(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210961413.0 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 薛冰寒　张舒　方宏远　余翔　 杜明瑞　赵小华　杜雪明　 (74)专利代理 机构 郑州银河专利代理有限公司 41158 专利代理师 陈玄 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/06(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种待除险加固堤坝的高聚物防渗墙密度 分析方法 (57)摘要 一种待除险加固堤坝的高聚物防渗墙密度 分析方法， 步骤如下： （1） 获取待除险加固堤坝的 基本信息； （2） 利用步骤 （1） 中的基本信息建立有 限元模型， 确定评价指标； （3） 通过分析步骤 （2） 的有限元模 型， 得到评价指标与防渗墙密度之间 的函数关系； （4） 通过对 步骤 （3） 中得到的评价指 标与防渗墙密度之间的关系进行归一化处理得 到功效函数； （5） 确定指标权重， 将步骤 （4） 中得 到的功效函数按照权重分配方案进行线性相加， 构造关于密度的目标函数， 确定最优密度。 权利要求书4页 说明书12页 附图14页 CN 115329430 A 2022.11.11 CN 115329430 A 1.一种待除险加固堤坝的高聚物防渗墙密度分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)获取待除险加固堤坝的建模信息； (2)建立有限元模型， 确定 评价指标； (3)通过求 解步骤(2)的有限元模型， 得到 评价指标与密度之间的关系； (4)通过对步骤(3)中得到的评价指标与密度之间的关系进行归一化处理得到功效函 数； (5)确定指标权重， 将步骤(4)中得到的功效函数按照权重分配方案进行线性叠加， 构 造关于密度的目标函数， 确定最优密度。 2.根据权利要求1所述的待除险加固堤坝的高聚物防渗墙密度分析方法， 其特征在于： 所述步骤(1)中获取的待除 险加固堤坝的建模信息包括： 坝体土的密度ρbt、 坝体土的弹性模 量Ebt、 坝体土的泊松比μbt、 坝体土的粘聚力cbt、 坝体土的内摩擦角 以及坝体土的渗透系 数kbt； 坝基土的密度ρbj、 坝基土的弹性模量Ebj、 坝基土的泊松比μbj、 坝基土的粘聚力cbj、 坝 基土的内摩擦角 以及坝基土的渗透系数kbt； 待除险加固堤坝的形状以及尺寸； 高聚物防 渗墙的施工深度l、 施工厚度b； 坝体土的密度ρbt单位为g/cm3， 坝体土的弹性模量Ebt单位为kpa， 坝体土的粘聚力cbt单 位为kpa， 坝体土的内摩擦角 单位为°， 坝体土的渗透系 数kbt单位为cm/s； 坝基土的密度 ρbj单位为g/cm3， 坝基土的弹性模量Ebj单位为kpa， 坝 基土的粘聚力cbj单位为kpa， 坝基土的 内摩擦角 单位为°， 坝基土的渗透系数kbt单位为cm/s； 高聚物防渗墙的施工深度l单位为 m， 施工厚度b单位 为m； 为得到最优的高聚物密度， 在施工高聚物密度的实施 范围： 0.1g/cm3‑0.3g/cm3内， 选取 密度分别为0.1g/cm3、 0.15g/cm3、 0.2g/cm3、 0.25g/cm3、 0.3g/cm3的高聚物， 通过室内试验测 量得到密度为0.1g/cm3、 0.15g/cm3、 0.2g/cm3、 0.25g/cm3、 0.3g/cm3的高聚物的弹性模量Ex、 泊松比μx以及渗透系数kx， 得到的高聚物的弹性模量Ex单位为kpa、 泊松比μx， 渗透系数kx单 位为cm/s。 3.