【技術實現步驟摘要】
本申請涉及水利工程及巖土工程，尤其是涉及一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法。
技術介紹
1、近年來，隨著水電開發、水資源配置等國家戰略的推進，由于其能夠適應復雜的地質條件并具有優異的安全特性和經濟效益，堆石壩工程在我國的發展迅速。堆石壩變形不協調或者變形過大，會導致壩頂出現縱向裂縫、面板擠壓破壞、心墻出現滲漏甚至發生潰壩，對大壩長期運行安全構成潛在威脅。因此，需建立堆石壩安全監測系統，開展結構仿真分析，進行壩體變形估計與預測，以實現堆石壩全生命期性態評估與調控的安全建設目標。近年來，國內外學者通過試驗研究、理論探索、應用實踐發展了大量的堆石壩變形估計和預測的方法，但由于堆石壩工程中存在著較大不確定性，壩體變形時空演變復雜，其變形估計精度有待進一步的提高。
2、基于數據驅動和模型驅動是兩類目前較為成熟且廣泛應用的堆石壩變形分析方法。基于監測數據建立安全監控模型，是利用統計回歸、灰色系統理論或時間序列方法，建立變形預測模型，從而預測測點的變形演化過程；但在實際工程中，由于監測中產生的數據量大幅增長，數據模型缺乏機理支撐，準確性較低、可解釋性較差，其精度受到一定的限制。有限元模擬是工程中常用的基于模型驅動的方法，應用經驗豐富，具有較強的可靠性；但難以精確確定堆石料的力學參數，通常需要進行參數反演，以獲取更加合理的參數，而且其宏觀本構模型很難全面考慮材料在變形過程中體現的各種工程特性。
3、監測數據可以反映堆石壩的真實變形，精度較高，但無法體現壩體整體的變形分布；有限元方法可以提供隱含機理的變形
技術實現思路
1、為了考慮堆石壩不同材料分區中變形趨勢的差異，融合多源監測數據和有限元模擬結果，挖掘不同來源的變形數據的空間關聯性，提高堆石壩變形場的精度，本申請提供一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法。
2、本申請提供的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法采用如下的技術方案：
3、一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，包括以下步驟：
4、建立堆石壩三維有限元模型；基于堆石壩初始材料參數，進行三維有限元模擬得到堆石壩的初始變形場；
5、對堆石壩內外部的多源原始監測數據進行數據預處理與分析，得到處理后的實測位移；
6、基于所述初始材料參數和處理后的實測位移，進行堆石料本構模型的參數反演分析并得到反演參數；基于所述反演參數進行三維有限元模擬，得到堆石壩的反演變形場；
7、計算實測位移與對應測點位置的反演變形場結果之間的殘差；
8、基于堆石壩材料分區詳圖，對堆石壩壩體進行區域劃分，獲取各子域的殘差數據集；
9、對各子域的殘差數據進行分析和檢驗，并計算殘差的實驗半方差，通過半方差函數模型進行擬合，得到殘差的半方差函數；
10、基于反演變形場結果，計算各子域的有限元模擬的半方差函數；
11、基于得到的殘差理論半方差函數和有限元模擬半方差函數，利用貝葉斯克里金方法建立各子域的空間模型，得到各子域變形估計的值與方差；
12、基于所述各子域變形估計方差，計算最優加權權重；
13、基于子域中心點與估計點之間的距離，修正最優加權權重，得到距離修正權重；
14、基于距離修正權重與各子域變形估計值，利用線性加權方法計算估計點的變形值，得到基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場。
15、進一步地，對堆石壩內外部的多源原始監測數據進行數據預處理與分析，得到處理后的實測位移，具體方法如下：
16、對于多源的原始監測數據，采用pauta準則識別并篩出監測變形時間序列中的異常值；
17、采用線性插值和卡爾曼濾波方法，對變形時間序列進行補充和平滑；
18、選定參數反演的參照點，確定與其對應的有限元節點。
19、進一步地，基于堆石壩材料分區詳圖，對堆石壩壩體進行區域劃分，獲取各子域的殘差數據集，各子域殘差數據表示為：
20、
21、其中，l表示子域編號，k表示子域總數，i表示對應子域中測點編號，nl表示對應子域中測點的總數，xl和yl分別表示對應子域中的測點和殘差值，pl，i表示第l個子域中第i個測點，zt(pl，i)表示測點pl，i位置處的殘差。
22、進一步地，對各子域的殘差數據進行分析和檢驗，并計算殘差的實驗半方差，通過半方差函數模型進行擬合，得到殘差的半方差函數，具體方法如下：
23、對各子域的殘差數據進行正態分布檢驗，若不符合正態分布，則對殘差數據進行變換使其符合正態分布；
24、計算殘差的實驗半方差γ*(h)，計算公式為：
25、
26、其中，h為兩測點間距離，nh為配對點總數，z(xi)為對應測點xi的觀測值，z(xi+h)為與測點xi距離h處的觀測值；
27、通過最小二乘法進行半方差函數的擬合，半方差函數模型包括線性模型、高斯模型、球狀模型和指數模型。
28、進一步地，基于反演變形場結果，計算各子域的有限元模擬的半方差函數，具體方法如下：
