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2016年 第6期

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国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展
高树飞, 贡金鑫, 冯云芬
2016, (6): 1-8.
摘要:
通过对高桩码头震害的分析,阐明了高桩码头破坏的主要原因。在此基础上,从高桩码头抗震设计方法、桩土相互作用、斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能等方面,论述了国内外高桩码头抗震研究的进展,总结了这些研究成果在高桩码头抗震设计规范中的应用,指出了高桩码头抗震性能研究的不足及需要深入研究的问题。对国内如何吸收国外高桩码头抗震的研究成果及抗震设计规范的修订方向提出了建议。该系列论文分为3部分,此为第1部分,主要介绍了高桩码头的震害和破坏形式以及高桩码头的抗震设计方法。分析表明,基于位移的设计方法是国外高桩码头抗震设计的主要发展方向,我国应开展相关研究,将基于力的抗震设计规范修订为基于位移的抗震设计规范。
大坝变形监测统计模型与混沌优化ELM组合模型
戴波, 何启
2016, (6): 9-15.
摘要:
变形是反映大坝动态演化的重要效应量。为了提升统计模型预测能力,借助极限学习机(ELM)处理非线性问题的优势,对大坝位移的统计模型残差进行数据挖掘。而极限学习机欠缺对混沌动力特性的考虑,为了解决这个问题,采用混沌理论对统计模型残差进行了混沌动力学特性分析,揭示其混沌特性,并据此重构相空间,从而为混沌优化极限学习机提供先验知识。基于统计模型,结合极限学习机和混沌理论的优点,建立统计模型与混沌优化ELM的组合模型。将该组合模型应用于工程实例,由多个定量评估指标对模型进行性能评价,结果表明,组合模型建模合理,预测精度高于统计模型、统计模型与混沌优化BP神经网络组成的组合模型,在大坝变形监测中具有一定的应用价值。
大坝空间变形监控指标的拟定
孙鹏明, 杨建慧, 杨启功, 徐微, 周雨薇
2016, (6): 16-22.
摘要:
针对传统方法在拟定大坝安全监测指标时对空间性和模糊性考虑的不足,采用投影寻踪方法对大坝不同高程处位移序列进行降维处理,生成位移投影值及位移权重,计算出加权位移值并运用正逆向云模型拟定大坝位移安全监控综合指标。以棉花滩碾压混凝土重力坝为例,运用投影寻踪模型和云模型拟定了4#坝段上下游方向位移安全监控综合指标,并分析了坝体加权位移值与环境量变化规律的相关性,针对某一位移超标值,通过与置信区间法拟定结果的对比分析,论证了该方法的合理性和可行性。
BREACH模型与MIKE21模型在溃坝风险中的耦合分析
杨德玮, 盛金保, 彭雪辉, 何佳卓
2016, (6): 23-28.
摘要:
BREACH模型常用来模拟水库大坝漫顶及管涌溃坝模式并获取溃口流量与时间关系,MIKE21模型常用来模拟湖泊、河口、海湾等二维水动力学并获取洪泛区内洪水风险信息要素,两大模型耦合分析在保障水库大坝安全运行及风险管理方面发挥了积极作用。以BREACH模型模拟溃口流量动态数据过程与溃口演变尺寸为基础,通过ArcGIS预处理地形文件、工程建筑物参数与水文数据,构建MIKE21二维水动力学模型并计算网格差值空间,利用Flow Model模块生成溃坝洪水模拟文件,采用判别溃口流量差值是否满足精度要求的迭代法来耦合两大模型,最终结合所要分析水库大坝的工程概况,计算不同风险情况下的水库大坝溃坝洪水淹没水深与范围,进而模拟溃坝洪水演进过程。该方法已成功应用于郑州常庄水库风险分析,结果表明,该方法能客观反映溃坝洪水行洪情况,使用方便,为水库大坝运行管理与应急处置提供了一定的技术支持。
堤防决口水流水力学特性的三维数值模拟
李火坤, 邓冰梅, 曾秀娟, 张利荣, 李宜忠
2016, (6): 29-36.
