Stima dei parametri idromeccanici nelle dighe in terra utilizzando modelli di ordine ridotto

Recent increases in earthfill and tailings dam failures highlight the need for numerical models that can efficiently interpret monitoring data to support decision-making related to dam safety. This thesis investigates an inverse analysis formulation for the simultaneous identification of mechanical and hydraulic parameters in earthfill dams using a fully coupled hydro-mechanical model and field observations. The high computational cost associated with repeated finite element model evaluations is addressed through the use of a reduced basis model, which is shown to accurately approximate the full order response with errors below $1\%$ in both forward simulations and inverse parameter identification. The performance of gradient-based and gradient-free optimization algorithms is compared in terms of convergence behavior, robustness, and computational cost, and additional efficiency gains are explored through the relaxation of optimization tolerances. The methodology is validated using both synthetically generated data and real piezometric measurements from the Glen Shira Lower Dam in northern Scotland. Results show that the proposed reduced basis based formulation provides an accurate and computationally efficient approach suitable for real-time time dam monitoring applications.

I recenti aumenti dei cedimenti delle dighe in terra e di decantazione evidenziano la necessità di modelli numerici in grado di interpretare in modo efficiente i dati di monitoraggio a supporto del processo decisionale relativo alla sicurezza delle dighe. Questa tesi studia una formulazione di analisi inversa per l'identificazione simultanea di parametri meccanici e idraulici nelle dighe in terra utilizzando un modello idromeccanico completamente accoppiato e osservazioni sul campo. L'elevato costo computazionale associato alle ripetute valutazioni del modello agli elementi finiti viene affrontato mediante l'uso di un modello a base ridotta, che si dimostra in grado di approssimare accuratamente la risposta di ordine completo con errori inferiori all'1% sia nelle simulazioni in avanti che nell'identificazione dei parametri inversi. Le prestazioni degli algoritmi di ottimizzazione basati su gradiente e senza gradiente vengono confrontate in termini di comportamento di convergenza, robustezza e costo computazionale, e ulteriori guadagni di efficienza vengono esplorati attraverso il rilassamento delle tolleranze di ottimizzazione. La metodologia viene convalidata utilizzando sia dati generati sinteticamente che misurazioni piezometriche reali dalla diga inferiore di Glen Shira, nella Scozia settentrionale. I risultati mostrano che la formulazione basata su basi ridotte proposta fornisce un approccio accurato ed efficiente dal punto di vista computazionale, adatto per applicazioni di monitoraggio delle dighe in tempo reale.