29、根據半方差函數的可加性，有限元模擬的半方差函數γf的計算公式如下：
30、
31、其中，pi和pj為有限元模擬值對應的空間位置，γs為標準半方差函數；σf表示為對應點隨機有限元模擬值的方差，通過蒙特卡洛模擬確定，當為確定性有限元時，方差為0。
32、進一步地，基于得到的殘差理論半方差函數和有限元模擬半方差函數，利用貝葉斯克里金方法建立各子域的空間模型，得到各子域變形估計的值與方差，具體方法如下：
33、貝葉斯克里金方程組表示為：
34、
35、其中，p0為任一估計點，λi為已知點pi在估計點p0的權重；γz|f(·)為給定的f(p0)下，z(p)的條件半方差函數；γf(·，·)為f(p0)的半方差函數，μ為拉格朗日乘子；
36、求解貝葉斯克里金方程組，得到對應子域模型計算的任一插值點p0的變形[zbk(p0)]l為：
37、
38、求解貝葉斯克里金方程組，得到對應子域模型計算的任一插值點p0的方差為：
39、
40、進一步地，基于所述各子域變形估計方差，計算最優加權權重的方法如下：
41、通過規劃最小化方差，計算最優加權權重，計算公式為：
42、
43、其中，為最優加權權重的集合，為方差矩陣，1k表示元素均為1的列向量。
44、進一步地，基于子域中心點與估計點之間的距離，修本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：對堆石壩內外部的多源原始監測數據進行數據預處理與分析，得到處理后的實測位移，具體方法如下：
3.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于堆石壩材料分區詳圖，對堆石壩壩體進行區域劃分，獲取各子域的殘差數據集，各子域殘差數據表示為：
4.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：對各子域的殘差數據進行分析和檢驗，并計算殘差的實驗半方差，通過半方差函數模型進行擬合，得到殘差的半方差函數，具體方法如下：
5.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于反演變形場結果，計算各子域的有限元模擬的半方差函數，具體方法如下：
6.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于得到的殘
7.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于所述各子域變形估計方差，計算最優加權權重的方法如下：
8.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于子域中心點與估計點之間的距離，修正最優加權權重，得到距離修正權重的方法如下：
9.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于距離修正權重與各子域變形估計值，利用線性加權方法計算估計點的變形值，得到基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場，具體方法如下：
10.一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于：所述處理器執行所述程序時實現如權利要求1-9任一項所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法。
...【技術特征摘要】
1.一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：對堆石壩內外部的多源原始監測數據進行數據預處理與分析，得到處理后的實測位移，具體方法如下：
3.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于堆石壩材料分區詳圖，對堆石壩壩體進行區域劃分，獲取各子域的殘差數據集，各子域殘差數據表示為：
4.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：對各子域的殘差數據進行分析和檢驗，并計算殘差的實驗半方差，通過半方差函數模型進行擬合，得到殘差的半方差函數，具體方法如下：
5.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構方法，其特征在于：基于反演變形場結果，計算各子域的有限元模擬的半方差函數，具體方法如下：
6.根據權利要求1所述的一種基于貝葉斯克里金和分區優化的堆石壩變形場重構...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬剛，程欣悅，艾志濤，苗夢瑤，王橋，周偉，常曉林，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：
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