根据权利要求2的待除险加固堤坝的高聚物防渗墙密度分析 方法， 其特 征在于， 步骤(2)中： 利用步骤(1)得到的信息建立堤坝的有限元模型， 该模型的几何形状被分 割成两个及两个以上单元， 各单元通过共用的节点相连接； 高聚物注浆材料 的密度为敏感 性参数， 需要考虑的因素为变位差， 脱空 区长度， 防渗墙Mises应力， 坝 坡稳定系数和施工成 本； 变位差为防渗墙上x点在t时刻的垂向位移值减去相应的坝体x点在t时刻的垂向位移 值的绝对值； 脱空 区长度为防渗墙上x点在t时刻的挠度减去对应坝体x点在t时刻在防渗墙 法线方向上 的位移的值的绝对值； 坝坡稳定系 数是指在外载荷不变的情况下， 边坡内土体 最大抗剪强度与外载荷在边坡内产生的实际剪应力之 间的比值， 被广泛用作为判断有限元 分析中坝坡临界破坏的标准； 施工成本为不同密度高聚物材料所对应的工程造价； 防渗墙 Mises应力是基于 剪切应变能的一种等效应力， 值 为： 其中， σ 是防渗墙Mises应力， σ1表示数值最大的主应力， σ1≥σ2≥σ3， 排序考虑正负 号， σ2权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115329430 A 2是数值大小位于σ1和σ3中间的主应力， σ3表示数值 最小的主应力。 4.根据权利要求3所述待除险加固堤坝的高聚物防渗墙密度分析 方法， 其特 征在于， 步骤(3)中利用步骤(2)中所建立的高聚物防渗墙堤坝有限元模型， 将模型的底部赋予 x和y方向的位移约束； 两侧赋予x方向的位移约束， y方向不加任何约束， 堤坝上游施加水荷 载， 分析各个节点所受的力和位移； 通过防渗墙与坝体相对应的节点的x方向位移差、 防渗 墙与坝体相 对性的节点的y方向位移差， 防渗墙各个节点的最大mises应力， 利用强度折减 法得到高聚物注浆材料的密度为0.1g/cm3、 0.15g/cm3、 0.2g/cm3、 0.25g/cm3、 0.3g/cm3分别 对应的： 脱空区长度， 变位差， 防渗墙Mises应力， 坝坡稳定系数； 脱空区长度取防渗墙与堤 坝相对应节点的x方向位移差的绝对值的最大值， 变位差取防渗墙与堤坝相对应节点的y方 向位移差的绝对值的最大值， 防渗墙Mises应力 取防渗墙的节点中的最大mises应力， 坝坡 稳定系数用过强度折减法计算得到； 通过二次函数拟合得到最大变位差与高聚物密度之间的函数关系式： F(H, ρ )＝ ‑0.00795ρ2‑0.00482ρ +0.0 0357； 以最大变位差为纵坐标， 高聚物密度为横坐标， 绘制变位差与高聚物密度之间的关系 图； 通过二次函数拟合得到最大脱空长度与高聚物密度之间的函数关系式： F(h, ρ )＝ ‑0.001371ρ2‑0.0077ρ +0.004； 以最大脱空长度为纵坐标， 高聚物密度为横坐标， 绘制最大脱空长度与高聚物密度之 间的关系图； 通过二次函数拟合得到防渗墙最大mises应力与高聚物密度之间的函数关系式： F(σ, ρ )＝9432 23ρ2‑582488ρ +144671； 以防渗墙最大mises应力为纵坐标， 高聚物密度为横坐标， 绘制防渗墙最大mises应力 与高聚物密度之间的关系图； 由于上述 四个指标都属于望小型期望， 即数值越小， 结果越满意， 而坝坡稳定系数属于 望大型期 望， 即坝坡稳定系数越 大， 坝坡越稳定， 故采用坝坡稳定系数的倒数来作为评价指 标； 通过二次函数拟合得到稳定系数的倒数与高聚物密度之间的函数关系式： F(K‑1, ρ )＝ 0.07ρ2‑0.0296ρ +0.54； 以稳定系数的倒数为纵坐标， 高聚物密度为横坐标， 绘制稳定系数的倒数与高聚物密 度之间的关系图； 施工成本与高聚物密度的关系F(S, ρ )用下式来表示： F(S, ρ )＝( α +β ρ )abd                        (3) 式中： α 为每立方米高聚物防渗墙施工 所需的机械使用费及人工费之和， 单位为元/m3； β 为每千克高聚物注浆 材料的成本费用， 单位为 元/m3； ρ 为高聚物密度， 单位为kg/m3； a为高聚 物防渗墙的宽度， 单位为m； b为高聚物防渗墙的深度， 单位为m； d为高聚物防渗墙的厚度， 单 位为m。 5.根据权利要求 4所述的待除险加固堤坝的高聚物防渗墙密度分析 方法， 其特 征在于： 步骤(4)中： 将步骤(3)中所得到的不同评价指标与高聚物不同密度之间的关系F(Xi, ρ ) 进行归一化处理， i＝1～5： X1为最大变位差， X2为最大脱空区长度， X3为防渗墙最大mises应 力， X4为坝坡稳定系数， X5为施工成本， 得到功效函数d[F(Xi, ρ )]：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115329430 A 3