【摘要】：面板堆石壩現(xiàn)已成為世界上公認(rèn)的一種比較經(jīng)濟(jì)的壩型。隨著我國(guó)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(fù)雜、碾壓質(zhì)量如何全面的評(píng)價(jià)以及工期-質(zhì)量-成本三大目標(biāo)如何均衡優(yōu)化等關(guān)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(duì)面板堆石壩復(fù)雜的施工過程以及其施工動(dòng)態(tài)參數(shù)難以實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控的面板堆石壩施工動(dòng)態(tài)仿真模型和方法。面板堆石壩施工過程具有很強(qiáng)的隨機(jī)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(yàn)法和工程類比法,影響了仿真結(jié)果的可靠性;仿真缺乏實(shí)時(shí)性,很難在當(dāng)前的施工面貌及最新的機(jī)械配置基礎(chǔ)上,實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)未來的施工進(jìn)度。針對(duì)上述問題,采用正交試驗(yàn)方法對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析,確定了施工過程中的關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵施工環(huán)節(jié);在此基礎(chǔ)上提出基于實(shí)時(shí)監(jiān)控的面板堆石壩施工動(dòng)態(tài)仿真模型,依據(jù)實(shí)際的施工信息,實(shí)時(shí)獲得并更新仿真參數(shù),通過動(dòng)態(tài)仿真來進(jìn)行施工進(jìn)度預(yù)測(cè)和分析,確保進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。2、綜合考慮面板堆石壩壩體碾壓質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素,在孔隙率-可靠性耦合分析的基礎(chǔ)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(chǎng)隨機(jī)取樣試驗(yàn),因此分析結(jié)果只能反映壩體倉(cāng)面的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)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(duì)上述問題,結(jié)合面板堆石壩碾壓實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù),基于碾壓參數(shù)對(duì)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(luò)孔隙率預(yù)測(cè)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(chǎng)隨機(jī)取樣試驗(yàn)評(píng)價(jià)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(gè)壩體的質(zhì)量情況,其評(píng)價(jià)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(duì)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(duì)大壩工程施工工期、質(zhì)量、成本多目標(biāo)優(yōu)化的研究忽略了工期-質(zhì)量-成本三者之間的制約關(guān)系;同時(shí),目前的研究忽略了實(shí)際施工參數(shù)對(duì)施工控制與管理決策的重要影響。因此,結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),在考慮質(zhì)量和進(jìn)度模糊性的基礎(chǔ)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(biāo)優(yōu)化模型,建立的模型綜合考慮了實(shí)際施工參數(shù)對(duì)施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、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(dòng)態(tài)仿真方法、基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(duì)面板堆石壩施工動(dòng)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(jìn)行了分析。目前的研究缺乏對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)重要性的分析,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)控制沒有針對(duì)性;同時(shí),利用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法對(duì)基于實(shí)時(shí)監(jiān)控的施工動(dòng)態(tài)仿真、質(zhì)量分析、均衡優(yōu)化等模型進(jìn)行求解操作較為復(fù)雜,求解效率低。針對(duì)上述問題,采用正交試驗(yàn)的極差法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別對(duì)施工仿真參數(shù)和碾壓質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析,定量評(píng)價(jià)了實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變動(dòng)性對(duì)模型輸出結(jié)果的變異性影響程度,確定了關(guān)鍵影響參數(shù);結(jié)合排隊(duì)論、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)與實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù),提出了cyclone(cycleoperationnetwork)施工動(dòng)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(shí),采用基于精英保留策略的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法求解了孔隙率預(yù)測(cè)模型,克服了以往遺傳算法丟失最優(yōu)個(gè)體、計(jì)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(jì)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(jìn)行應(yīng)用研究,驗(yàn)證了上述理論和方法的可行性。以我國(guó)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(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程中。(1)采用正交試驗(yàn)方法對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,確定關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵施工環(huán)節(jié);采用單樣本k-s(kolmogorov-smirnov)檢驗(yàn)、p-p概率圖檢驗(yàn),對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并依此更新后期施工進(jìn)度仿真參數(shù),采用cyclone施工動(dòng)態(tài)仿真方法實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)仿真;對(duì)自卸汽車重運(yùn)這一關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)進(jìn)行分期分析,有針對(duì)性的給出了分期重運(yùn)環(huán)節(jié)的施工指導(dǎo)意見。(2)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(xì)粒料含量以及實(shí)時(shí)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(duì)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(luò)算法預(yù)測(cè)壩面孔隙率,確定壩面孔隙率分布;進(jìn)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(duì)的面板堆石壩各區(qū)填筑質(zhì)量進(jìn)行了綜合分析;為工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化以及現(xiàn)場(chǎng)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(quán)法及組合賦權(quán)法計(jì)算工期-質(zhì)量-成本三大目標(biāo)的權(quán)重;在施工過程中,結(jié)合當(dāng)前質(zhì)量分析結(jié)果和施工動(dòng)態(tài)仿真,考慮實(shí)時(shí)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(duì)方案進(jìn)行工期-質(zhì)量-成本均衡優(yōu)化,結(jié)合TOPSIS法對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行進(jìn)一步比選,為后期壩體填筑施工提供合理的施工方案。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV51
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本文編號(hào)：2576091