施工特点水利水电论文提纲

论文题目：水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论与应用研究

摘要：灌浆作为大坝基础处理的重要措施,是解决地基渗漏问题、保证水利水电工程长期安全稳定运行的技术手段。然而,由于地质条件复杂、隐蔽性强、施工工艺复杂、施工难度大等特点,灌浆施工质量控制面临极大的挑战。现有坝基灌浆施工质量控制的研究大多依赖人工经验对灌浆信息进行分析与决策。本课题组就如何解决灌浆施工质量的系统化、精细化控制展开并取得了一定成果,目前基于灌浆参数的实时监测与分析、可灌性分析和灌浆质量综合评价等方法实现了灌浆施工质量的分析与实时控制。但是目前研究仍然缺乏对灌浆施工质量的智能分析、决策和反馈控制,缺乏对灌浆施工在方案制定、施工实施、效果检测评定阶段的事前、事中、事后全过程的施工质量智能控制研究:其中,事前控制缺乏多影响因素下的可灌性定量分析以及反馈控制的研究,事中控制缺乏对灌浆施工过程的智能分析和反馈控制的研究,事后控制缺乏灌浆效果智能预测分析和考虑多因素影响的灌浆效果的综合评价以及反馈控制的研究,坝基灌浆施工质量监控系统缺乏对灌浆施工质量进行智能分析、决策和反馈控制的智能监控的研究。因此,如何解决上述灌浆施工质量控制的不足,实现灌浆施工质量的智能分析、决策与反馈控制,是水利水电工程坝基灌浆质量控制领域亟待解决的科学问题。本文针对上述问题进行了深入的研究,并取得如下创新性研究成果:（1）针对当前水利水电工程坝基灌浆施工质量缺乏智能分析、决策和反馈控制,缺乏有效的事前、事中和事后质量控制的现状,提出了水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论,从事前控制、事中控制和事后控制等三个方面实现对水利水电工程坝基灌浆施工质量的智能控制。现有水利水电工程坝基灌浆施工质量控制大多依赖人工经验对灌浆信息进行分析、决策和反馈控制,缺乏对灌浆施工质量智能分析、决策和反馈控制,并且缺乏对灌浆施工在方案制定、施工实施、效果检测评定阶段的事前、事中、事后控制。因此,本文提出了水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论,该理论以“全面感知、智能分析、动态决策、实时控制”的监控思想,以计算机科学、信息论、系统科学、智能科学、智能控制理论与方法为基础,集成传感器技术、信息采集技术、网络技术、物联网技术、数据挖掘技术、可视化技术、Web技术等,基于灌浆可灌性分析、灌浆过程智能监控和灌浆效果智能分析和反馈控制方法,实现了灌浆施工质量的事前、事中和事后智能控制。（2）针对当前灌浆可灌性的研究缺乏多影响因素下的定量分析以及缺乏根据可灌性分析对坝基灌浆施工质量进行控制的现状,提出了灌浆可灌性分析方法,基于可灌性的有效分析实现对灌浆施工质量的事前控制。针对现有坝基灌浆可灌性研究大多只对影响可灌性的单因素进行分析,且未考虑评价过程中的不确定性问题,提出基于模糊RES（岩石工程系统（Rock Engineering System））-云模型的坝基灌浆可灌性综合评价方法。首先,在系统分析影响可灌性的相关因素的基础上,选取地质条件、浆液性质以及灌浆工艺等方面的12个因素作为可灌性评价指标,并提出这些可灌性指标与可灌性之间的分级标准,进而构建坝基灌浆可灌性评价指标体系;其次,建立评价指标与可灌性之间映射的综合评价模型-基于模糊RES-云模型的坝基灌浆可灌性评价模型,该模型克服了主观因素的依赖,并考虑了随机性和模糊性等问题;然后,介绍了基于可灌性分析的坝基灌浆施工质量控制流程;最后,基于坝基灌浆可灌性的有效分析,实现了指导灌浆工程师优化灌浆施工方案和调整施工工艺的目的,实现了灌浆施工质量的事前控制。（3）针对当前灌浆施工过程监控的研究缺乏对灌浆施工过程的智能分析和反馈控制的现状,提出了灌浆施工过程智能监控方法,通过对灌浆施工过程智能分析和反馈控制,实现了灌浆施工质量的事中控制。现有灌浆施工过程质量控制的研究主要根据灌浆规范或专家经验提出的控制准则,对于灌浆异常情况通过人工经验制定反馈控制措施,以及无法制定具体的反馈控制方案,缺乏对灌浆施工过程的智能分析和反馈控制。因此,提出了灌浆施工过程智能监控方法,对灌浆施工过程进行全面感知、深入分析和智能馈控。