考虑谷幅收缩变形的高拱坝多源信息融合安全评判_周心怡.pdf

第 40 卷 第 1 期2023 年 1 月长江科学院院报Journal of Changjiang iver Scientific esearch InstituteVol 40No 1Jan 2023收稿日期:2021 08 12;修回日期:2021 11 17基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2019394/GC)作者简介:周心怡(1997 )，女，湖北荆门人，硕士研究生，主要从事工程安全监测。E-mail:zxy06022021163 com通信作者:胡蕾(1989 )，女，山东菏泽人，高级工程师，博士，主要从事水工结构安全监测和数值仿真研究。E-mail:hey1209126 comdoi:10 11988/ckyyb 202108292023，40(1):87 93考虑谷幅收缩变形的高拱坝多源信息融合安全评判周心怡1，胡蕾1，2，3，张启灵1，2，3(1 长江科学院 工程安全与灾害防治研究所，武汉430010;2 长江科学院 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，武汉430010;3 长江科学院 国家大坝安全工程技术研究中心，武汉430010)摘要:水库蓄水过程中诱发的谷幅收缩变形对高拱坝结构的安全性有直接影响。为了评判谷幅收缩变形条件下的拱坝安全状态，以我国西南地区某高拱坝为例，首先，建立坝体变形监控模型，研究坝体变形与谷幅收缩变形的联系;在此基础上，融合大坝安全监测多源信息，构建了考虑谷幅收缩变形指标的大坝安全多源信息融合评判模型，采用云模型与 D-S 证据理论相结合的方法来评判大坝的安全性。基于监测数据由云模型求得的隶属度来确定大坝安全评价指标基本概率分配的方法，克服了传统方法主观性较强的缺点，结合 D-S 证据理论融合各监测指标基本可信度对大坝安全进行综合评判。结果表明，谷幅收缩变形可能是坝体倾向上游变形的主要原因，模型评判结果为大坝处于“基本正常”状态，与该高拱坝的实际情况基本相符，说明采用云模型求得的隶属度来确定大坝安全评价指标基本可信度分配的方法合理可行。关键词:拱坝;谷幅收缩变形;云模型;D-S 证据理论;安全评价中图分类号:TV642文献标志码:A文章编号:1001 5485(2023)01 0087 07开放科学(资源服务)标识码(OSID):Safety Evaluation of High Arch Dam Based on Multi source InformationFusion in Consideration of Valley Shrinkage DeformationZHOU Xin-yi1，HU Lei1，2，3，ZHANG Qi-ling1，2，3(1.Engineering Safety and Disaster Prevention Department，Changjiang iver Scientific esearch Institute，Wuhan430010，China;2.esearch Center on Water Engineering Safety and Disaster Prevention of Ministry of Wateresources，Changjiang iver Scientific esearch Institute，Wuhan430010，China;3.esearch Center on NationalDam Safety Engineering Technology，Changjiang iver Scientific esearch Institute，Wuhan430010，China)Abstract:The valley shrinkage deformation caused by reservoir impoundment has a direct influence on the safetyof high arch dam structure The safety state of arch dam under the condition of valley shrinkage deformation is eval-uated with a high arch dam in southwest China as an example First，the monitoring model of dam deformation isestablished to study the relation between dam deformation and valley shrinkage deformation On this basis，an e-valuation model is constructed for dam safety based on multi-source information fusion in consideration of valleyshrinkage deformation indices;the Cloud Model and D-S Model are combined to evaluate the safety of the damThe basic probability distribution of evaluation indices is determined according to the membership degree obtainedby Cloud Model of monitoring data，which overcomes the disadvantage of strong subjectivity of traditional method;furthermore，the dam safety