摘要
本文综合应用信号分解理论、聚类分析方法、时间序列模型、极值理论等，对混凝土坝的变形监控与安全预警方法进行了研究。提出了混凝土坝变形演变趋势分析方法，建立了混凝土坝空间多测点变形监控模型与变形预警指标，并结合工程实例对某混凝土坝的变形状态进行了安全评估。主要研究内容如下: (1)采用变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)法将非线性、非平稳变化的混凝土坝变形监测序列分解成若干不同频率的子序列，采用散布熵、最大互信息系数表征变形子序列的物理特征。分析了某混凝土坝坝体垂直位移在长期演变过程中的发展趋势和时空分布规律;构建了基于长短期记忆网络的混凝土坝变形预测模型，对大坝的变形状态进行了判别。 (2)针对混凝土坝变形不同测点之间存在的相互关联性，建立了基于层次聚类与改进面板数据的混凝土坝分区变形组合预测模型。由基于Ward的聚合层次聚类方法将变化规律相似的变形测点划分到同一变形区域内;针对不同的变形区域分别建立面板数据模型;根据残差修正思想，采用VMD-ARIMA方法辨识处理面板数据模型的残差序列。将重构残差序列的预测值与面板数据模型叠加，构建组合预测模型。 (3)在考虑混凝土坝空间变形场测点相关性的基础上，结合极值理论与椭圆拟合方法，提出了混凝土坝空间多测点变形预警指标的拟定方法。通过主成分分析法将多个相关的变形测点测值映射到二维空间中;采用极值理论中的POT模型确定预警点坐标;通过最小二乘法拟合散点分布的初始椭圆方程，并由预警点对初始椭圆方程进行修正，确定多点联动的混凝坝空间变形安全预警域。
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