堆石坝变形监测的灰色非线性时序组合模型.pdfVIP

第29卷第6期 河 海 大 学 学 报 v01．29 No 6 2∞1年11月 JOURNALOF HOHA／IgqIVEP,sr1~ Nov．2∞1 堆石坝变形监测的灰色非线性时序组合模型 郭海庆，吴中如，杨 杰 (河海大学水利水电工程学院，江苏南京 210098) 摘要：结合堆石坝变形的特点，应用逐步回归方法提取大坝变形观测数据系列的水压和温度分量 后，用友色非线性系统模型模拟剩奈数据系列的趋势项，用时问序列模型模拟剩余数据系列的随机 项，由此建立了堆石坝变形监测的灰色非线性时序组合模型 计算分析表明新模型提高了拟合精 度．使堆石坝变形监测的教学模型更趋于合理． 关键词：堆石坝；变形监测；灰色模型；非线性；时问序列分析 中图分类号：TV641．4 文献标识码：A 文章编号：1000-1980(2001)06—0051-05 堆石坝变形监测常用的统计模型是应用逐步回归分析法选取水压因子、温度因子和时效因子来分析三 者对大坝变形的影响．根据堆石坝长期运行经验和观测资料分析，在堆石坝变形中，时效变形是其主要影响 因素．水压和温度对堆石坝变形影响极小．坝体产生时效变形的原因极其复杂，包括填土高度、施工、含水量、 以及土石材料的固结和流变、基岩的徐变、基岩节理、断层、破碎带的压缩变形等．其中存在许多未知因素 这 些因素从理论上精确分析尚不可能，具有一定的灰色度，即存在灰色参数．另一方面，由于受到水文、地质、气 象等多种因素的影响，堆石坝变形数据序列不仅具有趋势性，还有一定的随机波动性．本文结合这种特点，将 堆石坝的变形观测数据序列看作综合灰色量，建立灰色非线性时序组合模型来拟合堆石坝变形规律，即应用 回归模型提取水压和温度分量后，由灰色非线性模型模拟堆石坝的时效变形，拟合其趋势项；再对提取趋势 项后的残差序列建立时间序列模型，用自回归滑动平均模型去拟合随机波动项．经实例验证，这种模型有效 地反映了堆石坝实际变形性态，效果较好． 1 建模 原理 堆石坝变形的弹性部分主要受水压、温度等的影响，而影响其非线性变形的因素则很多，主要与荷载引 起的土体等材料的塑性变形及徐变效应有关；而该特性又随着外界因素(包括坝体结构、地形地质条件以及 上下游水位变化情况和变化速率等)的变化而改变，在这一过程中，这种非线性的时效变形量不断增加，但增 加速率一般会逐渐减小，符合用灰色系统建模的基本要求．根据这一特点，本文建立的灰色非线性时序组合 模型包含了弹性变形因子、灰色非线性模型以及时序残差分析三部分． 1．1 弹性变形因子的选择 坝体在库水作用下，主要产生水压力、上浮力和湿化变形三方面的效应，都可归结为水深 的函数，取 其泰勒展开的前三项，得 土 如( )=，( )= 啦( 一JI]『毛) (1) 式中： 一 观测日上游水深；日口——起测日上游水深；n 一水压因子的回归系数． 温度变化引起土体线膨胀变化；当出现负温时，则引起土体冻胀．温度变化及其时间长短或者负温的出 现基本上都呈年周期变化．因而堆石坝因温度变化 l起的沉降量也基本呈年周期变化，即 )：，(I)：砉l[6lf(8in n …：小in )] (2) 收稿日期：200 1o_26 怍者简介：韩海庆(1 一)，男．山东鄄城人，博士研究生．主要从事水工结构和岩土工程安全监控理论丑其应用研究 河 海 大 学 学 报 2001年11月 式中：b b2i——温度因子的回归系数；f——观测Et至起测Et累计天数； 0——观测时段第一天至起测Et累 计天数． 1．2 灰色非线性模型的确定原理 灰色系统(简称Gs)理论将随机变量看作是在一定范围内变化的灰色量，将随机过程看作是在一定范围 内变化的、与时间有关的灰色过程．其核