摘要:
堤防决口水流的水力学特性对于制定决口封堵方案至关重要。基于FLOW3D建立了模拟堤防决口水流的三维数值模型,首先对局部瞬间溃决水流水位场分布进行了三维数值模拟,模拟计算结果与C. Biscarini等代表性文献介绍的研究结果吻合较好,印证了数值模型的可靠性和准确性。以某流域河流堤防为例,建立了不同决口口门形状(U形、V形、T1形和T2形)的决口水流三维数值模型,计算分析了4种口门形状下决口附近的水位场及流速场分布规律。结果表明:进入决口后水流发生急速的侧向收缩和纵向跌落,决口处水深和流速在垂直水流方向断面上呈两侧小中间大的近似拱形分布,决口进口附近水流最大流速出现在决口左侧堤脚。数值模型和模拟方法可为制定堤防决口的最佳堵口方案提供技术参考。
气候变化对汉江上游径流特征影响预估
何自立, 史良, 马孝义
2016, (6): 37-43.
摘要:
为了预测水文站逐月径流,对该流域水资源变化进行评估,运用小波神经网络建立汉江上游流域气象因子与径流过程模拟预测模型,并依据未来气候变化增量情景,对石泉水文站以上流域径流变化响应过程进行不同时间尺度分析。由已知汉江上游流域的月降水量和月平均温度,经小波神经网络自动“学习”训练获得石泉水文站精度较高的逐月径流数据。模拟计算结果表明:在不同未来气候变化设定情景下,该区域径流变化过程较为明显,年平均径流量最大变化范围为-34.7% ~ 21.4%。在降雨量不变、气温升高的情况下,年平均径流的响应变化范围为-5.1% ~ -13.3%。温度升高引起冬季径流增加较为明显,春季及秋季径流则存在减小趋势,秋季明显减少,而降雨量变化对夏季径流的影响最显著。
基于广义可加模型的降水空间估算模型
王磊之, 胡庆芳, 王银堂, 胡艳, 刘勇
2016, (6): 44-51.
摘要:
采用太湖流域浙西区33个站点1989—2013年的降水观测资料,基于广义可加模型建立了该区域年降水空间估算模型,得到了该区域分辨率为1 000 m×1 000 m的降水栅格数据。借助多种统计指标,分析了不同预测因子对降水空间估算结果的影响,特别比较了是否将高程作为预测因子情况下的年降水量估算差异。结果表明:加入高程因子作为广义可加模型的预测变量后,无论是模型的优良性还是降水空间估算精度均有所提高,能够更合理地描述浙西区降水空间分布受地形影响的特征。此外,从模型偏态效应图来看,浙西区降水量随着纬度的增加明显减小,随着高程的增加显著增大,而随经度的变化则不明显。
黄河大柳树河段河床演变的三维数值模拟
王晓明, 吕岁菊, 李春光, 杨程
2016, (6): 52-60.
摘要:
针对河岸冲刷、河床演变显著的河流,建立考虑河岸变形的三维水沙数值模型,对黄河大柳树河段的河势演变进行数值模拟分析研究。模型中利用三角形网格和局部网格移动及局部加密技术,采用有限体积法离散控制方程,以及基于非结构化同位网格中的SIMPLE算法进行数值求解。依据2011年11月至2012年10月黄河大柳树河段典型断面实测资料对数值模拟结果进行验证,模拟结果与实测结果吻合较好。结果表明该模型能够较好地模拟黄河大柳树河段的水流运动和河床演变,模型中提出的河岸修正技术和局部网格加密技术可有效提高模拟计算精度和效率。
透水框架的三方柱绕流数值分析
王倩芸, 储昊
2016, (6): 61-68.
摘要:
针对四面六边透水框架按高度分层后形成等边三角形布置的三方柱绕流问题进行了数值模拟,分析不同间距比l/d=1.5,2,3,4,5,7下流场分布和各方柱的升、阻力系数以及斯特劳哈尔数的特性。研究结果表明:当l/d=1.5~7时,B,C柱尾流场经历了近处漩涡掺混到近处漩涡分离,远处漩涡掺混到远处漩涡分离,最后形成各自独立的方柱绕流;在l/d=2时,各方柱的平均阻力系数明显减小,并且通过对流场分析发现此间距比下对水流的减速效果最明显;由于B,C柱的存在与单方柱绕流有很大区别:在流场方面,l/d=1.5时,B,C柱限制A柱边界层剪切带的卷起,随间距比的增加这种现象逐渐消失;在动力特性上,A柱的阻力系数明显小于单方柱绕流情况。斯特劳哈尔数Sr随间距比的增大而逐渐增大并趋近于单方柱绕流的值。
密排加糙床面消力池自由水跃跃长计算
傅铭焕, 张志昌
2016, (6): 69-75.
