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第 19 卷 第 4 期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.19 No.4
2021 年 8 月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research August，2021

文章编号：1672-3031（2021）04-0400-11

基于质量检测与安全监测数据的补强拱坝弹性模量反馈

谢 同 ，黄耀英 ，徐 耀 ，丁胜勇 ，费大伟 1
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（1. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；
2. 中国水利水电科学研究院 材料研究所，北京 100038）
摘要：针对施工期进行补强加固处理的高拱坝在长期服役后真实材料力学参数是否满足设计要求的问题，本文依
托某施工期补强碾压混凝土拱坝工程，首先采用钻孔取芯、大坝弹性波 CT 及表面波法（SASW）和现场普查相结合
的方法进行大坝混凝土质量检测；进而基于变形监测资料对拱坝的实测位移进行定性分析；然后通过建立径向位
移统计模型进行定量分析；接着采用正交设计-BP 神经网络-数值计算相结合的方法，优化反演坝体和坝基的弹
性模量。研究表明：该补强拱坝坝体内部混凝土强度基本在 30 MPa 以上，反演获得的坝体混凝土弹性模量为
30.13 ~ 33.30 GPa。虽然该补强大坝拱冠梁处测点变形偏大且存在左、右岸变形不对称的现象，但结合运行期大
坝质量检测成果以及参数反演结果，可认为目前补强拱坝运行状态良好，坝体混凝土能满足设计要求。
关键词：补强高拱坝；质量检测；实测变形；力学参数；优化反演
中图分类号：TV642.2 文献标识码：A doi：10.13244/j.cnki.jiwhr.20200068

1 研究背景

对高拱坝和坝基进行质量检测和安全监测，通过多种理论和方法对实测资料进行正反分析，定
量分析评价拱坝及坝基的安全状态，是保证高拱坝长期安全运行的重要手段。虽然在施工期就暴露
出质量缺陷的拱坝工程相对少见，但是碾压混凝土拱坝由于本身结构的特殊性和复杂性导致施工期
即出现坝体质量缺陷的问题依然存在。例如，某碾压混凝土双曲高拱坝在施工期出现了严重的质量
［1］
缺陷，在采取了综合补强措施后，张雄 通过监测资料分析以及有限元法计算后综合判定目前该碾
压混凝土拱坝整体安全。同时由于高拱坝坝体和坝基的工作条件复杂，通常难以直接给定计算参
数，随着拱坝运行过程中工作性态的不断变化，其力学参数与设计值相比一般会有较大的差别。
因此，有必要基于原型监测资料对拱坝力学参数进行反演分析，并由此评价拱坝的安全状态 ［2-4］ 。
目 前 ， 基 于 拱 坝 变 形 原 型 监 测 资 料 对 坝 体 和 坝 基 弹 性（变 形）模 量 进 行 反 演 分 析 的 研 究 较 多 。 例
如，周秋景 ［5］ 、何柱等 ［6］ 学者对小湾拱坝的力学参数进行了反演分析，并对其稳定性进行了评价；
［8］
［7］
［9］
程立等 、Wu 等 、刘毅等 、Liu 等 ［10］ 学者，则通过对锦屏一级拱坝力学参数的反演，对其极限承
载力和工作性态等方面进行了分析评价；程井等 ［11］ 反演了鱼简河拱坝的力学参数，并在此基础上开
展了拱坝反馈分析及安全度评价；刘健等 ［12］ 采用改进的 BP 神经网络反演了李家峡拱坝坝体弹性模量
和基岩变形模量；强天驰等 ［13］ 采用阻尼最小二乘法结合简化单变量算法，同时反演了某拱坝多个坝
体弹性模量及基岩变形模量；冯帆等 ［14］ 则提出了一种反演施工期真实力学参数的混合模型，并以溪
洛渡拱坝为例，验证了模型的适用性与可行性。Chen 等 ［15］ 基于运行期监测资料，通过支持向量机的
混合粒子群优化和引力算法，反演了某高拱坝的分区弹性模量。Fu 等 ［16］ 通过建立特高拱坝坝体-坝

收稿日期：2020-05-28；网络首发时间：2021-04-21
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5020.TV.20210420.0851.001.html
基金项目：国家重点研发计划（2018YFC0407103）；国家自然科学基金项目（51779130）；中国水科院基本科研业务费项目
（SM0145B632017）
作者简介：谢同（1995-），硕士生，主要从事水工程安全监控研究。E-mail：461359314@qq.com
通讯作者：黄耀英（1977-），博士，教授，主要从事水工程长效服役实验、数值计算及调控等研究。
E-mail：huangyaoying@sohu.com
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