基于可靠性理論的水庫大壩加固工程安全監測方法

毛會建

(臨沂市水利水電工程建設監理中心，山東 臨沂 276002)

為了更好地對水庫大壩加固工程實施監理，保障工程建設效果，提高監理工作的科學化、信息化，對水庫大壩加固工程安全情況進行監測，并優化監測方法。通過對安全監測儀運行精準度和設備分布結構進行優化，設置工程安全監測框架。為了更好地保障實現對水庫大壩工程進行安全監測的目標，對安全加固數據進行采集分析，以保證數據采集結果的完整性[1]。以此為前提進行監測規則的設置，確保安全監測效果準確有效。

1 水庫大壩加固工程安全監測方法

1.1 工程安全監測數據采集

首先根據水庫大壩加固工程建設方案對工程安全監測數據進行采集。為保障數據采集結果的準確有效，結合云平臺技術對水庫大壩安全監測數據管理框架結構進行優化，針對客戶級別和需求對將框架結構進行劃分，分別為：應用層、平臺層及基礎層[2]，根據不同層級特征標準和功能進行框架結構的優化。安全監測結構層級劃分情況如圖1所示。

圖1 安全監測結構層級劃分

基于上述層級結構，進一步根據水庫大壩安全監測標準進行監測平臺的優化設計，通過添加數據采集、數據管理、資料整編及監測預警燈模塊，對水庫大壩加固標準和沖擊磨損情況進行分析，通過對監測信息數據進行綜合分析管理和數據編整處理，獲取大壩整體牢固性系數、水源沖擊度以及耐腐蝕性等相關參數[3]。結合分布式原理和特征深度挖掘原理進行大壩結構牢固性節點增減變化的實施跟蹤監測，并存儲至圖1的數據庫中。若發現異常情況，則立刻進行區域預警，以便對異常區域進行及時的檢修。為保障數據分析的效果，建立相應的數據庫，數據庫結構如圖2所示。

圖2 水庫大壩加固工程安全數據庫

基于上述結構對數據庫信息進行采集分析，結合云平臺技術及可靠性理論對水庫大壩加固工程監測數值進行提取監測，結合無限網絡節點分布情況對采集到的水庫大壩施工進度進行實時監測，計算監測匯總數據，并將監測所得的特征數據進行傳輸，通過協調器和節點分布情況對不同等級數據特征取值范圍進行劃分，作為參照依據[4]。若大壩加固安全監測數值出現異常情況，則需要在Web顯示界面對異常區域進行展示。具體的待展示信息加固內容包括：水庫大壩重力數值監測、拱壩曲度監測、水庫大壩地下洞室承重參數監測、水庫大壩變形程度監測、水庫大壩滲流度監測、水庫大壩應力應變分類登記監測等[5]?；谏鲜霰O測項目進一步進行數值分類，并結合回歸算法，制定相應的安全需求參照值，建立相應的水庫大壩加固程度分析模型，計算水庫大壩加固安全評價指標。

1.2 安全評價指標評價算法

根據上述采集到的特征數值對等級評價算法進行優化處理。首先采集水壩加固影響度數值w1及安全度影響重要性數值w2，計算相對影響因素貢獻度數值，具體過程如下：

(1)

在此基礎上，結合水庫大壩安全度經驗判斷原理對安全度進行精確計算，結合特征混合原理獲取安全權重數值n，然后計算水庫大壩區域受力特征向量數值，具體過程如下：

受力特征量為：

(2)

判斷矩陣為：

(3)

在公式(3)中，將水壩加固安全等級劃分為4個級別，針對不同級別進行特征判斷和評估[6]?；谏鲜鏊惴▽λ畮齑髩伟踩庸套钚≌`差數值進行計算，具體方法如下：

(4)

基于上述算法對水庫大壩加重權數進行客觀賦值。假設大壩加固原始變量為f，變換分量為g，原始變量線性權重數值為g，在安全度影響因素的變化過程中，施工過程產生的相伴變量數值為g。E為待評價對象的原始采集樣本，且樣本中存在k個特征值，大壩安全度貢獻率取值范圍為：

(5)

基于上述算法，對相應的特征向量組合進行規范，將其原值影響度向量權重記為(x，y，z)，結合歸一原理對水壩安全監測的時間尺度進行規范，若其時間尺幅取值范圍為(1，t)，可采集到的監控信息數據量為λ，則每間隔5s對水庫大壩承重數值變化情況進行采集，以此構成信息熵數學模型公式，即

(6)

若p表示在固定時間段內采集所得的監控信息，t3s表示在3s內監測所得的均勻數據，H3s表示在3s監測時間范圍內采集所得的預警信號數量[7- 8]，f3s表示3s監測時間范圍內采集得到的預警文本，(xi，yi，zi)為監測時間范圍內隨機采集得到的一個數據文本項，則對預警文本異常信息修正范圍進行計算，即

(7)