摘要:
水跃长度作为消力池设计的重要参数,对消力池安全稳定以及经济合理的影响效果显著。通过建立水跃区水体质点的运动方程,研究密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度的变化规律,提出了水跃旋滚长度和水跃长度计算的理论方法,并根据已有文献的试验数据对所推公式涉及的物理参数进行率定。计算研究结果表明,密排加糙床面消力池水跃旋滚长度和水跃长度均随跃前断面弗劳德数、跃前断面水深和水跃共轭水深比的增大而增大,随着床面当量粗糙高度的增加而减小。经验证发现,水跃旋滚长度和水跃长度的计算值与实测值接近。
养护条件对混凝土毛细吸水性能的影响
程宝娟, 王立成, 鲍玖文, 马海军
2016, (6): 76-82.
摘要:
养护条件对混凝土的硬化过程和微观孔隙结构的形成具有重要影响,而混凝土的毛细吸水性能与材料自身的孔隙结构及分布密切相关。开展了养护条件(标准、自然、浸水和密封养护)对混凝土毛细吸水性能影响的试验研究。对从混凝土方形板试件取出的圆柱体进行了抗压强度试验,并对沿圆柱体高度方向上等厚度切割成的3个“圆饼”试件,分别进行了超声波速和孔隙率两种指标的测试。为了实现吸水观测的连续性,利用改进的混凝土吸水测重法试验装置,开展了不同养护条件下“圆饼”试件的毛细吸水试验。试验结果发现,养护条件对混凝土的抗压强度、超声波速和孔隙率具有较大影响,是决定养护过程中强度发展和内部孔隙结构及密实性的关键因素。标准养护下强度和超声波速最大,孔隙率最小;密封养护下强度和超声波速最小,孔隙率最大;自然和浸水养护试验结果接近,介于标准和密封养护两者之间。相同养护条件下,混凝土由上到下不同位置的累积吸水量、初始吸水率和孔隙率逐渐降低,超声波速则逐渐增大,说明混凝土由上到下不同位置的密实度逐渐增大。
孔隙水压循环次数对混凝土损伤影响
邓媛, 邹荣华, 彭刚, 肖杰, 梁辉
2016, (6): 83-89.
摘要:
历经不同孔隙水压循环次数(0,10,50和200次)后,进行了中低应变速率(10-4/s)下混凝土常三轴受压损伤特性试验研究,分析其峰值应力、应变和弹性模量等基本力学参数随孔隙水循环次数变化的关系。同时依据受压切线模量的退化定义了损伤变量,得到应力水平比损伤曲线,对混凝土损伤特性进行了研究。结果表明:①历经不同孔隙水循环后,混凝土常三轴受压峰值应力和应变随循环次数的增加呈指函数增加的趋势;弹性模量随循环次数的增加呈幂函数减小趋势并逐渐趋于平缓。②历经不同孔隙水循环次数后,混凝土的损伤发展速度整体上均大于0次循环,且随着循环次数的增加损伤速度逐渐降低。③通过应力水平比损伤曲线,将混凝土损伤演化过程分为3阶段:损伤起始阶段、损伤发展阶段和损伤失稳阶段,同时依据所求损伤变量数据,拟合构建了损伤随应力水平比的演化方程。④依据损伤3个发展阶段定义了损伤界点,分析了损伤界点和损伤3阶段的应力水平区间长度随不同循环孔隙水压次数的变化。分析表明,随孔隙水压循环次数的增加,损伤界点对应的应力水平先增后减。
不同加载速率下混凝土损伤阶段的划分
马小亮, 彭刚, 肖杰, 胡伟华
2016, (6): 90-96.
