基于无网格法的土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测研究.pdf

年第 期水利技术监督检验检测:/基于无网格法的土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测研究申二宁(江苏省工程勘测研究院有限责任公司 江苏 扬州)摘要:当前的防渗墙土体剪切带变形监测节点设定多为单方向 监测范围受到极大的限制 导致监测响应时间增加 为此文章提出对基于无网格法的土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测的设计和研究 根据实际的监测需求及标准 先进行初始土体剪切带数据采集 采用多阶的监测方式 布设节点的具体的位置 打破传统监测范围的限制 完成节点的最终设置 以此为基础 设计自适应监测矩阵 构建无网格土体剪切带变形监测模型 采用 协方修正实现变形监测处理 最终的测试结果表明:针对 个区域的土体剪切带变形情况 综合设计的监测模型 测定得出的响应时间被较好的控制在了 以下 说明此种监测形式相对更加灵活、多变 监测的针对性更高 具有实际的应用价值关键词:无网格法 土质心墙坝 防渗墙设计 土体剪切带 监测处理 防渗结构中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:申二宁(年)男 工程师:近年来 随着社会需求的增加 基础建设工程的数量以及技术也在逐年提升 虽然初期获取的相对较好的效果 但是由于技术的不断创新在建设的过程中也遇到了更为多样化、形式复杂的工程问题 例如:路堤塌陷、地基沉降、防渗墙剪切带变形等 尤其是土质心墙坝防渗墙剪切带的变形问题 对于堤坝的建设会产生较大的影响 严重的甚至会促使大坝在完工无法使用为避免上述问题的出现和扩展 相关的工作人员设计定向的土体剪切带变形监测方法 传统的监测方法一般为单向处理 虽然可以实现预期的监测目标 但是自身缺乏针对性 在不同的环境下 对于监测任务的执行常常会出现误差 导致较难实现预期的施工建设标准 为此提出对基于无网格法的土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测的设计与分析研究所谓无网格法 主要指的是在数值计算中不需要生成网格 而是按照一些任意分布的坐标点构造插值函数离散控制方程 实现模拟各种复杂形状的动态化流场 将该项技术应用于土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测工作之中 一定程度上可以扩大实际的监测范围 逐步形成更为稳定、多元化的变形监测结构 采用局部处理的方式 提升监测强度 以此来营造更为稳定、安全的建设施工土体剪切带监测环境 为后续关联工作的执行奠定基础 监测方法设计 初始土体剪切带数据采集通常情况下 土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带在建设的过程中需要依据实际情况进行多次修改 以此来确保最终堤坝的稳定性与安全性 所以 会产生大量的数据 信息 为此需要对其进行采集和汇总 为后续监测工作的执行提供参考监测资料汇总处理的重要条件为观测值以及剪切带初始数据的质量 进行核近似函数的测算 如公式()()()式中 核近似函数 离散监测区域 重合范围 监测频次 定向监测偏差 根据上述设定 完成对核近似函数的计算 将其设定为初始的变形检测标准 设定在初始的监测检验检测水利技术监督 年第 期结构之中 随即 综合变形监测需求及标准的变化 对土体剪切带外观数据信息的采集可以采用颗粒流理论以及细观角度 测定土体剪切带的单元极限长度为 最短的单元长度也可以达到 防渗墙的厚度为 墙高 防渗墙顶部土体剪切带采用复合的搭接形式进行设定 虽然具有较强的稳定性和安全性 但是内置结构较为脆弱 墙体混凝土的承压能力较小 十分容易出现沉降、塌陷以及变形等问题 尤其是土体剪切带的变形情况 更是会影响墙面的荷载效果 进一步导致防渗墙的使用寿命缩短 完成土体剪切带的采集之后 接下来 融合无网格法 进行变形监测的下一阶段设计 多阶监测节点设定与传统监测节点设定方式不同的是 此次针对土质心墙坝设定的防渗墙面积较大 顶部土体的剪切带也更容易出现下沉、断裂甚至变形等问题 阻碍工程进度的推进 为此 需要以多个监测目标作为基础 设定多阶检测节点 一般情况下 会针对实际的堤坝建设情况 