数字化施工下高土石坝施工期性态精细分析与实时馈控研究

The actual construction conditions, such as dam material properties, construction quality and construction procedure, etc., are the important factors influencing on structural behaviors of high earth-rock dam. How to take proper construction feedback control measures with considering these actual conditions and the requirement of dam behaviours (deformation) control, is a key scientific issue needed to be solved in order to ensure faster and better constructing and dam life-cycle safety. Therefore, new theories and methods are proposed for integrating the dynamic information (including the information about quality, schedule and safety) based on real-time monitoring of the whole dam construction process, considering the influences on dam deformation due to the uneven spatial distribution of dam material properties and the variation of the actual construction procedure, analyzing and assessing precisely dam structure behaviors, making safety early-warning and timely feedback control. Then a cyber-dam system platform will be developed to support a digitized construction-based safety control mechanism of high earth-rock dam, with combining the processes of real-time monitoring, precise analysis and assessment, early warning and real-time control. It can be employed to guide the timely quality and schedule control on practical construction for coordinating the relationship among dam deformation control, quality control and fast constructing. This research has great significance for achieving dam behavior health diagnosis and real-time safety control of high earth-rock dam, and then provides powerful technical support for 300m-level high earth-rock dam construction in China.

实际施工情况（施工质量、坝料特性和施工进程等）是影响高土石坝结构性态的重要因素。如何在考虑实际施工情况及坝体性态（变形）控制要求下，适时有效地做出施工反馈控制措施，是保证高坝又快又好建设和长期服役安全所需解决的重要科学问题。本项目研究一种在实时监控高土石坝施工全过程的基础上，综合集成施工质量、进度和安全等动态信息，并考虑实际施工质量下坝料特性空间分布的差异性及动态施工进程对坝体变形的影响，对大坝结构性态进行精细分析、安全评价预警与实时反馈控制的新理论、新方法，构建以数字化施工为基础，以数字大坝平台为核心的，集"实时监控-精细分析-评估预警-反馈控制"为一体的高土石坝施工控制机制，用以及时指导实际施工质量与进度控制，实现坝体变形控制与施工质量控制、快速施工的协调统一。这对于高土石坝性态的精准健康诊断和适时安全控制具有十分重要的意义，可为我国300m级超高土石坝建设提供有力的技术保障。

如何在考虑实际施工情况及坝体性态（变形）控制要求下，适时有效地做出施工反馈控制措施，是保证高坝又快又好建设和长期服役安全所需解决的重要科学问题。因此，本项目研发了高土石坝数字化施工理论方法及相关技术，提出并改进了多种压实质量实时监测指标，实现了堆石坝压实质量的实时监测与快速评估；构建了土石坝坝料压实质量与本构模型参数之间的定量关系，从而可利用实际坝料压实质量，快速估计本构模型参数；提出了数字化施工下高土石坝应力应变精细有限元分析方法，可避免通常同一分区采用相同坝料力学参数导致的计算精度不足的弊端；考虑压实质量与本构模型参数相关性，以及实际试坑压实质量约束作用，提出了土石坝施工期应力变形预测的随机有限元法，用以分析施工质量空间差异对土石坝结构性态响应的影响规律；提出了数字化施工下高土石坝水力劈裂精细扩展有限元数值模拟方法，为高土石坝水力劈裂分析提供了一种新的方法；考虑实际施工填筑形象面貌及实际施工质量，分析了不同填筑计划方案下土石坝性态变化，用以控制施工进度。从而构建了以数字化施工为基础，集“实时监控—精细分析—评估预警—反馈控制”为一体的高土石坝施工控制机制，这对于高土石坝性态的精准健康诊断和适时安全控制具有十分重要的意义，可为我国300m 级超高土石坝建设提供有力的技术保障，具有重要的理论意义和应用前景。.本项目发表论文27篇，其中SCI/ EI收录12篇；培养博士生3名，硕士生6名；获发明专利5项,申请3项；获中国大坝工程学会科技进步特等奖1项。