基于数据驱动和机理分析的高心墙堆石坝结构安全性综合评估方法：从定性分析向定量评估的转变

《ADVANCED ENGINEERING INFORMATICS》：Data-driven and mechanism-based comprehensive assessment method for the structural safety of high core rockfill dams: A transformation from qualitative analysis to quantitative evaluation

　　

Jingdan Zhang|Xiang Lu|Huibao Huang|Hongwei Liu|Chen Chen|Zefa Li

摘要

在长期运行过程中，高芯墙坝会表现出显著的时间变化结构响应。基于变形指标和经验模型的传统监测方法难以揭示其内部力学状态的变化。尽管现有研究已将有限元分析与参数反演相结合用于安全评估，但大多数方法仍局限于静态分析，无法量化材料参数和安全裕度的持续演变。为了解决这一问题，本文提出了一种数据驱动、基于机制的综合性评估方法，构建了一个涵盖“监测数据分析-时间变化材料参数反演-多失效模式风险计算-动态系统风险监测”的综合评估流程。首先，利用多源监测数据对材料参数进行时间反演，得到芯墙力学参数的时间变化函数。随后，计算与溢流、边坡失稳和渗流破坏等关键失效模式相关的风险，从而建立系统可靠性的时间过程。接着，利用时间卷积网络（TCN）和注意力机制构建了一个基于监测数据的快速风险评估模型，以实现系统安全状态的实时预测。对某高芯墙坝的应用结果表明，所提出的方法能够合理反映坝体材料及其结构性能的演变特征。与传统评估方法相比，该方法实现了从定性解释向定量评估的转变，从局部指标评估扩展到系统整体安全评估，以及从离线计算向实时监测的升级，代表了显著的进步。