在极容易出现变形的位置设定散向监测节点 如图 所示图 变形位置散向监测节点设定图示根据图 完成对变形位置散向监测节点的设定与调整 实现基础圈层的监测之后 接下来 利用无网格法 设置散向监测节点的监测单元距离见表 表 散向节点监测单元距离设定表节点分布圈层单元监测距离/监测节点数量/个外部圈层 内部圈层 核心圈层 根据表 完成对散向节点监测单元距离的设定 过程中可以依据实际的土体剪切带具体的变形状态 调整节点的位置 以设定的多层级的监测目标作为引导 构建多阶节点设定结构 为后续变形监测处理奠定基础 自适应监测矩阵设计自适应变形间距矩阵可以在复杂的背景环境下 针对多个监测目标 实现不同阶段、等效的监测处理 以此来完成监测目标 首先 利用节点采集相对应区域的变形监测数据以及信息 汇总整合之后 采用数据包的形式传输到对应的位置 以待后续使用 接下来 综合土地剪切带的变形状态构建自适应监测结构 如图 所示图 自适应监测矩阵结构图示根据图 完成对自适应监测矩阵结构的设计与分析 随即 以此为基础 扩大实际的监测范围 并将每一个监测单元进行排序 在监测矩阵中逐渐形成循环性的监测结构 强化矩阵的实际应用性能 但是这部分需要注意的是 自适应监测矩阵监测目标的设定并不是固定的 而是随监测范围及土体剪切带变形的情况随时作出更改的 必须具有较强的转换性和稳定性 构建无网格土体剪切带变形监测模型无网格法的融合应用 一定程度上可以进一步扩大实际的土体剪切带变形监测范围 从多个方向强化监测模型的性能 从而获取更为精准、可靠的监测结果 可以先利用上述部署的监测节点 采集对应位置的土体剪切带实时变形数据以及信息 根据弹塑性体变形特性的变化 对后期的变形状态进行估计测算利用监测矩阵 在标定的区域之内调整监测节点的单元覆盖范围 建立更为灵活的变形监测流程 综合无网格法 设计定向的监测原理 如图 所示根据图 实现对无网格法定向变形监测原理的分析研究 随即 在土体剪切带上增设感应装置 与初始布设的监测节点进行搭接关联 形成循环性的监测程序 将该程序导入监测模型之中 设定监测周期 一般为 小时 每 个小时为一个监测区段 共 个区段 根据堤坝的建设情况 对防渗墙顶部作出全方位无覆盖式的土体剪切带监测处理 获取初始的监测结果 协方修正实现变形监测处理所谓 协方修正主要是针对监测过程中出 年第 期水利技术监督检验检测图 无网格法定向变形监测原理图示现的数据、信息误差进行处理的一种动态化的辅助监测形式 一般被应用在数据修正或者监测结果的定义修正工作之中 具有较强的应用价值将获取的初始监测结果与设定的标准进行比照验证 分析测算出存在的监测误差之后 采用 协方修正方法 将标定的误差进行分解 对应在相关的监测环节及流程之中这样一来 形成误差的位置便一目了然 相关的工作人员可以综合标定的区域及实际位置重新针对土体剪切带的变形数值进行监测 获取新的结果 协方修正的精度较高 监测针对性较强对于土体剪切带的变形捕捉较为灵敏 具有实际的应用价值 实例分析此次主要是对基于无网格法的土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测效果进行实例比照分析 选定 土质心墙坝工程作为实际的测定目标以及对象 将防渗墙的土体剪切带划分为几个区段每一个区段均需要设定一定数量的监测目标 通过节点对监测目标关联搭接 营造稳定、可靠且安全的变形监测环境 接下来 综合无网格法 进行实例验证与分析 简述 土质心墙坝工程施工概况综合无网格法 针对土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测方法进行验证与分析 本次对 土质心墙坝工程实例进行具体分析 当前简述该工程的建设概况 土质心墙坝采用的是碾压黏土坝高 坝顶高程 坝顶部的宽度可以达到 下设的辅助承压架的高度为 为确保该大坝的稳定性与荷载性能 在坝底还增设了部分支撑钢柱和混凝土承压柱 在增强支撑能力的同时 也起到均匀受力 维持平衡的效果 坝壳主要的建设材料可以划分为砂壤、碎石黏土、角砾壤以及麻岩等 该大坝防渗墙区域的土体剪切带变形现象十分严重 具体如图 所示图 土质心墙坝土体剪切带变形现象图根据图 完成对 土质心墙坝土体剪切带变形现象的分析的调研 针对上述形变区域 为确保最终监测结果的真实性与可靠性 采用关联监测的方式设定感应装置以及监测设备 根据防渗墙的设定情况 对不同的位置设定对应的监测单元距离见表 表 