基于监测时序分解再重构的混凝土拱坝位移预测组合模型

魏博文; 罗绍杨; 徐富刚; 袁冬阳; 张婉彤

doi:10.15961/j.jsuese.202100544

工程科学与技术 ›› 2022, Vol. 54 ›› Issue (05) : 51 -63. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100544

基于监测时序分解再重构的混凝土拱坝位移预测组合模型

魏博文, 罗绍杨, 徐富刚, 袁冬阳, 张婉彤

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摘要

针对混凝土拱坝变形机理的复杂性与测值的高度非线性，提出了一种融合残差有效成分的混凝土拱坝变形预测组合模型，解释大坝变形性能。鉴于统计模型无法有效联系筑坝材料性能演变对大坝变形的影响，结合有限元方法计算水压分量，构建混合模型；考虑到混合模型残差序列的混沌与周期性特征，采用极限学习机（ELM）模型和季节性差分自回归积分滑动平均模型（SARIMA），分别对高频与低频信号进行逐一建模预测；考虑到ELM模型参数对模型预测性能的影响，结合具有良好全局搜索能力的粒子群算法（PSO），对其参数寻优，构建了适应于高频信号处理的优化ELM模型；将高低频信号的预测结果与混合模型建模结果叠加，构建混凝土拱坝变形组合预测模型。以某混凝土拱坝为例，通过建立该大坝的3维有限元数值模型，计算位移拱冠梁上的典型测点PLA1、PLA2水压分量，在构建混合模型的基础上，运用组合模型对典型测点的残差序列变化规律进行剖析与预测。分析结果表明：相比于统计模型、混合模型及基于EEMD–PSO–ELM模型，本文所建组合模型的拟合与预测能力更优，有效验证了所建模型的合理性与可行性；同时，该组合模型具有出色的非线性信息挖掘与建模预测能力，可为大坝变形监测数据分析与预测提供技术支撑。