can be evaluated comprehensively in association with basic credibility of each monito-ring index acquired from the D-S Model esults suggest that the compression load caused by valley shrinkage de-formation could be the main reason of dam deformation towards the upstream;the studied dam is in a basically nor-mal state，which is consistent with the actual situation of the high arch damThe results demonstrate that themembership degree obtained by Cloud Model is reasonable and feasible to determine the basic credibility allocation长江科学院院报2023 年of evaluation indicesKey words:arch dam;valley shrinkage deformation;Cloud Model;D-S Model;safety evaluation1研究背景谷幅收缩变形是水库左、右岸谷坡相同高程点之间最短水平距离的变化量，是区域变形在水平方向上的表现。200 m 级以上特高拱坝一般建造在高山峡谷地带，地势险峻、高地应力的复杂特殊地形，使得坝址区的地质体在自然条件下就已经接近或达到了临界平衡的状态，而边坡的开挖和蓄水扰动又会破坏这种平衡，产生了两岸山体的收缩变形1。杨强等2 认为裂隙水压力会改变岩体平衡，造成的塑性变形是蓄水过程谷幅收缩变形现象的原因。何柱等3 指出蓄水对溪洛渡拱坝的谷幅收缩变形有影响，但更重要的原因是溪洛渡拱坝特殊的地质结构:从上游至下游层间、层内错动带渗透系数大。刘有志等4 通过反馈仿真模拟，得出谷幅缩窄的主要原因是边坡开挖和蓄水对原有边坡形成扰动引起向下、向内的岩体蠕变变形。周志芳等5 从渗流角度出发，得出谷幅收缩变形与溪洛渡水电站库区两岸有层状或似层状地层、透水层与相对隔水层互层分布的地质构造和水库蓄水有关。杨杰等6 认为李家峡拱坝的谷幅收缩变形是库水压力渗透破坏岩体中断层、裂隙和破碎带，引起岩体的收缩变形所导致。国内外已有部分拱坝在运行过程中出现了谷幅变形的现象。意大利的 Beauregard 拱坝在河谷左侧边坡出现滑坡变形，蓄水以来谷幅收缩变形达100 200 mm7 8。瑞士的 Zeuzier 拱坝在经历河谷达到60 mm 的横向收缩变形后，坝体上游面出现了多条裂缝，不得不进行修复9 10。法国 Malpasset 拱坝11、奥地利 Kolnbrein 拱坝12 也在蓄水不久发生溃坝。我国已建成的小湾、锦屏一级、二滩、李家峡拱坝也在蓄水期或蓄水完成后由于水位上升观察到谷幅收缩变形的现象13。坝体变形的监控模型已有诸多研究。胡江14 引入徐变及其恢复项的时效变量表达式，代表谷幅收缩变形的能力，将水压、温度、失效分量应用增强回归树方法建立优化模型，得出各分量对坝体变形的影响。庄超等15 建立了谷幅收缩变形反演及预测的解析模型，得出谷幅收缩变形与库水位的强关联性。本文拟建立坝体监控模型，研究谷幅收缩变形对拱坝变形的影响。基于监测数据对大坝进行安全评价可以有效监测大坝运行安全情况，目前进行大坝安全评价主要采用基于单个或多个测点监测数据的监控模型，包括统计模型、确定性模型和混合模型16，目前常用的评价方法有模糊综合评价法、层次分析法、遗传神经网络模型、回归分析法等17 19。上述监控模型大多针对同一类型的监测数据，普遍描述“非此即彼”的确定性问题且存在评判时主观性过强的缺陷。而大坝是一个工作条件和环境均非常复杂的系统，受水文气象、地质条件、筑坝材料、体型尺寸等多个因素的影响，需要将大坝多源监测信息进行融合，从整体上综合分析评判大坝的安全运行状态。考虑到大坝的监测信息也具有不确定性，大坝安全状态及其评价指标的评语集“正常”、“基本正常”与“轻度异常”等之间存在一个模糊的渐变过程。鉴于上述方法均存在一定的局限性，难以反映评价体系的复杂性，本文引入 D-S 证据理论，充分利用其处理不确定信息的优势，同时为充分利用监测数据，采用云模型方法来确定大坝安全评判指标基本概率的分配，以增强评价结论的客观性。本文以西南地区某高拱坝为例，拟建立坝体变形监控模型，研究坝体变形与谷幅收缩变形的关系;在此基础上引入谷幅收缩变形指标构建大坝安全多源信息融合评价指标体系，采用云模型和 D-S 证据理论融合大坝安全监测多源信息，建立大坝安全多源信息融合评判模型，以实现大坝安全状态的综合评判。2考虑谷幅收缩变形影响的大坝变形监控模型我国西南地区某混凝土双曲拱坝坝顶高程610 m，最低建基面高程3245 m，最大坝高 285 5 m，自 2013 年水库蓄水以来，上下游均观测到较大的谷幅收缩变形，选取上游 4 条 VDL01 VD01 至VDL04 VD04、下 游 3 条 VDL05 VD05 至VDL07 VD07 共7 条谷幅收缩变形测线绘制河谷变形和库水位变化图，见图 1。自蓄水以来，谷幅变形均表现为收缩变形状态，目前谷幅累计收缩变形达到了 70 100 mm。从图 1 中可知，以 2015 年为分界点，2015 年之前蓄水初期谷幅收缩变形增速较大，谷幅收缩变形几乎成线性增长，之后平均变形速率逐渐放缓，趋于稳定，但谷幅收缩变形的绝对值仍在不断增长。88第 1 期周心怡 等考虑谷幅收缩变形的高拱坝多源信息融合安全评判图 1谷幅收缩变形与上游库水位过程线Fig1Valley shrinkage deformation and upstreamwater level pr