考虑坝体分区与材料不确定性的堆石坝参数解耦反演研究：以某混凝土面板堆石坝为例

《Scientific Reports》：Research on decoupling inversion analysis of rockfill dam parameters considering dam zoning and material uncertainty: the case study of a concrete face rockfill dam

　　

摘要

本文提出了一种将稀疏多项式混沌展开（sPCE）与贝叶斯推断相结合的参数解耦反演方法。该方法旨在准确研究堆石坝材料参数的不确定性，提高反演可靠性，并克服传统确定性方法的局限性，这些传统方法忽略参数随机性且存在多参数耦合问题。该方法首先基于sPCE构建堆石坝位移响应的代理模型，采用正交匹配追踪（OMP）选择关键基函数以提高建模效率。结合Sobol指标进行全局敏感性分析，揭示参数对坝体位移影响的 空间分布规律。在此基础上，引入贝叶斯推断，构建考虑测量误差的似然函数。随后，使用DREAM算法进行MCMC采样，并采用"解耦"策略按区域依次反演关键参数，实现参数后验分布的动态更新。以Duncan-Chang EB模型为例，通过工程案例验证了所提方法的可行性和有效性。结果表明，利用各参数敏感性分布差异进行解耦反演既可行又科学合理。贝叶斯反演能有效识别参数后验分布，标准差通过迭代反演逐渐收敛，显著降低参数不确定性。该方法系统地量化了材料参数不确定性，实现参数的概率识别和动态更新。为堆石坝的运行安全评估和全生命周期风险管理提供了理论基础和技术支持。