神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在大壩位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

呂德浩

(林口縣水電開(kāi)發(fā)總公司，黑龍江 林口 157699)

1 緒 論

土石壩變形監(jiān)測(cè)研究具有重要意義，主要包括變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、環(huán)境量監(jiān)測(cè)及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。變形監(jiān)測(cè)為壩頂和壩基的水平向位移和豎直向沉降，撓度及裂縫開(kāi)合度等觀測(cè)。垂直位移主要包括：初始沉降，固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降[1]。一般在施工期變形較明顯，主要影響因素為壩體自重增加，蓄水期沉降逐漸收斂穩(wěn)定。

2 土石壩監(jiān)測(cè)模型原理

土石壩蓄水期豎向位移影響因子主要包括水壓分量δH、溫度分量δT和時(shí)效分量δθ[2]，大壩節(jié)點(diǎn)沉降變形表達(dá)式為：

δ=f(δH)+f(δT)+f(δθ)

(1)

壩體變形的映射關(guān)系式建立如下：

δ=F(δH，δT，δθ)

(2)

2.1 水壓分量δH

壩體上游面水壓力可分為水平力和豎直力，沉降和上游水位高度的幾何次方呈線性關(guān)系。水壓分量式為：

(3)

式中：H為上游水位高度，H0為日水深(i=1-3)；m1i、m2i影響因子系數(shù)。

2.2 溫度分量δT

壩體溫度變化主要來(lái)源為外界環(huán)境因素，即環(huán)境溫度和水溫變化，溫度分量δT表達(dá)式為：

(4)

2.3 時(shí)效分量δθ

時(shí)效分量δθ表達(dá)式為：

δθ=c1θ+c2Inθ

(5)

式中：θ為監(jiān)測(cè)累計(jì)天數(shù)；c1、c2為影響系數(shù)。

土石壩豎向位移模型因子集的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(6)

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某心墻土石壩最大壩高98.30m，壩長(zhǎng) 275.80 m，水庫(kù)總庫(kù)容4.87×108m3，該樞紐主要工程效益為發(fā)電，兼具灌溉、防洪等生態(tài)功能[3]。大壩豎直向安全監(jiān)測(cè)資料選用2008年1月1日-2010年1月1日的壩體垂線人工監(jiān)測(cè)資料(節(jié)選數(shù)據(jù)見(jiàn)表2)，基準(zhǔn)日期為1998年12月15日。測(cè)點(diǎn)設(shè)定為大壩下游15.8m的D3-4、D4-4、D5-4三個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3.2 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取

文章選取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較全面的大壩下游壩肩0+015.80m的D3-4、D4-4、D5-4三個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)大壩沉降各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，變形測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)表，見(jiàn)表1[4]。

表1 變形測(cè)點(diǎn)位置坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3.3 變形監(jiān)測(cè)分析

測(cè)點(diǎn)D3-4的ACO-BP網(wǎng)絡(luò)模型位移結(jié)果圖，見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)點(diǎn)D3-4的ACO-BP網(wǎng)絡(luò)模型位移結(jié)果圖

由圖1可知：斷面位置的不同測(cè)點(diǎn)擬合值和實(shí)測(cè)值曲線變化規(guī)律基本一致，表明擬合效果良好，存在少量測(cè)點(diǎn)擬合精度較低，由于時(shí)間段內(nèi)部分統(tǒng)計(jì)資料缺失所致。

位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)D3-4的ACO-BP模型和BP模型的位移變化預(yù)測(cè)結(jié)果，位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)D3-4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不同模型預(yù)測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表2；測(cè)點(diǎn)D3-4的不同結(jié)果擬合對(duì)比圖，見(jiàn)圖2。

表2 位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)D3-4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不同模型預(yù)測(cè)結(jié)果

圖2 測(cè)點(diǎn)D3-4的不同結(jié)果擬合對(duì)比圖

對(duì)位移測(cè)點(diǎn)的ACO-BP模型和BP模型預(yù)報(bào)精度進(jìn)行對(duì)比，不同模型的測(cè)點(diǎn)位移精度對(duì)比表，見(jiàn)表3。

表3 不同模型的測(cè)點(diǎn)位移精度對(duì)比表

由上述圖表結(jié)果可知，測(cè)點(diǎn)D3-4的沉降預(yù)報(bào)中ACO-BP模型的預(yù)測(cè)誤差基本

4 結(jié) 論

文章基于土石壩位移變形和監(jiān)測(cè)模型原理，結(jié)合歷史實(shí)測(cè)資料，對(duì)某工程變形監(jiān)測(cè)建立ACO-BP和BP網(wǎng)絡(luò)模型建模程序，計(jì)算土石壩不同模型下選取測(cè)點(diǎn)的位移變形擬合結(jié)果，對(duì)比分析認(rèn)為ACO-BP模型的預(yù)測(cè)結(jié)果擬合效果更精確，預(yù)測(cè)結(jié)果符合實(shí)際監(jiān)測(cè)規(guī)律，在土石壩位移監(jiān)測(cè)中具有較好的適用性。