基于在线监测数据的重力坝安全监控与健康诊断研究

摘要

本文以水口水电站混凝土重力坝在线监测信息为研究对象，针对水口混凝土重力坝的变形、渗流、水压、温度、降水等在线监测数据，采用传统监控模型中的统计模型分别建立了大坝变形监控统计模型、大坝渗流监控统计模型，研究了大坝变形和渗流的变化规律和主要影响因素；采用典型小概率法，确定了运行期水口水电站混凝土重力坝变形、渗流安全监控指标结果；基于决策试验与评价实验室（Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，简称DEMATEL）和层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）理论，分别提出了基于AHP的健康诊断模型和基于AHP-DEMATEL的健康诊断模型，利用水口水电站大坝的相关设计施工文件、在线信息、运行管理方案等，采用基于AHP和AHP-DEMATEL两种健康诊断模型，对水口水电站运行期大坝性态进行健康诊断，并根据两种模型的指标权重分配和健康诊断结果确定其当前的工作性态。本文取得的主要研究成果如下： （1）根据水口混凝土重力坝多年在线监测成果，选取典型坝段的测点数据，绘制了环境量测值过程线、效应量测值过程线，绘制水平位移与气温相关图垂直位移与气温相关图等，对水口混凝土重力坝典型坝段的坝体变形、坝体渗流、上下游水位、气温进行了统计和相关性分析，研究了上下游水位、气温和效应量的变化规律。研究表明：在各个坝段的变形中，溢流段水平位移和垂直位移的峰值变化区间大，引水段次之，挡水段相对小；垂直位移和水平位移测值均明显随着水位增加而增大；大坝渗流量与气温变化之间的相关性比较高，在一个气温周期内，低温期渗流量测值较大，高温期测值较小，库水位上升会导致其测值增加。 （2）针对水口混凝土重力坝变形和渗流在线监测数据，分别建立了大坝变形监控统计模型、大坝渗流监控统计模型，绘制了水平位移、垂直位移、渗流量、裂缝开合度监控统计模型拟合图、统计模型回归系数表，利用图表分析了影响大坝变形和渗流的主要因素，研究了大坝变形和渗流的变化规律和发展趋势。利用典型小概率法和变形、渗流监控统计模型参数，计算了运行期水口混凝土重力坝变形、渗流安全监控指标。结果表明：气温和时间变化对坝体位移、裂缝开合度和渗流量的波动影响较大，上游水位的一次方和二次方对效应量的影响显著，气温和降雨对位移、裂缝开合度、渗流量的影响存在滞后性。 （3）基于AHP和DEMATEL理论，分别建立了AHP和AHP-DEMATEL健康诊断模型，构建了水口混凝土重力坝健康诊断指标体系，设计了水口大坝健康评价集，运用AHP和AHP-DEMATEL两种健康诊断模型对目前的水口混凝土重力坝健康状态进行诊断。结果表明：采用两种诊断模型得到的水口混凝土重力坝健康状态均为基本正常。 （4）大坝健康诊断问题是一个需要考虑一系列诊断指标的复杂的问题。研究采用不同方法对大坝健康进行研究的过程与结果差异。为此，分别采用基于AHP和AHP-DEMATEL诊断理论对水口水电站大坝进行研究。分析利用不同诊断方法所导致的健康指标权重变化和健康结果差异。结果表明：采用两种方法进行诊断得到的水口混凝土重力坝健康结果吻合，均表示大坝处于基本正常的健康状态。在AHP健康诊断模型权重分配中，工程质量与结构的权重所占的比例较高；在AHP-DEMATEL健康诊断模型权重分配中，权重占比较高的为结构健康和渗流健康，表明采用AHP-DEMATEL健康模型所确定权重分配体系能够更好的考虑上级和同级指标之间的相互影响。 综上所述，本文建立了混凝土重力坝位移、渗流监控模型、研究了效应量的变化规律的发展趋势，建立了AHP-DEMATEL健康诊断模型，对水口混凝土重力坝进行健康诊断，研究了水口大坝的健康性态和重要诊断指标，为分析其他大坝监测信息，研究大坝监测数据和健康状态，建立大坝智能诊断系统提供了重要的参考意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 重力坝安全监测及信息化管理研究现状

1.2.2 重力坝安全监控模型研究现状

1.2.3 重力坝实时健康诊断研究现状

1.3 本文主要研究内容与技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 研究技术路线

第2章 水口重力坝在线监测方案

2.1 工程概况

2.2 在线监测方案

2.2.1 监测项目

2.2.2 变形监测方案

2.2.3 渗流监测方案

2.3 在线监测成果

2.3.1 环境量监测成果

2.3.2 效应量监测成果

2.3.3 相关性分析

2.4 运行管理概况

2.5 本章小结

第3章 重力坝监控模型与监控指标研究

3.1 重力坝监控模型研究

3.1.1 位移监控统计模型

3.1.2 渗流监控统计模型

3.2 监控统计模型结果分析

3.2.1 位移监控统计模型结果

3.2.2 裂缝开合度监控统计模型结果

3.2.3 渗流监控统计模型结果

3.3 重力坝安全监控指标研究

3.3.1 安全监控指标划分与计算

3.3.2 安全监控指标确定

3.4运行期安全监控指标结果分析

3.4.1 变形监控指标

3.4.2 裂缝监控指标

3.4.3 渗流监控指标

3.5 本章小结

第4章 基于AHP-DEMATEL的重力坝健康诊断模型

4.1 重力坝健康诊断研究

4.1.1 健康诊断指标体系

4.1.2 健康评价集设计

4.2 AHP-DEMATEL健康诊断模型

4.2.1 AHP-DEMATEL基本理论

4.2.2 AHP-DEMATEL健康诊断体系构建

4.3 AHP-DEMATEL健康诊断结果

4.4 AHP与AHP-DEMATEL健康诊断对比分析

4.4.1 诊断指标互相影响分析

4.4.2 诊断指标权重对比

4.4.3 健康诊断结果对比

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果