海堤渗压周期特征分析及其在神经网络监测模型中的应用.doc

第18卷2期 2010年4月 应用基础与工程科学学报 JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING V01．18．No．2 April 2010 文章编号：1005-0930(2010)02-0330-07 中图分类号：TV698．1 文献标识码：A doi：lO．3969／j．im．1005-0930．2010．02．0017 海堤渗压周期特征分析及其在神经网络 监测模型中的应用 黄 铭1， 刘 俊2 (1．合肥r业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009；2．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 2110240) 摘要：海堤渗压监测序列是反映堤身状况与规律的重要信息，为把握海堤渗压序 列变化特点、进行有效分析预测，对浦东海堤实测渗压曲线进行了广泛分析，归 纳出其多周期变化的特征，并从谐量分析角度给出针对周期特征变化的渗压监 测模型因子，结合神经网络特点，提出相应的神经网络监测模型输入层单元形 式，以广义回归神经网络为例建立监测模型，以监测资料和实例说明多周期特征 对监测分析的作用，以及与神经网络模型相结合的具体应用． 关键词：海堤监测；渗压；周期特征；神经网络模型 海堤是沿海地区防御台风、抵御潮水的重要建筑，堤身的安全与堤内生命财产以及经 济建设密切相关．海堤堤身材料力学性质复杂，而海堤面对随机性强、破坏力大的风浪潮 等运行环境，使得海堤堤身状态具有与内河水库大坝不同的规律¨引．为保证海堤安全， 必须加强堤坝的安全监测，并根据海堤特点对监测资料加以合理分析．安全监测工作已成 为水库大坝m】、边坡旧]、隧道[8]、基坑【93等工程中不可缺少的组成部分，尤其在大坝工 程中，安全监测及其资料分析已经在相关规范中有较为详细的规定和说明．但由于海堤系 统的安全监测工作开展较晚，堤身状态特殊，所以至今海堤监测分析还处于积累数据资 料、探讨有针对性的分析方法的阶段． 渗压是反映海堤安全状态的重要指标，已经普遍得到设计、施工、科研和管理人员的 重视．对于处在潮汐环境下的海堤，其渗压的监测必须做到高密度、高精度采集才能收集 到有效的实时的实测渗压序列．好在当今的自动数据采集监测技术和远程网络数据传输 技术使得渗压的实时监测、数据密集采集和传输成为现实，也为分析海堤渗压规律提供了 可能． 本文以浦东海堤高密度采集的渗压实测数据为基础，重点解释海堤渗压具有的周期 变化特征，并针对浦东海堤渗压规律，提出了包含多周期的谐量型因子．进而以广义回归 收稿日期：2008-03-14：修订日期：2009-03-23 基金项目：国家自然科学基金项目50609014)；上海市重点学科建设项目(编号w-08) 作者简介：黄铭(19r72一)，男，博士，教授．Tel：0551-2902730，E-mail：laxhuangm@hotmail．㈣ 万方数据  No．2 黄铭等：海堤渗压周期特征分析及其在神经网络监测模型中的应用 神经网络方法为分析工具，利用该网络对非线性规律的良好映射能力和快速计算特点，建 立以多周期谐量因子为输入层的监测模型，实现对渗压规律的模拟，并以此对渗压进行有 效预测，为掌握海堤渗压状态、保障海堤安全提供分析工具． 1海堤渗压变化的周期特征 海堤通常是采用当地土石材料建筑，在堤外潮水作用下，堤身内部会形成渗透压力， 这种压力是对堤身内部状态是否正常、是否安全的重要判据．而实测的渗压序列是对堤身 这一状态量的直接反映，是我们了解其规律的重要依据．以浦东海堤为例，目前堤身在10 个断面埋设有40个渗压测点，采用数据自动采集系统，以每小时自动采集一次数据的频 率不问断获得等时距渗压信息．图1是其中一个渗压测点采集到的一段渗压曲线．从中可 以看出，渗压曲线有明显周期性，而且变化速度很快．从曲线分析中发现，此处渗压在短时 段范围大约以ld为周期变化，但一个周期内包含的波峰和波谷并不是简单按一个谐波发 展．同时，绘制较长序列曲线分析发现，渗压在具有近似1d变化的周期(称为小周期)的 同时，至少还有另一个较长时间波长的周期(称为大周期)规律，有就是说，此处渗压序列 变化包含了多种周期，这些明显的多个周期特征和快速变化特征显然与内河大坝渗压是 不同的．对该海堤多个测点的渗压曲线分析可发现类似规律． 渗压变化规律与工作环境密切相关，而 3 3 4 3 海堤渗压这些特征的由来也是与海堤面临的 3 2 潮汐工作环境有关．受天文等因素影响，海域 3 l 3 产生潮汐现象，而潮水的这种快速、周期性的 2 9 目《氍恒田基 涨落直接影响到海堤渗压状态，产生上述明 2 8 2 7 显特征．当然，海堤渗压并非仅受潮位影响， 2 6 要完整获得所有影响因素的资料及规律是非 渗压序号 常