專利名稱：一種混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法，具體涉及一種多測點測值變化分析的混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法。
背景技術(shù)：
混凝土壩是一個復雜的綜合體系，對其進行安全評價需要綜合考慮各方面的因素。損傷場預警指標可以對混凝土壩局部區(qū)域損傷狀況進行預測和警報，從而及時采取應對措施。傳統(tǒng)對大壩損傷預警指標的擬定，多針對單個測點的測值序列進行分析，缺乏各個測點測值變化的關(guān)聯(lián)分析，從而難以建立多測點相關(guān)的綜合評價和預警指標。另一方面，擬定安全預警指標的方法傳統(tǒng)多采用置信區(qū)間法、典型小概率法等。但這些估計方法是基于歷史實測資料進行建模分析和研究的，如果大壩沒有遭遇過最不利荷載的情況，這些數(shù)據(jù)只能預測大壩已經(jīng)遭遇過的效應量，則由這些數(shù)據(jù)擬定的預警指標不一定是警戒值。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多測點測值變化分析、準確預警、減少安全事故的混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法。技術(shù)方案: 本發(fā)明所述的一種混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法，按如下步驟進行:(I)構(gòu)建基于熵的損傷場指示變量選取混凝土壩的應力應變計測點，在測點上設置應變計，通過應力應變計采集應變測值，同時記錄測點的位置坐標和監(jiān)測的時間，依據(jù)測點的位置坐標和應變測值，計算出壩體損傷場的總損傷度和各個測點損傷度，構(gòu)建基于熵的損傷場指示變量，系統(tǒng)的熵定義為:H = F(D, Di, L, T)，式中:D為壩體損傷場的總損傷度，Di為系統(tǒng)各個測點的損傷度，L為測點的位置坐標，T為監(jiān)測的時間；“熵”是一個系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。在損傷場發(fā)展的過程中，損傷場發(fā)展引起的正熵大于外部荷載作用引起能量集中的負熵，熵值將增大。大壩的總熵等于各部分的熵值之和。在局部損傷場的發(fā)展演化過程中，結(jié)構(gòu)的自由能和熵成反比關(guān)系。即結(jié)構(gòu)的自由能越小，系統(tǒng)的熵值就越大，結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。因此熵作為混凝土壩損傷場指示變量能夠很好地刻畫和描述損傷場的狀態(tài)特征。(2)計算損傷場指示變量根據(jù)應力應變計測點的監(jiān)測資料采用指數(shù)函數(shù)模型計算各測點的損傷度Di，構(gòu)建
出壩體局部區(qū)域的損傷場，定義壩體損傷場的信息熵為: nn 夏) j) H = Xi InX1 - _X7t^n7t，式中，Di 為各測點的損傷度，i = 1，2，......n ；
1-1/=丨 I) I)
D為各測點的損傷度Di的加權(quán)迭加；入i彡0(i = 1，2，...n)表示第i個測點的損傷值在系統(tǒng)總損傷中所占的份額，即入i = Di/D(i = 1，2,...，n)。局部區(qū)域的損傷集中程度越高，其對應的信息熵越小，越容易造成局部區(qū)域失穩(wěn)，影響整體的正常運行。(3)依據(jù)步(2)計算得到的損傷場指示變量時間序列，基于尖點突變模型，求解熵變指標的突變特征值設系統(tǒng)的狀態(tài)由m個狀態(tài)變量X1, x2，...，Xni來表示，外界控制條件由r個控制變量U1, U2,...，表征，則系統(tǒng)的動力學性質(zhì)由下述勢函數(shù)來描述:P(X) = f (X1, X2, , xm, U1, U2, , ur) = f (X，u), U1, U2, ，Ur 構(gòu)成 r 維控制空間，而 X1, X2,...，Xm, U1, u2,..., Ur 構(gòu)成 m+r 維相空間；根據(jù)截斷代數(shù)可對PU)的Taylor級數(shù)展開式fu(x)進行k次截斷，記為
權(quán)利要求
1.一種混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法，其特征在于，按如下步驟進行: (1)構(gòu)建基于熵的損傷場指示變量 選取混凝土壩的應力應變計測點，在測點上設置應變計，通過應力應變計采集應變測值，同時記錄測點的位置坐標和監(jiān)測的時間，依據(jù)測點的位置坐標和應變測值，計算出壩體損傷場的各個測點損傷度和總損傷度，構(gòu)建基于熵的損傷場指示變量，系統(tǒng)的熵定義為:H=F(D, Di, L, T)，式中:D為壩體損傷場的總損傷度，Di為系統(tǒng)各個測點的損傷度，L為測點的位置坐標，T為監(jiān)測的時間； (2)計算損傷場指示變量 根據(jù)應力應變計測點的監(jiān)測資料采用指數(shù)函數(shù)模型計算各測點的損傷度Di,
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法，其特征在于，步驟(2)中所述的奇點集S由M的退化臨界點組成，同時滿足M和Hessian矩陣H(P)退化條 件，Hessian 矩陣 H(P)退化條件為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法，其特征在于，步驟(3)中，在Δ<0區(qū)域中，判定不穩(wěn)定點的標準為滿足:α2p/αZ2=3Z2+u<0。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土壩損傷場演化狀態(tài)的預警方法，按如下步驟進行(1)構(gòu)建基于熵的損傷場指示變量，系統(tǒng)的熵定義為H＝F(D,Di,L,T)；(2)計算損傷場指示變量，壩體損傷場的信息熵為(3)依據(jù)步(2)計算得到的損傷場指示變量時間序列，基于尖點突變模型，求解熵變指標的突變特征值；(4)依據(jù)步驟(3)確定的熵變指標突變特征值作為控制準則來判斷損傷場的演化情況，突變特征值Δ＝4u3+27v2，Δ＞0時，損傷場總是處于穩(wěn)定狀態(tài)；Δ＝0時，損傷場處于臨界狀態(tài)，外界微小的干擾有可能造成破壞；Δ＜0時，損傷場發(fā)生突變，遠離平衡態(tài)，發(fā)出預警。本發(fā)明對多測點測值變化分析，實現(xiàn)準確預警，指導工程施工，減少安全事故。
文檔編號E02B3/04GK103114554SQ201310044199
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者蘇懷智, 顧沖時, 王校利, 楊孟, 李金友, 胡江, 歐斌, 秦鵬, 傅兆慶 申請人:河海大學, 南京河?？萍加邢薰?br>