【摘要】：面板堆石壩現(xiàn)已成為世界上公認的一種比較經(jīng)濟的壩型。隨著我國抽水蓄能電站的快速發(fā)展,面板堆石壩也越來越多地被用于抽水蓄能電站。然而抽水蓄能電站面板堆石壩施工面臨著施工工期緊、不確定性因素多、施工工藝復雜、碾壓質(zhì)量如何全面的評價以及工期-質(zhì)量-成本三大目標如何均衡優(yōu)化等關鍵性問題。如何解決這些問題,是目前面板堆石壩施工管理所面臨的挑戰(zhàn)。因此,就上述問題展開深入的研究分析,并取得了以下研究成果:1、針對面板堆石壩復雜的施工過程以及其施工動態(tài)參數(shù)難以實時獲取等問題,基于施工參數(shù)敏感性分析方法,提出了基于實時監(jiān)控的面板堆石壩施工動態(tài)仿真模型和方法。面板堆石壩施工過程具有很強的隨機性和不確定性。目前面向施工階段的面板堆石壩施工仿真參數(shù)的選取多采用專家經(jīng)驗法和工程類比法,影響了仿真結(jié)果的可靠性;仿真缺乏實時性,很難在當前的施工面貌及最新的機械配置基礎上,實時預測未來的施工進度。針對上述問題,采用正交試驗方法對施工參數(shù)進行了敏感性分析,確定了施工過程中的關鍵參數(shù)和關鍵施工環(huán)節(jié);在此基礎上提出基于實時監(jiān)控的面板堆石壩施工動態(tài)仿真模型,依據(jù)實際的施工信息,實時獲得并更新仿真參數(shù),通過動態(tài)仿真來進行施工進度預測和分析,確保進度目標的實現(xiàn)。2、綜合考慮面板堆石壩壩體碾壓質(zhì)量的關鍵影響因素,在孔隙率-可靠性耦合分析的基礎上,提出了耦合孔隙率-可靠性的面板堆石壩壩體填筑質(zhì)量二元分析模型與方法。以往面板堆石壩填筑質(zhì)量的控制主要依靠施工現(xiàn)場隨機取樣試驗,因此分析結(jié)果只能反映壩體倉面的試驗測點本身的填筑質(zhì)量,并且沒有考慮質(zhì)量影響因素變異性的影響。針對上述問題,結(jié)合面板堆石壩碾壓實時監(jiān)控技術,基于碾壓參數(shù)對孔隙率的敏感性分析,建立了基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡孔隙率預測模型。在考慮孔隙率影響參數(shù)變異性的條件下,提出了耦合孔隙率-可靠性的面板堆石壩壩體填筑質(zhì)量二元分析方法。比較傳統(tǒng)的現(xiàn)場隨機取樣試驗評價方法,提出的壩體填筑質(zhì)量分析模型與方法綜合反映了整個壩體的質(zhì)量情況,其評價結(jié)果更為全面合理,也為后續(xù)大壩施工提供了更為可靠的依據(jù)。3、針對工期和質(zhì)量的不確定性,建立了基于質(zhì)量成本和決策偏好的工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型。目前針對大壩工程施工工期、質(zhì)量、成本多目標優(yōu)化的研究忽略了工期-質(zhì)量-成本三者之間的制約關系;同時,目前的研究忽略了實際施工參數(shù)對施工控制與管理決策的重要影響。因此,結(jié)合實時監(jiān)控系統(tǒng),在考慮質(zhì)量和進度模糊性的基礎上,建立了基于質(zhì)量成本和決策偏好的工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型。比較目前的施工多目標優(yōu)化模型,建立的模型綜合考慮了實際施工參數(shù)對施工進度動態(tài)預測、質(zhì)量控制水平和質(zhì)量成本控制的影響,為解決施工優(yōu)化問題提供了有效的途徑。4、采用數(shù)據(jù)敏感性分析方法、施工動態(tài)仿真方法、基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡算法以及基于模糊工期和模糊質(zhì)量的非支配排序遺傳算法等分析求解算法,分別對面板堆石壩施工動態(tài)仿真、壩體填筑質(zhì)量二元分析模型和工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型進行了分析。