监测单元距离设定表防渗墙区域监测单元距离/实测可调整距离/墙体前端 墙体侧向 墙体后端 根据表 完成对监测单元距离的设定与调整 接下来 综合无网格法 针对 土质心墙坝工程进行具体的研究测验 防渗墙顶部土体剪切带变形监测实证测验根据上述测试大坝具体情况的分析 融合无网格法 对土体剪切带的变形状态作出监测研究 首先 在划分的测试区域标定多个剪切带变形点位与部署的对应监测节点进行搭接 营造一个稳定的监测范围 剪切带共划分为 个区段 每一个区段的变形程度均不同 利用构建的定向监测模型 对各个区域的变形情况作出整合之后 测算出实际的监测响应时间 如下公式()所示:()()()式中 监测响应时间 预设监测范围单元距离 监测次数 变形周期 定向监测时间 根据上述设定 完成对监测结果的对比分析见表 根据表 完成对测试结果的对比分析:针对 个区域的土体剪切带变形情况 综合设计的监测模型 测定得出的响应时间被较好的控制在了检验检测水利技术监督 年第 期 以下 说明此种监测形式相对更加灵活、多变 监测的针对性更高 具有实际的应用价值表 测试结果对比分析表监测区域土体剪切带变形位置监测响应时间/区域 侧后方变形 区域 拼接变形 区域 堆叠变形 区域 拼接变形 区域 前端变形 结语以上 便是对基于无网格法的土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带变形监测模式的设计与验证研究 与初始的监测形式相对比 此次综合无网格法 所构建的土体剪切带变形监测结构相对更加可靠、多元 自身具有一定的针对性与安全性 在复杂的施工建设环境下 能够进一步强化监测能力扩大实际的监测范围 综合获取的数值 分析防渗墙实际的应力支撑状态 验证墙体弹性模量和其应力应变的关系 完善变形监测结构 确保工程顺利实时参考文献 武亚威 张建新 路增龙 等.柴达木盆地北缘东段察汗河右行转换挤压剪切带的变形样式及构造意义.地质学报():.侯泉林 刘宏伟 郭谦谦.伸展褶劈理(面理)在递进变形过程中的行为及其对剪切带面理(面理)的影响.岩石学报():.刘洪波 李水江 叶永康 等.边坡土体变形和剪切带形成机制室内试验与数值模拟研究.广东土木与建筑 ():.王乐芹 胡松涛 章李乐 等.乌井水库坝顶纵向裂缝变形监测与分析.江西水利科技 ():.朱志辉 冯乾朔 肖权清 等.基于 技术和无网格法的裂尖应变场分析方法.土木工程学报 ():.何宁 何斌 张宗亮 等.蓄水初期红石岩堰塞坝混凝土防渗墙变形与受力分析.岩土工程学报 ():.张祥信 刘冀莱 苏俸可 等.太行山南段自立庄韧性剪切带变形特征.地质与勘探 ():.李术才 孙超群 许振浩 等.基于无网格法的含缺陷岩石变形局部化数值模拟研究.岩土力学 ():.(上接第 页)法的预测误差相近 前者的误差范围为 后者的误差范围为 表 不同神经网络算法的预测误差对比 单位:渗漏节点 神经网络法预测误差 循环神经网络法预测误差 长短期记忆神经网络法预测误差节段 节段 节段 节段 节段 结语以某长距离供水管网为研究对象 对比不同神经网络算法在长距离供水管网漏损定位中的求解效率和预测结果 得到以下结论:()不同神经网络的训练过程可在较短的时间内实现训练误差的迅速收敛 且收敛值相对稳定随着训练样本的增加 误差不断减小()寻优效率与训练样本数无明显的关系 增加训练样本会提升预测准确率 相同的训练样本条件下 循环神经网络法的预测准确率最低()参照监测结果 神经网络法的预测误差最小 均小于 循环神经网络法和 长短记忆神经网络法的误差相近()供水管网漏失定位属隐蔽工程 神经网络法结果仍可能存在一定信息偏差 应结合其他勘测手段进行综合分析参考文献 朱乃富.基于数据驱动的供水管网独立计量分区漏损检测和定位方法研究.浙江大学.汪家泉 李枝蓉 黄楚玉 等.基于压力时空特征的供水管网漏失定位方法及物理实验验证.环境工程 ():.赵桓 吕谋 岳宏宇 等.基于群体智能优化算法的供水管网漏损定位研究.水电能源科学 ():.何锐 俞亭超 邵煜.监测供水管网爆管的测压点优化布置方法.中国给水排水 ():.高金良 陈健勋 郑成志 等.应用改进 算法的供水管网漏失量估计.哈尔滨工业大学学报 ():.王彤 鞠彩 尚渝钧 等.基于压力敏感区域方法的供水管网漏失区域定位研究.水电能源科学 ():.詹杰 殷鸿飞 孙志恒.有压隧洞伸缩缝表层柔性止水结构试验研究及应用.水利技术监督():.于国宝.基于神经网络算法的水资源生态承载力智能监测方法.水利技术监督():.