[发明专利]一种高面板堆石坝多目标力学参数反演方法

权利要求书

1.一种高面板堆石坝力学参数多目标反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用面板堆石坝各断面设计图纸、材料分区情况、坝体分级施工程序建立包括面板、垫层、过渡料在内的面板堆石坝三维有限元模型；

步骤2：运用正交设计原理设计试验参数样本，并采用有限元分析软件以及上述所建模型对试验参数样本进行非线性应力变形分析，分析沉降、水平位移、面板应力、面板挠度的敏感性力学参数，确定敏感性较强的力学参数作为代反演参数；

步骤3：设计参数训练样本并对样本进行有限元计算，使用计算结果分别训练待反演力学参数与沉降、待反演力学参数与水平位移、待反演力学参数与面板应力、待反演力学参数与面板挠度之间的神经网络，共计得到四个训练好的神经网络。

步骤4：运用沉降、水平位移、面板应力、面板挠度实测数据分别建立目标函数，共四个目标函数；

步骤5：采用非支配多目标遗传算(NSGA-II)并利用四个训练好的神经网络对四个目标函数进行协同寻优，得到能全面反映坝体沉降、水平位移、面板应力、面板挠度特性的反演参数值。

2.根据权利要求1所述的高面板堆石坝力学参数多目标反演方法，其特征在于，步骤1中所述高面板堆石坝三维有限元模型为运用有限元软件根据设计图纸、材料分区、坝体施工程序建立三维有限元模型，三维模型中包括堆石体分区、施工分级以及垫层和面板组件。

3.根据权利要求1所述的高面板堆石坝力学参数多目标反演方法，其特征在于，步骤2中所述运用正交设计原理设计试验参数样本进行参数敏感性分析具体步骤为：

步骤2.1：运用正交设计原理对力学材料参数设计试验样本，运用有限元软件对各样本参数组进行应力变形分析，并提取堆石体的沉降、水平变形、面板应力和挠度；

步骤2.2：运用灵敏度指标S来反映参数的敏感性：

式中，S为灵敏度指标，y_i为模型第i次计算输出值；y₀为初始参数对应的模型输出值；x_i为模型第i次计算参数；x₀为初始参数；n为计算次数；y值分别为步骤2.1中沉降、水平变形、面板应力和挠度的提取结果，根据灵敏度指标S选择沉降、水平变形、面板应力和挠度的敏感参数，综合分析选出对沉降、水平位移、面板应力和挠度均较敏感的参数作为待反演参数。

4.根据权利要求1所述的高面板堆石坝力学参数多目标反演方法，其特征在于，步骤3中所述训练的神经网络具体步骤为：

步骤3.1：运用正交设计原理和随机算法生成神经网络的参数训练样本，利用有限元分析软件对各组参数训练样本进行应力变形分析，提取堆石体的沉降、水平变形、面板应力和面板面板挠度。

步骤3.2：将参数样本组作为输入，分别将对应的沉降、水平变形、面板应力和面板挠度作为输出，分别训练和检验沉降、水平变形、面板应力和面板挠度的RBF神经网络，得到关于沉降、水平变形、面板应力和面板挠度的训练好的四个神经网络。

5.根据权利要求1所述的高面板堆石坝力学参数多目标反演方法，其特征在于，步骤4中所述四个目标函数分别为：

其中，minE(1)、minE(2)、minE(3)、minE(4)分别为沉降、水平位移、面板应力和面板挠度的目标函数；m、n、j、k为所选用监测点的总个数；i代表观测点的编号；S_1i(x)、S_2i(x)、S_3i(x)、S_4i(x)分别为坝体沉降、水平变形、面板应力和面板挠度所选用监测点中的第i个观测点的计算值；S₁′_i、S₂′_i、S₃′_i、S₄′_i分别为坝体沉降、水平变形、面板应力和面板挠度所选用监测点中的第i个观测点的实测值。

6.根据权利要求1所述的高面板堆石坝力学参数多目标反演方法，其特征在于，步骤5中所述非支配多目标遗传算(NSGA-II)寻优针对四个目标函数采用等权重方式进行迭代寻优，获得与实测沉降、水平变形、面板应力和面板挠度最匹配的堆石体力学参数。