基于上述算法可有效實現對水庫大壩加固工程安全監測數值的有效修正。

1.3 加固工程安全監測的實現

基于前文算法，對水庫大壩加固工程安全監測遞階層次結構進行優化設計。結合層次分析法，對水庫大壩加固工程安全監測影響因素間及關聯結構進行優化及層級劃分處理[9]，建立相應的數據監測遞階層次結構模型，以便對不同區域的不同信息進行更加精準的分層監測，具體模型結構如圖3所示。

圖3 數據監測遞階結構劃分

基于上述數據監測遞階層次結構模型，對水庫大壩加固工程監測內容的上下層結構及隸屬度數據進行采集，結合層次排序及數據轉化方法對采集到的數據進行優化，在優化過程中需要進一步對排序處理步驟進行判斷比較，為簡化處理步驟，結合模糊綜合評價原理對區域預警數據進行修正處理，結合多指標綜合輔助決策方法對不同層級所得到信息的模糊特性評價準則進行設置，并計算區域檢測實際值。進一步對水壩加固安全的多個影響指標隸屬等級進行評價判斷，計算數值變化區間，以保證水庫大壩加固工程安全等級評價結果的準確性，具體步驟如圖4所示。

圖4 水庫大壩加固工程安全等級評價流程

在進行水庫大壩加固工程安全等級評價的過程中，需要對監測儀器采集到的水庫大壩承重數據進行分析，以此可間接對工程結構安全情況進行判斷。對監測數據標準數值進行規范，就工程建筑標準對監測精度、大壩缺測以及漏測情況進行精準定位和排查修補處理。在進行加固修正過程中，首先需要對工程建設現場進行校核，以保證監測數據無誤，結合專家檢測方法對待處理數據進行分析和反饋，以提高數據檢測和水壩修復效果。對水庫大壩加固安全監測步驟進行改善，具體如圖5所示。

圖5 水庫大壩加固安全監測步驟

基于上述步驟對監控流程及預警信息進行改善，結合節點關聯算法對大壩監測的實時信息進行評價，并對大壩承重走向趨勢進行預測。根據加固數值變化情況規范安全閾值，并對數據的連續屬性進行閾值分割排序，計算出影響度增益數值。根據上述數值對安全檢測修復步驟進行優化，具體如下：

步驟1：將采集到的水庫大壩加固信息集合記為Sij，且Sij=|xij，yij，zij|。

步驟2：基于信息特征屬性進行排序，排序規則記為S=(Si+Sj+1)/2Sij。

步驟3：建設信息增益特征子集，記為S1={n|0?n≤1}。

步驟4：對特征子集進行排序，并獲取其離散數值，獲取最大分割閾值，判斷離散數值是否大于加固信息集合Sij。

根據判斷結果，進一步進行修正，若S>Sij，則說明安全數值符合工程建設要求，無需修正，若S1>S≥Sij，則需要參照公式(5)進行修正，以保證水庫大壩加固安全，提高安全監測的準確性和合理性。

2 實驗結果分析

為檢測基于可靠性理論的水庫大壩加固工程安全監測方法(文章使用的方法)的實際應用效果，設計如下驗證過程。為保證實驗結果的有效性，將文獻[3]中的水庫大壩安全自動化監測方法(傳統方法)作為對比，共同完成性能驗證。

2.1 實驗環境

為保障檢測結果的準確有效，首先對實驗參數進行統一設置，見表1。

表1 實驗參數設置

2.2 實驗結果

基于上述檢測環境分別對工程安全監測準確度和數據檢測過程中的頻譜增益數值變化情況及信噪比進行檢測，并分別記錄檢測結果，結果如圖6、圖7所示。

圖6 監測信噪比檢測結果

圖7 監測頻譜增益變化檢測

2.3 實驗結論

在進行工程安全監測過程中，頻譜增益數值變化情況及信噪比對監測精確度影響最大，在實驗檢測過程中，信噪比越大，監測精確度越低，二者成反比，而監測頻譜增益數值變化越平穩，說明監測系統運行越穩定?；诖?，對圖6、圖7所示的檢測結果分別進行分析，發現文章提出的基于可靠性理論的水庫大壩加固工程安全監測方法的信噪比相對較低，增益頻譜變化更加穩定。由此證實，基于可靠性理論的水庫大壩加固工程安全監測方法具有更高的準確性和穩定性，充分滿足研究要求。

3 結束語

為了更好地保障監理工作效果，對水庫大壩加固工程施工質量進行準確檢測，提出了基于可靠性理論的水庫大壩加固工程安全監測方法。通過對大壩工程監測儀器分布位置進行合理設置，準確采集水庫大壩加固工程檢測數值，優化工程監測算法。根據數值采集結果進行計算和分析，最后實現對大壩工程的有效檢測，并通過了實驗證實，基于可靠性理論的水庫大壩加固工程安全監測方法具有更高的準確性和穩定性，充分滿足研究要求。