南水北调工程箱涵结构安全监测数据分析及预测方法研究

摘要

南水北调工程是优化我国水资源时空配置，解决水资源短缺实际难题的重要手段。为保证工程的输水安全与正常运行，在工程沿线典型断面开展了大量安全监测工作。本文以天津段输水箱涵结构为例，通过对其安全监测数据进行处理与分析，总结出各监测对象的变化规律和影响因素，并建立起相应的预测模型。基于工程实际要求开发了输水箱涵结构监测信息分析模块，有利于保证输水工程运行安全。本文的具体研究工作与成果如下： （1）分别对开合度、应变计、钢筋计监测数据进行预处理与分析，得到了各监测对象整体变化规律和主要影响因素：各监测对象基本以年为周期呈正弦规律变化，开合度的主要影响因素是温度，无应力计是温度和时间，钢筋应力主要受到温度、时间和箱涵结构内外水位变化的影响。 （2）通过参考大坝安全监测数据分析理论，确定了各影响因子的形式，并建立起统计回归模型。分析了箱涵结构所用混凝土线膨胀系数、自生体积变化趋势和沿结构横截面水平方向变形特点。 （3）针对原始果蝇优化算法易陷入局部最优解、收敛速度较慢和寻优精度低等缺点，改进了果蝇种群进化规则，针对支持向量回归径向基核函数参数的特点改进了果蝇味道判定浓度值。利用改进果蝇优化算法对支持向量回归参数进行寻优，建立起IFOA-SVR钢筋应力预测模型。建立了箱涵结构有限元模型，通过对钢筋应力预测的统计回归模型、有限元模型和IFOA-SVR模型的仿真结果进行对比分析，证明了IFOA-SVR钢筋应力预测模型的优越性。 （4）根据工程要求与用户需要，设计并开发了输水箱涵结构监测信息分析模块，实现了监测信息可视化、预处理、报警和预警等功能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 安全监测技术研究现状

1.2.2 安全监测数据分析方法研究现状

1.2.3 安全监测系统研究现状

1.3 工程概况及背景

1.3.1 工程概况

1.3.2 地形地貌

1.3.3 地层岩性

1.3.4 水文地质

1.3.5 安全监测工作概况

1.4 本文主要研究内容

第二章 输水箱涵结构安全监测数据采集与分析

2.1 监测数据采集

2.1.1 安全监测仪器工作原理

2.1.2 安全监测数据采集方式

2.2 监测数据预处理

2.2.1 系统误差识别

2.2.2 随机误差修正

2.2.3 粗差识别与剔除

2.2.4 监测数据插补

2.3 开合度监测数据分析

2.3.1 监测数据分析

2.3.2 统计模型建立

2.4 应变计监测数据分析

2.4.1 无应力计监测数据分析

2.4.2 无应力计统计模型建立

2.4.3 应变计监测数据分析

2.5 钢筋计监测数据分析

2.5.1 监测数据分析

2.5.2 统计模型建立

2.6 本章小结

第三章 基于改进果蝇算法及支持向量回归钢筋应力预测方法

3.1 引言

3.2 钢筋应力预测的支持向量回归模型

3.2.1 支持向量机基本原理

3.2.2 支持向量回归基本原理

3.2.3 钢筋应力预测的支持向量回归模型

3.3 支持向量回归参数的改进果蝇优化算法寻优

3.3.1 果蝇优化算法基本原理

3.3.2 果蝇优化算法寻优支持向量回归参数的基本思路

3.3.3 果蝇优化算法的改进

3.3.4 改进果蝇优化算法寻优支持向量回归参数的流程

3.4 实例分析

（1）仿真模型构建

（2）仿真结果分析

3.5 本章小结

第四章 钢筋应力预测的有限元和IFOA-SVR方法比较分析

4.1 钢筋应力预测有限元方法

4.1.1 模型参数选取

4.1.2 边界条件分析

4.1.3 分析步设置

4.2 有限元计算结果分析

4.3 两种方法比较分析

4.4 本章小结

第五章 输水箱涵结构监测信息分析模块开发

5.1 模块总体开发原则

5.2 监测信息异常评判标准

5.2.1 静态阈值评判

5.2.2 动态阈值评判

5.2.3 预测模型评判

5.3 模块功能设计

5.3.1 数据预处理功能

5.3.2 报警功能

5.3.3 预警功能

5.4 模块功能实现

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