神经网络模型在大坝位移监测中的应用分析

吕德浩

(林口县水电开发总公司，黑龙江 林口 157699)

1 绪 论

土石坝变形监测研究具有重要意义，主要包括变形监测、渗流监测、环境量监测及应力应变监测等内容。变形监测为坝顶和坝基的水平向位移和竖直向沉降，挠度及裂缝开合度等观测。垂直位移主要包括：初始沉降，固结沉降和次固结沉降[1]。一般在施工期变形较明显，主要影响因素为坝体自重增加，蓄水期沉降逐渐收敛稳定。

2 土石坝监测模型原理

土石坝蓄水期竖向位移影响因子主要包括水压分量δH、温度分量δT和时效分量δθ[2]，大坝节点沉降变形表达式为：

δ=f(δH)+f(δT)+f(δθ)

(1)

坝体变形的映射关系式建立如下：

δ=F(δH，δT，δθ)

(2)

2.1 水压分量δH

坝体上游面水压力可分为水平力和竖直力，沉降和上游水位高度的几何次方呈线性关系。水压分量式为：

(3)

式中：H为上游水位高度，H0为日水深(i=1-3)；m1i、m2i影响因子系数。

2.2 温度分量δT

坝体温度变化主要来源为外界环境因素，即环境温度和水温变化，温度分量δT表达式为：

(4)

2.3 时效分量δθ

时效分量δθ表达式为：

δθ=c1θ+c2Inθ

(5)

式中：θ为监测累计天数；c1、c2为影响系数。

土石坝竖向位移模型因子集的数学表达式为：

(6)

3 工程实例

3.1 工程概况

某心墙土石坝最大坝高98.30m，坝长 275.80 m，水库总库容4.87×108m3，该枢纽主要工程效益为发电，兼具灌溉、防洪等生态功能[3]。大坝竖直向安全监测资料选用2008年1月1日-2010年1月1日的坝体垂线人工监测资料(节选数据见表2)，基准日期为1998年12月15日。测点设定为大坝下游15.8m的D3-4、D4-4、D5-4三个测点。

3.2 位移监测点选取

文章选取监测数据较全面的大坝下游坝肩0+015.80m的D3-4、D4-4、D5-4三个测点。对大坝沉降各监测点位置坐标进行统计，变形测点位置坐标统计表，见表1[4]。

表1 变形测点位置坐标统计表

3.3 变形监测分析

测点D3-4的ACO-BP网络模型位移结果图，见图1。

图1 测点D3-4的ACO-BP网络模型位移结果图

由图1可知：断面位置的不同测点拟合值和实测值曲线变化规律基本一致，表明拟合效果良好，存在少量测点拟合精度较低，由于时间段内部分统计资料缺失所致。

位移监测点D3-4的ACO-BP模型和BP模型的位移变化预测结果，位移监测点D3-4监测数据不同模型预测结果，见表2；测点D3-4的不同结果拟合对比图，见图2。

表2 位移监测点D3-4监测数据不同模型预测结果

图2 测点D3-4的不同结果拟合对比图

对位移测点的ACO-BP模型和BP模型预报精度进行对比，不同模型的测点位移精度对比表，见表3。

表3 不同模型的测点位移精度对比表

由上述图表结果可知，测点D3-4的沉降预报中ACO-BP模型的预测误差基本

4 结 论

文章基于土石坝位移变形和监测模型原理，结合历史实测资料，对某工程变形监测建立ACO-BP和BP网络模型建模程序，计算土石坝不同模型下选取测点的位移变形拟合结果，对比分析认为ACO-BP模型的预测结果拟合效果更精确，预测结果符合实际监测规律，在土石坝位移监测中具有较好的适用性。