首先,对灌浆施工过程智能监控方法进行了概述,明确了灌浆施工过程智能监控方法的内容、总体框架和总体流程;其次,介绍了灌浆施工过程动态信息全面感知与分析方法,基于传感器技术和物联网技术实现了灌浆施工过程信息的全面感知,灌浆信息分析与三维可视化分析方法进行灌浆施工信息的深入分析;然后,介绍了基于灌浆智能预测的灌浆施工过程智能分析和反馈控制方法,包括基于灰色模型和粒子群优化向量机组合模型的灌浆过程智能预测及反馈控制方法以及基于随机森林回归算法的灌浆量智能预测及反馈控制方法;最后,对基于灌浆过程智能监控的灌浆施工质量控制进行了具体分析。灌浆施工过程智能监控方法基于对灌浆过程的智能分析和反馈控制,实现了灌浆施工质量的事中控制。（4）针对当前灌浆效果分析的研究缺乏灌浆效果智能预测分析以及缺乏考虑多方面因素影响的灌浆效果的综合评价的现状,提出了灌浆效果智能分析及反馈控制方法,通过灌浆效果的智能预测分析、综合评价以及反馈控制,实现对灌浆施工质量的事后控制。目前灌浆效果评价的研究主要基于灌后检查孔检测数据进行效果评价,由于灌浆工程的隐蔽性、复杂性和不确定性,仅仅依靠个别检查孔要准确评价灌浆效果非常困难,难以对整个灌浆区域的灌浆效果进行精细分析,尤其是未布置检查孔的灌浆部位。灌浆效果的智能预测方法能够很好地解决以上问题,但是目前罕有灌浆效果预测的研究;另外,现有灌浆效果评价中多为单因素评价,缺乏同时从渗透性和密实性等多角度的灌浆效果评价分析,以及在确定综合评价指标权重时存在依赖专家经验知识的问题。因此,提出了灌浆效果智能分析及反馈控制方法。首先,建立考虑岩体渗透性和密实性两方面的灌浆效果评价指标体系,评价指标包括灌后压水透水率、岩石质量指标（Rock Quality Designation,RQD）和裂隙填充率,并分析了灌浆效果的主要因素;其次,建立一种基于自适应神经模糊推理系统（Adaptive Neuro Fuzzy Inference System,ANFIS）的灌浆效果智能预测模型,并以地质因素和灌浆施工参数作为预测模型的输入参数对灌浆效果进行预测分析,为复杂条件下灌浆效果分析提供了有效的辅助分析手段;再次,提出了基于综合赋权-物元可拓模型的灌浆效果综合评价方法,综合考虑灌后岩体在渗透性或密实性的多方面的灌浆效果,同时考虑了决策者的主观信息,也考虑了客观环境,解决了依赖专家经验知识水平的不足;然后,介绍了基于灌浆效果智能分析的施工质量控制流程;最后,基于灌浆效果的智能分析实现了灌浆效果的精细化分析、综合评价与反馈控制,实现了灌浆施工质量的事后控制。（5）针对当前灌浆施工质量监控系统的研究缺乏对灌浆施工质量进行智能分析、决策和反馈控制的智能监控的现状,基于水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论,结合灌浆可灌性分析方法、灌浆施工过程智能监控方法和灌浆效果的智能分析及反馈控制方法,研发了水利水电工程坝基灌浆施工质量智能监控系统。针对当前灌浆施工质量监控系统的研究主要集中于对灌浆参数的采集和统计分析,缺乏对灌浆施工质量进行智能分析、决策和反馈控制的不足,根据本文提出的水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论与方法,结合计算机科学、智能科学、智能控制理论、传感器技术、信息采集技术、网络技术、物联网技术、数据挖掘技术、可视化技术、Web技术等先进理论、方法及技术手段,研制开发了网络环境下的集可灌性分析及反馈控制、灌浆施工过程智能监控、灌浆效果智能分析及反馈控制的水利水电工程坝基灌浆施工质量智能监控系统。该系统与本课题组目前灌浆施工质量实时监控系统相比,实现了对灌浆施工质量的智能分析、决策和反馈控制,包括考虑多影响因素下以及考虑不确定性的可灌性定量分析以及根据可灌性分析对坝基灌浆施工质量进行控制,基于灌浆施工过程的智能分析和反馈控制的灌浆施工过程监控,基于灌浆效果智能预测分析以及考虑多方面因素影响的灌浆效果的综合评价的灌浆效果分析与反馈控制,弥补了目前灌浆施工质量监控系统研究的不足。系统应用于中国西南某水电工程坝基灌浆工程。通过可灌性分析,指导灌浆工程师优化灌浆施工方案和调整施工工艺,实现了灌浆施工质量的事前控制;利用施工过程智能监控,对灌浆施工过程进行智能分析和反馈控制,实现了灌浆施工质量的事中控制;通过灌浆效果智能分析,对灌浆效果进行智能分析与反馈控制,实现了灌浆施工质量的事后控制。该系统通过对坝基灌浆施工质量信息智能分析,实现了灌浆施工质量的在线实时监测和反馈控制,为灌浆施工质量智能控制提供了技术平台,研究极大地提高了坝基灌浆施工质量管理的智能化水平。

