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水 利 学 报

２０２２年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）０６ － ０７３３ － １４

严寒地区混凝土重力坝变形行为分析与预测模型

袁冬阳 １，２，３ ，顾冲时 １，２，３ ，顾 昊 ２，４
（１．河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 ２１００９８；
２．河海大学 水利水电学院，江苏 南京 ２１００９８；
３．河海大学 水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏 南京 ２１００９８；
４．河海大学 农业科学与工程学院，江苏 南京 ２１００９８）

摘要：变形是环境荷载动态变化与结构性能演化耦合作用下大坝服役性态的直观表征，合理的变形行为分析与预
测模型是科学诊断大坝健康态势并预测其未来运行行为的重要科学手段。考虑到严寒地区混凝土坝变形行为受环
境温度变化影响显著，为有效解译环境温度动态波动导致的热变形特征，构建了基于实测边界温度的严寒地区混
凝土重力坝变形行为分析模型。同时，为深入挖掘变形及其解释变量间复杂的因果函数关系，引入具有优良非线
性训练能力的 孪 生 支 持 向 量 回 归 （ ＴｗｉｎＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ，ＴＳＶＲ），并 结 合 鲸 鱼 算 法 （ＷｈａｌｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＷＯＡ）对 ＴＳＶＲ参数优化求解，据此提出了基于优化 ＴＳＶＲ的混凝土重力坝变形预测模型。以严寒地区
某混凝土重力坝为例，利用所建变形行为分析模型剖析了该坝某表孔溢流坝段坝顶水平位移变幅大且与其它测点
水平位移变化规律相反的不协调变形行为的成因，研究结果对深入认识严寒地区混凝土坝变形行为具有重要价
值；同时，基于优化 ＴＳＶＲ的变形预测模型拥有出色的非线性信息挖掘与建模预测能力，为高精度预测大坝变形
提供了一种新方法。
关键词：严寒地区；混凝土重力坝；变形行为；预测模型；孪生支持向量回归
中图分类号：ＴＶ３１１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１１００１

１ 研究背景

大坝是保障江河安澜、促进国民经济增长与区域稳定的重要基础设施，伴随筑坝工艺的发展，我
国混凝土坝建设在筑坝高度、数量与规模等方面取得了举世瞩目的成就 ［１ － ２］ 。运行期混凝土坝不仅要
长期承受静、动循环荷载作用，还面临着气候变暖与突发性自然灾害等多重风险威胁 ［３ － ５］ 。工程一旦
失事，将对下游人民生命安全、区域稳定与水生态安全等造成无法挽回的巨大损失。为保障工程长效
健康服役，大坝健康诊断和安全管控理论与方法已成为当前坝工领域研究的前沿科学问题 ［６］ 。变形作
为最能直观反映混凝土坝综合服役性态变化的重要监测量，其蕴含了坝体 － 坝基复杂非线性动力系统
在内部材料性能与外部环境荷载双重演变作用下的结构响应信息，合理的变形行为分析与预测模型对
于定量解析环境荷载变化对大坝服役性态的影响效应、实时判诊大坝健康态势与预测未来运行行为具
有重要意义 ［７ － ９］ 。
根据建模方法，混凝土坝变形行为分析与预测模型可分为统计模型、确定性模型和混合模型三大

收稿日期：２０２１ － １１ － １０；网络首发时间：２０２２ － ０４ － ２７
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０４２６．１０２１．００４．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１７３９００３）；国家自然科学基金联合基金重点项目（Ｕ２２４３２２３）；国家自然科学基金青年基
金项目 （ ５１９０９１７３）； 国 家 大 坝 安 全 工 程 技 术 研 究 中 心 开 放 基 金 项 目 （ＣＸ２０２０Ｂ０２）； 中 国 博 士 后 科 学 基 金 项 目
（ ２０２１Ｍ７０１０４４）
作者简介：袁冬阳（ １９９４ － ），博士生，主要从事水工结构安全监控研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙｕａｎｄｏｎｇｙａｎｇ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者：顾冲时（１９６２ － ），教授，主要从事水工结构安全监控与健康诊断研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｓｇｕ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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