渐收敛稳定。

2 土石坝监测模型原理

土石坝蓄水期竖向位移影响因子主要包括水压分量δH、温度分量δT和时效分量δθ[2],大坝节点沉降变形表达式为:

δ=f(δH)+f(δT)+f(δθ)

(1)

坝体变形的映射关系式建立如下:

δ=F(δH,δT,δθ)

(2)

2.1 水压分量δH

坝体上游面水压力可分为水平力和竖直力,沉降和上游水位高度的几何次方呈线性关系。水压分量式为:

(3)

式中:H为上游水位高度,H0为日水深(i=1-3);m1i、m2i影响因子系数。

2.2 温度分量δT

坝体温度变化主要来源为外界环境因素,即环境温度和水温变化,温度分量δT表达式为:

(4)

2.3 时效分量δθ

时效分量δθ表达式为:

δθ=c1θ+c2Inθ

(5)

式中:θ为监测累计天数;c1、c2为影响系数。

土石坝竖向位移模型因子集的数学表达式为:

(6)

3 工程实例

3.1 工程概况

某心墙土石坝最大坝高98.30m,坝长 275.80 m,水库总库容4.87×108m3,该枢纽主要工程效益为发电,兼具灌溉、防洪等生态功能[3]。大坝竖直向安全监测资料选用2008年1月1日-2010年1月1日的坝体垂线人工监测资料(节选数据见表2),基准日期为1998年12月15日。测点设定为大坝下游15.8m的D3-4、D4-4、D5-4三个测点。

3.2 位移监测点选取

文章选取监测数据较全面的大坝下游坝肩0+015.80m的D3-4、D4-4、D5-4三个测点。对大坝沉降各监测点位置坐标进行统计,变形测点位置坐标统计表,见表1[4]。

表1 变形测点位置坐标统计表

3.3 变形监测分析

测点D3-4的ACO-BP网络模型位移结果图,见图1。

图1 测点D3-4的ACO-BP网络模型位移结果图

由图1可知:断面位置的不同测点拟合值和实测值曲线变化规律基本一致,表明拟合效果良好,存在少量测点拟合精度较低,由于时间段内部分统计资料缺失所致。

位移监测点D3-4的ACO-BP模型和BP模型的位移变化预测结果,位移监测点D3-4监测数据不同模型预测结果,见表2;测点D3-4的不同结果拟合对比图,见图2。

表2 位移监测点D3-4监测数据不同模型预测结果

图2 测点D3-4的不同结果拟合对比图

对位移测点的ACO-BP模型和BP模型预报精度进行对比,不同模型的测点位移精度对比表,见表3。

表3 不同模型的测点位移精度对比表

由上述图表结果可知,测点D3-4的沉降预报中ACO-BP模型的预测误差基本

4 结 论

文章基于土石坝位移变形和监测模型原理,结合历史实测资料,对某工程变形监测建立ACO-BP和BP网络模型建模程序,计算土石坝不同模型下选取测点的位移变形拟合结果,对比分析认为ACO-BP模型的预测结果拟合效果更精确,预测结果符合实际监测规律,在土石坝位移监测中具有较好的适用性。

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