关键词：坝基灌浆工程;施工质量;智能控制;可灌性分析;智能预测;灌浆效果评价;智能监控系统

学科专业：水工结构工程

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.1.1 研究背景和意义

1.1.2 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 灌浆施工质量智能控制研究现状

1.2.2 灌浆可灌性分析研究现状

1.2.3 灌浆过程智能预测与反馈控制研究现状

1.2.4 灌浆效果分析及反馈控制研究现状

1.2.5 已有研究的局限性

1.3 研究思路与主要内容

1.3.1 研究思路及论文框架

1.3.2 主要内容

第2章 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论

2.1 水利水电工程坝基灌浆施工概述

2.1.1 水利水电工程坝基灌浆工程的分类

2.1.2 水利水电工程坝基灌浆工程系统分解

2.1.3 水利水电工程坝基灌浆施工工艺流程

2.1.4 水利水电工程坝基灌浆施工特点

2.2 水利水电工程坝基灌浆施工质量控制概述

2.2.1 水利水电工程坝基灌浆施工质量控制目标

2.2.2 水利水电工程坝基灌浆施工质量控制流程

2.2.3 水利水电工程坝基灌浆施工质量控制影响因素

2.3 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论的提出

2.3.1 水利水电工程坝基灌浆施工质量控制面临的挑战

2.3.2 水利水电工程坝基灌浆施工质量控制的发展历程

2.3.3 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制概念

2.3.4 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论基础

2.4 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论框架

2.4.1 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制内容及总体流程

2.4.2 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制方法

2.4.3 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论框架

2.5 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制数学模型

2.5.1 目标函数

2.5.2 约束条件

2.5.3 状态转移方程

2.5.4 智能分析与控制方法集

2.6 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能控制理论与方法的发展与创新

2.7 本章小结

第3章 灌浆可灌性分析方法

3.1 可灌性定义

3.2 可灌性分析研究框架及数学模型

3.2.1 研究框架

3.2.2 数学模型

3.3 灌浆可灌性评价指标体系

3.3.1 可灌性评价指标

3.3.2 可灌性评价指标分级标准

3.4 基于模糊RES-云模型的坝基灌浆可灌性评价方法

3.4.1 基于模糊RES的综合评价方法

3.4.2 基于云模型的模糊综合评价方法

3.4.3 基于模糊RES-云模型的坝基灌浆可灌性评价流程

3.5 .基于灌浆可灌性分析的施工质量控制流程

3.6 基于灌浆可灌性分析的灌浆施工质量事前控制分析

3.6.1 工程概况

3.6.2 坝基灌浆可灌性分析

3.6.3 基于灌浆可灌性分析的灌浆施工质量反馈控制

3.7 本章总结

第4章 灌浆施工过程智能监控方法

4.1 灌浆施工过程智能监控方法概述

4.1.1 灌浆施工过程智能监控方法的内容及总体框架

4.1.2 灌浆施工过程智能监控总体流程

4.2 灌浆施工过程动态信息全面感知与分析方法

4.2.1 灌浆施工过程动态信息全面感知

4.2.2 灌浆信息分析与三维可视化分析方法

4.3 灌浆施工过程智能分析和反馈控制方法

4.3.1 灌浆过程智能预测及反馈控制方法

4.3.2 灌浆量智能预测及反馈控制方法

4.4 基于灌浆施工过程智能监控的灌浆施工质量事中控制分析

4.4.1 工程概况

4.4.2 灌浆过程智能预测及反馈控制分析

4.4.3 灌浆量智能预测及反馈控制分析

4.5 本章小结

第5章 灌浆效果的智能分析及反馈控制方法

5.1 研究框架

5.2 灌浆效果评价指标体系与影响因素

5.2.1 灌浆效果综合评价指标体系

5.2.2 灌浆效果影响因素

5.3 灌浆效果智能预测方法

5.3.1 灌浆效果智能预测数学模型

5.3.2 模型输入参数求解方法

5.3.3 自适应神经模糊推理系统(ANFIS)

5.3.4 基于ANFIS的灌浆效果智能预测流程

5.4 灌浆效果综合评价方法

5.4.1 灌浆效果综合评价数学模型

5.4.2 灌浆效果综合评价求解方法

5.5 基于灌浆效果智能分析的施工质量控制流程

5.6 基于灌浆效果智能分析的灌浆施工质量事后控制分析

5.6.1 工程概况

5.6.2 坝基灌浆效果智能预测与分析

5.6.3 坝基灌浆效果评价与分析

5.6.4 基于灌浆效果智能分析的灌浆施工质量反馈控制

5.7 本章小结

第6章 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能监控系统

6.1 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能监控系统建设实施

6.1.1 系统架构

6.1.2 系统总体监控流程

6.1.3 系统构建技术

6.1.4 系统建设

6.2 水利水电工程坝基灌浆施工质量智能监控系统功能实现

6.2.1 可灌性分析及反馈控制模块

6.2.2 灌浆施工过程智能监控模块

6.2.3 灌浆效果智能分析及反馈控制模块

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