裂缝对混凝土坝整体服役性能影响的多层递进分析方法研究

As the main disease of concrete dams, cracks are always the difficult issue and hotspot in dam engineering community with great hazard to dam safety and service status. However, the study of hazard of cracks focuses on the structure safety analysis at present, which cannot reflect the impact on overall service performance of concrete dams. By comprehensively using several technical means, such as engineering monitoring, numerical simulation analysis, information processing and so on, this project especially focuses on the hazard analysis of cracks in concrete dams based on multi-discipline integration of dam engineering theory, mechanics, applied mathematics, computer science etc. Based on the evolution mechanism of cracks, diagnosis techniques of crack behavior and assessment of hazard of cracks to the overall service of concrete dams, the progressive analysis methodology system of impact of cracks on overall service performance of concrete dams is built. At the same time, the time-varying causal model of concrete dam effect size considering the influence of cracks, the assessment models of hazard of cracks to the structural safety, durability and use function of concrete dams, and the multi-level comprehensive evaluation system and model of hazard of cracks to the overall service of concrete dams are established to bring about the multi-level analysis methodology system of impact of cracks on overall service performance of concrete dams. The project will provide great scientific basis and technical support for analysis and safety monitoring of concrete dams with cracks and has importantly theoretical significance and practical value in the future.

裂缝是混凝土坝的主要病害，对大坝安全和服役状态的危害性很大，一直是坝工界研究的热点和难点。现有裂缝危害性研究主要集中在结构安全分析方面，未能体现裂缝对混凝土坝整体服役性能的影响。本项目重点针对“混凝土坝裂缝危害性分析”主题，融合坝工理论、力学、应用数学和计算机科学等多学科知识，综合运用工程监测、数值仿真分析和信息处理等技术手段，从裂缝演变机理、裂缝性态诊断技术和裂缝对混凝土坝整体服役的危害性评定等方面，构建裂缝对混凝土坝整体服役性能影响的递进分析方法体系；与此同时，建立考虑裂缝影响的混凝土坝效应量因果时变模型、裂缝对混凝土坝结构安全、耐久性和功能危害性的评估模型、以及裂缝对混凝土坝整体服役危害性的多层综合评价体系和综合评判模型，形成裂缝对混凝土坝整体服役性能影响的多层次分析方法体系。研究成果为带缝混凝土坝的监控分析提供技术支持和科学依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。

裂缝是混凝土坝的主要病害，对大坝安全和服役状态的危害性很大，一直是坝工界研究的热点和难点。本项目针对混凝土坝裂缝危害性分析的方法体系问题进行了系统研究。利用灰色关联分析法确定了混凝土坝裂缝性态的主要影响因素，研究了混凝土坝裂缝参数、半参数和非参数等多种监控模型的建立方法，并分析了不同坝型的裂缝随荷载和时效等影响因素的演变。论证了借助监控模型的残差分析裂缝随自身长度和深度演变的可行性，借助自回归模型，建立了裂缝演变规律分析的单位根法，从大坝安全监控的角度分析了混凝土坝裂缝的演变机理。借助裂缝开度监控模型将单测点临界裂缝开度准则进行转化，建立了混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法。研究了利用多个测点综合信息量诊断裂缝性态的方法，建立了裂缝转异诊断的云模型法以及裂缝综合信息量均值在线诊断的Bootstrap方法。此外，还建立了混凝土坝开裂风险失效概率的自我调节遗传优化最小二乘支持向量机分析方法，丰富了混凝土坝裂缝的转异诊断技术。根据因果理论和时变分析，建立了考虑裂缝影响的混凝土坝效应量因果时变模型和裂缝对效应量影响程度的计算模型。运用物元理论、层次分析法和人工鱼群算法，建立了裂缝对混凝土坝结构安全危害性评估的鱼群物元模型。研究了裂缝对混凝土坝使用功能和耐久性影响的分析方法，构建了裂缝对混凝土坝整体服役性能危害性的综合评价体系。基于D-S证据理论、模糊数学知识、BP神经网络以及Jousselme距离函数等，建立了裂缝对混凝土坝整体服役性能危害性的综合评判模型。上述研究成果，形成了裂缝对混凝土坝整体服役性能影响的多层递进分析方法体系，为更加合理系统的监控分析混凝土坝裂缝的危害性提供了技术支持和科学依据。目前，共发表学术论文9篇，其中SCI检索论文1篇，授权国家实用新型专利3项，联合培养硕士研究生4名。研究成果具有重要的理论意义与实际应用价值，在国内外数量庞大的带缝混凝土坝中具有广阔的应用前景。