基于温度场与施工过程耦合的混凝土坝仿真模型及方案优化

科学合理的施工方案是防止混凝土裂缝及在确保混凝土坝施工质量的前提下缩短工期、降低费用的根本保证。本项目以混凝土坝施工期温度场及坝体施工组织方案为对象，提出将温度监测、温度场仿真、坝体施工过程仿真及方案优化作为一个大系统考虑的基本研究思路。根据已浇混凝土块温度监测数据重构温度场，并构建可视化数据分析与管理系统，实现对重构温度场的任意剖切分析、动态显示、快速查询与数据分层管理；以浇筑块实际环境参数和基于实测温度反演得到的材料参数为边界条件，着力提高温度场预测精度；充分考虑温度控制与施工组织方案的相互作用关系，结合在建混凝土坝工程，建立坝体施工过程仿真与温度场仿真分析的耦合模型；提出基于次协调机制的混凝土坝施工方案优化准则，构建改进微粒群优化算法模型，并以合理的温控标准为基准，进行施工方案及温控措施全局优化研究，为现场混凝土质量控制和施工方案优化提供参考。

结合在建的金沙江溪洛渡水电站高拱坝工程，收集并整理温度监测数据，开发了基于分布式光纤的混凝土坝温度监测及数据管理信息系统；在此基础上，开展了基于有限监测数据的混凝土浇筑块三维温度场重构建模方法研究，并提出了相应的建模方法；建立材料热力学参数反演的遗传优化算法模型，进行反分析，并通过反馈分析校验和修正参数；在分析混凝土拱坝温度场仿真模型与施工过程仿真模型的数据结构、加载方式、演进方式等的基础上，进行了模型公共数据结构的定义及信息交换方式的设计，构建了完全耦合条件下的仿真模型；建立了较完善的模块通信机制及信息平台，构建了松散耦合条件下的仿真模型；建立了基于次协调机制的混凝土坝施工方案优化准则，确定了优化目标、动态约束及过程变量之间的动态非线性映射关系。本项目结合金沙江溪洛渡高拱坝施工的实际情况开展了应用研究，取得的研究成果对高混凝土坝施工质量控制和施工方案优化具有指导作用。