(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111535813.7 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 中国水利水电科 学研究院 地址 100038 北京市海淀区复兴 路甲1号 申请人 三峡金沙江川云水电开发有限公司 永善溪洛渡电厂 (72)发明人 程恒　张国新　席前伟　刘毅　 周秋景　江晨芳　刘世哲　柴东　 侯春尧　毛延翩　刘顶明　杨波　 雷峥琦　吴龙珅　徐秀鸣　 (74)专利代理 机构 成都宏田知识产权代理事务 所(普通合伙) 51337 代理人 菅秀君 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01)G06F 30/13(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种谷幅变形影响下 拱坝安全预警方法 (57)摘要 本发明涉及水利工程技术领域， 具体地说是 一种谷幅变形影 响下拱坝安全预警方法， 包括确 定拱坝安全 预警指标分级 标准， 反演确定大坝真 实边界条件及关键热力学参数， 提出谷幅变形影 响下基于全坝全 过程仿真的拱坝 ‑基础整体安全 预警模型， 提出谷幅变形影 响下基于全坝全 过程 仿真的拱坝安全 预警指标， 本发 明同现有技术相 比， 通过水压、 气温、 时效(渗流、 岩体蠕变)等影 响因素的情况下， 结合变形监测数据的回归统计 模型和数值仿真模型， 建立谷幅与大坝变形安全 预警模型， 预测分析谷幅变形影响下的坝体 ‑地 基变形场与应力场， 以坝体径向变形作为关键预 警指标， 提出了各预警等级的控制阈值， 对大坝 安全进行预警， 实时掌握大坝工作性态。 权利要求书3页 说明书10页 附图15页 CN 114372393 A 2022.04.19 CN 114372393 A 1.一种谷幅变形影响下 拱坝安全预警方法， 其特 征在于包括以下步骤： S1： 确定拱坝安全预警指标分级标准： 为了能够合理地进行拱坝安全预警， 首先应确定拱坝安全预警分级标准， 拱坝安全预 警层级由预警级和险情级两个层级组成， 其中预警级划分为 三级， 分别为： W＝[W1,W2,W3]＝[正常， 轻度异常， 异常 ]； 当达到险情级时， 开始报警； S2： 反演确定大坝真实边界条件及关键热力学参数： 反演确定以下参数： S21： 根据上游面温度监测数据， 按照各月不同高程的温度分布， 反演坝体上游面水温 边界条件： TW＝f(TWt,tmon,h) 式中： TW： 坝体上游水温边界， ℃； TWt： h高程处tmon月份时的温度值， ℃； tmon： 月份， 1～12； h： 库水深度， m； S22： 根据多年平均气温监测数据， 确定坝体气温边界条件： TA＝f(TAt,tmon) TA： 坝体气温边界， ℃； TAt： tmon月份时的气温值， ℃； tmon： 月份， 1～12； S23： 根据坝体内部温度监测数据， 反演混凝土后期温度回升， 大坝混凝土后期温升模 型按下式进行回归分析： Q(t)： 冷却停水后任意时刻t时的绝热温升回归结果， ℃； Q0： 后期绝热温升值， ℃； e： 自然常数； α 、 β： 待定系数； S24： 根据坝体无应力计监测数据， 得到温度与微应变关系图， 反演混凝土线膨胀系数。 假设整个观测期间内线膨胀系数为常数， 得： Δu＝α ΔT α： 线膨胀系数， 则全部观测数据满足： un： 第n时刻的观测结果； ε0n： 自生体积变形； 其中， ΔTi＝Ti‑Ti‑1； 利用上式表示的观测数据可以进行变形和温度的相关性分析， 采用多测点按照上述方权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114372393 A 2法求α； S25： 以水位快速上升期间的变形增量为依据， 考虑静水压力作用， 计算混凝土不同弹 性模量下坝体的变形增量， 将此变形增 量值与监测值进行比较， 以计算值与监测值误差最 小为目标， 反演坝体混凝 土的最优弹性模量； S3： 提出谷幅变形影响下基于全坝全过程仿真的拱坝 ‑基础整体安全预警模型： 根据大坝真实边界条件与关键热力学参数的反演结果， 基于有限元计算模型， 考虑水 压、 自重、 温度、 谷幅变形等真实荷载， 进行 拱坝施工、 蓄水、 运行全过程工作性态仿真 分析； S31： 谷幅变形回归分析， 得到水压面载、 温度、 时效变形分量： 根据水位变化过程， 对各个监测点的谷幅变形过程进行了回归分析， 分离出由水位变 动瞬时引起的变形、 气温引起的变形以及时效变形分量： δV＝ δHW+δTW+δTD δV： 谷幅变形量， m m； δHW： 水压面载分量， m m； δTW： 温度分量， m m； δTD： 时效变形分量， m m； 水压面载分量 δHW可表示为水头的四 次多项式， 即： aHi为水压面载分量回归系数； Hi为水头； 温度分量δTW一般采取周期函数或多项式表示， 即： t为位移观测日到 起始监测日的累计天数； τ0为温度分量回归系数； 时效变形分量 δTD， 由渗流、 徐变等因素引起， 可统一采用指数函数 形式表示， 即： t为位移观测日到起始监测日的天数； c1、 c2为时效变形分量回归系数； S32： 基于 谷幅变形时效分量， 反演谷幅变形施加模式： 以谷幅变形时效分量为标准， 反演谷幅变形施加模式， 包括谷幅变形加载方式和谷幅 变形边界加载量； 基于谷幅变形与坝体变形监测资料， 考虑 真实边界条件和荷载， 进行拱坝施工、 蓄水与 运行全过程的仿 真反演分析， 以谷幅、 坝体变形计算值与监测值差异 最小为目标函数， 反演 得到模型截断边界处最优的位移分布； 在确定加载 方式后， 以谷幅变形时效分量收敛值确定 谷幅变形边界加载量； S33： 基于上述真实材料参数和谷幅变形施加模式的反演， 进行施工、 蓄水、 运行全过程 仿真： 考虑水压、 自重、 温度、 谷幅变形等真实荷载， 进行施工、 蓄水、 运行全过程仿真， 分析评 估拱坝的真实性态(温度、 变形、 应力、 横缝状态)与安全性； S34： 基于全过程仿真， 对拱坝工作性态进行 预测： 仿真预测时， 水压荷载、 温度荷载取上一年同期值， 自重荷载不变， 谷幅变形荷载由所 述S32确定， 得到拱坝的预测工作性态；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114372393 A 3