目前的研究缺乏對實時監(jiān)控數(shù)據(jù)重要性的分析,導致現(xiàn)場施工參數(shù)控制沒有針對性;同時,利用傳統(tǒng)數(shù)學方法對基于實時監(jiān)控的施工動態(tài)仿真、質(zhì)量分析、均衡優(yōu)化等模型進行求解操作較為復雜,求解效率低。針對上述問題,采用正交試驗的極差法和神經(jīng)網(wǎng)絡分別對施工仿真參數(shù)和碾壓質(zhì)量參數(shù)進行了敏感性分析,定量評價了實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的變動性對模型輸出結(jié)果的變異性影響程度,確定了關鍵影響參數(shù);結(jié)合排隊論、計算機仿真技術、網(wǎng)絡計劃技術與實時監(jiān)控技術,提出了cyclone(cycleoperationnetwork)施工動態(tài)仿真方法,為全面快速地掌握面板堆石壩施工過程提供了有利的分析工具;同時,采用基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡算法求解了孔隙率預測模型,克服了以往遺傳算法丟失最優(yōu)個體、計算收斂緩慢的問題;采用基于模糊工期和模糊質(zhì)量的非支配排序遺傳算法求解了工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化模型,考慮了工期和質(zhì)量的不確定性,與傳統(tǒng)的均衡優(yōu)化求解方法相比,該方法提高了計算效率和魯棒性,具有較好的收斂性。5、依托某抽水蓄能電站面板堆石壩工程,進行應用研究,驗證了上述理論和方法的可行性。以我國某抽水蓄能面板堆石壩工程為例,將上述的研究成果的理論、方法、技術應用到實際工程中。(1)采用正交試驗方法對施工參數(shù)進行敏感性分析,確定關鍵參數(shù)和關鍵施工環(huán)節(jié);采用單樣本k-s(kolmogorov-smirnov)檢驗、p-p概率圖檢驗,對關鍵參數(shù)的監(jiān)控數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,并依此更新后期施工進度仿真參數(shù),采用cyclone施工動態(tài)仿真方法實現(xiàn)了施工進度的動態(tài)仿真;對自卸汽車重運這一關鍵施工環(huán)節(jié)進行分期分析,有針對性的給出了分期重運環(huán)節(jié)的施工指導意見。(2)采用神經(jīng)網(wǎng)絡敏感性分析方法確定壩體石料的不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)、含水率、細粒料含量以及實時監(jiān)控獲取的碾壓遍數(shù)、碾壓厚度、激振力狀態(tài)等特征參數(shù)對孔隙率重要程度;結(jié)合以上參數(shù),采用精英保留策略遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡算法預測壩面孔隙率,確定壩面孔隙率分布;進一步地,考慮孔隙率影響參數(shù)變異性,采用耦合孔隙率-可靠性質(zhì)量二元分析方法對的面板堆石壩各區(qū)填筑質(zhì)量進行了綜合分析;為工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化以及現(xiàn)場施工質(zhì)量控制提供了依據(jù)。(3)結(jié)合工程背景,分別采用層次分析法、熵權法及組合賦權法計算工期-質(zhì)量-成本三大目標的權重;在施工過程中,結(jié)合當前質(zhì)量分析結(jié)果和施工動態(tài)仿真,考慮實時監(jiān)控下的質(zhì)量成本,提出后期施工方案,通過基于模糊工期和模糊質(zhì)量非支配排序遺傳算法對方案進行工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化,結(jié)合TOPSIS法對優(yōu)化方案進行進一步比選,為后期壩體填筑施工提供合理的施工方案。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TV51
，

本文編號：2576091