導(dǎo)語：混凝土壩應(yīng)力分析管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

在混凝土壩應(yīng)力觀測資料分析工作中，常采用統(tǒng)計模型和混合數(shù)學(xué)模型來分析大壩應(yīng)力的發(fā)展規(guī)律以及影響因素。統(tǒng)計模型和混合模型要求具有典型分布規(guī)律的長序列數(shù)據(jù)，而在施工期和蓄水初期，由于觀測數(shù)據(jù)很少，采用上述兩種模型很難取得較好的效果?；疑到y(tǒng)模型的特點是可以從較少的離散數(shù)據(jù)中尋找內(nèi)在的規(guī)律。

灰色模型簡稱GM模型，GM模型的建模包括因素分析、等時距處理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)生成、建立狀態(tài)模型、模型效果評價等方法和過程。本文只探討灰色理論在混凝土壩應(yīng)力觀測資料分析中的應(yīng)用。

1因子選擇

在研究大壩的應(yīng)力規(guī)律時，應(yīng)力數(shù)列是參考數(shù)列，影響應(yīng)力的行為因子則為比較數(shù)列，它們均為時間數(shù)列?；炷翂螒?yīng)力主要與水壓力、溫度、自重、濕漲以及時效等因素有關(guān)系。在蓄水初期的觀測資料分析中，自重應(yīng)力和濕漲應(yīng)力以常數(shù)表示。

(1)庫水位因子。選擇水深的三次多項式：H、H2、H3。

(2)時效因子。選擇線性函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的疊加函數(shù)：

(3)溫度因子。選擇當(dāng)日氣溫T、前30天平均氣溫T30、前60天平均氣溫T60、前1～6個月的某日氣溫Tqi(i=1～6)、前1～6個月的月平均氣溫Tqi(i=1～6)。

于是，參考數(shù)列：應(yīng)力

x1(0)={x1(k)(0)|k=1,2,3…m}；

比較數(shù)列：庫水位、時效、溫度

xi(0)={xi(k)(0)|k=1,2,3,...m}

(i=2,3,...n)，m為樣本數(shù)，n為變量數(shù)。

2模型建立

在蓄水初期由于水位較低，水壓力對應(yīng)力的影響并不明顯，因此考慮對水壓應(yīng)力分量采用有限元計算的確定性模型。溫度和時效應(yīng)力分量采用GM模型，將以上各種因素的模型求和就得出表征壩體實測應(yīng)力變化規(guī)律的灰色混合模型。

2.1水壓應(yīng)力分量確定性模型

為了尋求水位與應(yīng)力之間的確定性函數(shù)關(guān)系，可采用有限元法進(jìn)行計算，以便提高數(shù)學(xué)模型值的精度。其一般方程見下式。

式中：α0、αi為回歸系數(shù)。

2.2溫度和時效應(yīng)力分量GM模型

經(jīng)過等時距處理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)生成可得到生成數(shù)列

xit(1)={xit(k)(1)|k=1,2,...,m}(i=1,2,...,n)

通過編制GM程序可以很方便的建立動態(tài)和靜態(tài)模型，動態(tài)模型x1(1)的時間（離散）近似關(guān)系式為：

靜態(tài)模型x1(1)的時間（離散）近似關(guān)系式為：

對模型值進(jìn)行數(shù)據(jù)還原可用于模型效果的評價，通過后驗差比值C和小誤差概率P可綜合評價模型的精度。在實際建模中，模型的精度與選入的因子有很大關(guān)系，可以通過剔除關(guān)聯(lián)度小的因子來提高模型精度。

