Page 66 - 2025年第56卷第11期

3.2 考虑施工质量影响的大坝材料参数分析 筑坝材料在料源和施工因素影响下，表现为大坝的材料
物理力学参数空间非均质性。针对土石坝而言，大坝材料参数一般通过现场试坑法和核子密度试验、
室内三轴实验分别分析坝料物理、力学参数。然而，在实际工程中通常仅在施工仓面进行有限数量的
试验，难以完整反应整个大坝在三维空间的材料非均质性。因此，采用考虑施工质量影响的大坝材料
参数非均质性分析模型，获得整个大坝材料物理力学参数的空间分布，以提升后续大坝地震动力响应
分析结果的准确性。
首先，基于大坝施工质量智能监控系统 ［44］ 获得大坝碾压施工的质量信息，如图 2 所示。施工智能
监控系统通过在大坝施工的碾压机械上安装高精度定位设备，实现整个大坝各施工部位的静碾遍数
（N 1 ）、振动碾压遍数（N 2 ）、压实厚度（H/m）、碾压机行进速度（V/（m∙s ））等施工参数感知。
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图 2 大坝施工质量信息感知

其次，通过现场试验获取坝体材料物理力学参数。分别通过现场核子密度试验和试坑试验获取大
坝各分区在随机采样点位处的土石料干密度（ρ/（kg∙m ））、含水率（W/%）、直径大于 5 mm 的颗粒含量
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（P 5 /%）、不均匀系数（C u ）和曲率系数（C c ）作为坝体材料的物理参数；通过室内三轴试验分析获取的邓
肯 E-B 模型参数作为力学参数。
( P a) n ( σ 1 - σ 3 f) 2

σ 3
E t = KP a 1 - R f ( σ 1 - σ 3 ) （1）
( P a) m

σ 3
B= K b P a （2）
2ccos φ + 2σ 3 sin φ
( σ 1 - σ 3) = （3）
f 1 - sin φ
式中：E t 为切线模量，Pa；K 和 K b 分别为杨氏模量和体积模量参数，Pa； m 和 n 为无量纲的材料参数；
P a 为大气压强，Pa；σ 1 和 σ 3 分别为最大、最小主应力，Pa；R f 为破坏比；φ 为内摩擦角，°；c 为黏聚
力，kPa；(σ 1 -σ 3 ) f 为土石料极限破坏的最大最小主应力差，Pa。
再者，针对室内三轴试验受限于采样数据量，难以直接表征大坝材料参数非均质性的问题，提出
基于 ResNet 的材料参数预测模型。基于施工质量监控信息和现场原位试验的实测数据来训练模型，进
而用于预测有限元网格模型中的单元所对应的土石料干密度 ρ 和邓肯 E-B 模型中 K、R f 、K b 、m、n、

φ、c 参数。所构建的 ResNet 模型如下：
{ ρ，I me } = f ResNet( { I m ，I c }) （4）

I m = { W，P 5 ，C u ，C c } （5）
I c = { N 1 ，N 2 ，H，V } （6）

I me = { φ，c，K，n，R f ，K b ，m } （7）
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