高混凝土坝结构安全数字孪生技术

技术简介

该技术经由建模方法、参数获取、高效计算、智能监控、辅助决策等技术过程形成，实现实时精准评估高混凝土坝建设与运行全过程安全状态这一目标。技术特点：1.发明混凝土全过程多参数动态仿真试验机，实现早龄期大坝混凝土11项性能参数的高精度测试；2.提出高拱坝施工期倒悬变形监测方法，实现大坝监测信息全过程实时自动化采集，为孪生系统实时仿真提供高精度参数和边界条件；3.提出坝基三维复杂块体切割拓扑构形算法，发展适用于混凝土坝接缝的非协调网格粘结与群缝开闭迭代算法，研发CUTMESH软件，实现千万-亿级自由度量级高质量精细模型构建，大幅缩短复杂地基特高拱坝结构建模时间；4.集成面向百亿自由度的网格自动加密模块和超大规模线性解法器，开发具有自主知识产权的百亿级自由度大坝全过程高性能仿真分析系统软件SAPTIS-HPC，实现大坝超大规模精细化高效、实时仿真；5.提出高混凝土坝施工、初蓄和运行期安全风险与防控措施，建成混凝土坝结构性态数字孪生平台，实现大坝施工、蓄水、运行的全过程结构性态动态管控。

主要性能指标

1.材料特性试验方面，可进行混凝土初凝至任意龄期、0～100%任意约束度、-20oC～80oC温度历程条件下真实温度应力的模拟，实现真实温度和约束条件下早龄期大坝混凝土材料参数的精准测试； 2.工程监测感知方面，研发了混凝土应力直接监测、水沙一体化监测、重力坝全坝变形与应力长效监测、拱坝施工期变形监测等新型监测感知仪器及监测技术； 3.精细几何建模方面，提出了基于三维块体切割和拓扑构形的含复杂地质构造基础-拱坝精细几何建模方法并研发了CUTMESH软件，可使含复杂构造拱坝结构建模时间缩短70%以上； 4.仿真模拟方面，可进行最大100多亿自由度和60万核规模的并行计算，有效支撑同步仿真运行。

推广情况

该技术已在乌东德、白鹤滩特高拱坝建设及蓄水运行过程中以及在万家寨、葛洲坝等在役工程中应用。

持有单位：中国水利水电科学研究院

通讯地址：北京市海淀区复兴路甲一号水科院大厦D座

联系人：周秋景

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