2.3灰色混合模型的建立

將水壓應(yīng)力分量確定性模型與溫度時效應(yīng)力分量GM模型求和就得出灰色混合模型，其一般方程式如下：

3工程實例

桃林口水庫位于灤河主要支流青龍河上，工程于1992年10月動工，1998年底竣工。水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高74.5m，壩頂長度500m，壩頂寬7m，壩底最大寬度63.76m。5號壩段為應(yīng)力監(jiān)測的重點壩段，在距建基面6m的80.00m高程選擇應(yīng)力觀測截面一個，在觀測截面的中心線上布設(shè)5組5向應(yīng)變計組測點，每個測點布設(shè)無應(yīng)力計一個，其中靠上游的第1組測點位于常態(tài)混凝土中，其余4個測點位于碾壓混凝土中。本例以第1、3、5測點垂直向應(yīng)力為分析對象，選取1998年3月至1998年11月的觀測時段進(jìn)行建模。

3.1水壓應(yīng)力分量

選取35級不同上游水深，通過有限元計算相應(yīng)的應(yīng)力，然后采用逐步回歸的方法進(jìn)行擬合，計算結(jié)果見表1。

表1中各參數(shù)正負(fù)號有所不同，說明水壓對不同部位測點應(yīng)力的影響是不同的。各方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)都很接近1，表明全部因子與應(yīng)力的相關(guān)程度十分密切，剩余標(biāo)準(zhǔn)差都很接近0，表明模型回歸值與計算值之間的離散程度微小，因此，采用表1的模型回歸擬合值作為灰混模型的水壓分量是比較理想的。

3.2溫度時效應(yīng)力分量

對各因子進(jìn)行一次累加生成，使用GM程序計算動態(tài)和靜態(tài)模型參數(shù)，通過對比較數(shù)列的舍取使模型精度達(dá)到最高，計算結(jié)果見表2。

表2中模型精度均為Ⅰ級，表明模型精度較好。選取因子包括ln(1＋τ/30.5)、前1～6個月的某日氣溫Tqi(i=1～6)、前1～6個月的月平均氣溫Tqi(i=1～6)，沒有選入當(dāng)日氣溫、前30天平均氣溫、前60天平均氣溫，表明各測點應(yīng)力與氣溫變化存在滯后性，前1～6個月的氣溫變化對應(yīng)力均有疊加影響。

3.3灰色混合模型

繪制應(yīng)力灰混模型擬合曲線見圖1～3。殘差分布概率見圖4。計算結(jié)果中灰混模型的殘差90％分布在－0.5～0.5kg/cm2之間，表明模型的精度較好。除了第一、第五測點動態(tài)模型曲線的初期2～3個數(shù)據(jù)的殘差較大外，其余各點與實測值擬合地很好。

4結(jié)語

(1）在大壩運行初期，采用混合模型分析實測應(yīng)力較統(tǒng)計模型更具有合理性。

(2）在實際問題中把統(tǒng)計學(xué)、灰色理論和有限元方法有機(jī)結(jié)合起來可以取得互相補(bǔ)充的效果。所建立的碾壓混凝土壩應(yīng)力灰色混合模型，其精度是較好的。在只有少量觀測資料的情況下，即可以用于第一次蓄水及運行初期這一重要時期大壩的安全觀測。

(3)在建立GM模型過程中，要通過對模型精度的檢驗來選擇因子。

TheApplicationofGraySystemModelinStressAnalysisofConcreteDam

WangYong－liang，XuYang

（HebeiProvincialAcademyOfWaterResource,Shijiazhuang050051,China）

Abstract:Toanalysetheimpactfactorsonstressofconcretedamandstresschanges,especiallyinthecaseofinsufficientobservationsatthebeginningofstoringwater,GrayMixModelaredevelopedinthispaperbyintegratingthedeterminablefiniteelementmodelandgraysystemmodel.ThemodelhasbeenappliedtostressanalysisofTaolinkouconcretedam,theresultsshowthatthemodelisapplicable.

Keywords:graysystemmodel;determinablemodel;finiteelementmodel;stressanalysis;concretedam

基金項目：河北省水利廳碾壓混凝土壩蓄水初期工作性態(tài)分析研究

作者簡介：王永亮（1974－），男，工程師，從事水庫觀測資料分析以及水工建筑物安全評價等工作。