摘要:
在不同加载速率(10-5/s,10-4/s,10-3/s,10-2/s)下进行混凝土试块单轴受压试验,基于改进后的Weibull模型构建了损伤变量,并在应变空间下对损伤曲线做了进一步的细化研究。首先根据损伤曲线的特点,提出了合理方法来确定损伤界点在曲线上的位置,两个界点将损伤曲线划分为3个损伤阶段。在此基础上,探讨了加载速率对损伤界点、损伤阶段长度的影响规律。研究结果表明:①第一损伤界点对加载速率的提高较为敏感,并随加载速率的增大几乎呈线性发展,第二损伤界点对加载速率的提高不敏感;②加载速率的提高使3个损伤阶段的区间长度重新分配,对前两个损伤阶段影响较大,对第3个损伤阶段区间长度的影响较小;③两损伤界点位置基本对称分布于峰值应变两侧,大部分损伤集中在峰值应力1倍的峰值应变范围内,且两损伤界点对应的应变水平比值约为3.5,并随加载速率的提高而减小。
循环加卸载下混凝土滞回环特性研究
肖杰, 彭刚, 邓媛, 王孝政, 罗曦
2016, (6): 97-102.
摘要:
通过开展不同侧压下的混凝土循环加卸载试验,分析了侧压、应变速率对应力应变全曲线中滞回环面积的影响,提出了一种基于应力应变全曲线的简便滞回环面积统计法,建立了滞回环面积与循环次数之间的关系。结果发现,混凝土单位体积耗散能随着循环次数的增加先增后减,单位体积耗散能最大值与峰值应变有密切联系;在循环加卸载过程中混凝土的单位体积耗散能具有明显的侧压敏感性。利用Weibull统计分布模型对混凝土在循环加卸载过程中单位体积耗散能随循环次数的变化关系进行了拟合分析。计算结果表明:不同侧压下循环加卸载曲线滞回环面积与循环次数服从双参数Weibull模型分布。
粗颗粒物料管道水力输送不淤临界流速计算
邱灏, 曹斌, 夏建新
2016, (6): 103-108.
摘要:
近30年来,固体物料的管道水力输送技术应用越来越广泛。在管道水力输送系统设计中,不淤临界流速是首先需要确定的重要参数,对确保管道安全输送具有重要意义。对于细颗粒物料,已有比较成熟的计算方法,但对粗颗粒物料,不同的计算式差异较大,给参数确定带来困难。在对已有的管道不淤临界流速计算进行比较分析基础上,探讨了颗粒浓度、粒径、密度以及管道直径等因素对不淤临界流速的影响,并分析了计算式结构的差异。整理不同学者针对粗颗粒输送的试验数据,重点分析了不淤临界流速随颗粒粒径加大的变化规律。基于量纲分析法,提出了粗颗粒在管道输送中不淤临界流速计算式,其计算结果与试验数据相对误差在10%以下,基本满足不淤临界流速计算的工程要求。
煤浆管道输送颗粒级配降级研究
赵利安
2016, (6): 109-115.
摘要:
针对目前管道输煤颗粒级配降级影响因素及煤颗粒降级对输送参数的影响规律方面的研究不足,采用试验方法研究了煤颗粒管道输送时浆体流速、颗粒大小、泵送时间对颗粒级配降低的影响,同时还通过试验以及理论分析相结合的方法,研究了煤浆级配降低后对浆体黏性、管道输送阻力和临界淤积流速等输送参数的影响。研究指出浆体流动速度越大,泵送时间越长,颗粒粒径越大,颗粒的降级率越大。试验观测和理论分析结果表明,浆体级配降级导致浆体黏度升高,阻力降低,不淤流速相应减小,且黏度和阻力值可用费祥俊黏度和阻力模型进行准确预测。在此基础上,结合有关研究,推导了临界淤积流速的计算模型。
灌河口水域水文泥沙与环境生态研究
李谊纯, 刘金贵
2016, (6): 116-128.
摘要:
灌河口自然条件的复杂性及大型整治工程的实施导致该河口海洋水文与海洋环境生态要素发生了一定的时空变化,相关研究时间跨度亦比较大。对1980年以来灌河及其邻近海域的工程环境海洋学和环境生态学领域的研究成果进行了较为系统的整理归纳,并结合2007年的实测水文资料对研究区域内的一些问题进行了探讨。结果表明,在潮差沿程变化、潮流流速的大小潮变化、河口锋面、整治工程导致的泥沙输移、污染物入海量及口外水环境容量、环境生态动力学、沉积物重金属含量和浮游生物的时空变化及其与口外大型整治工程的关系等多个领域尚需进一步研究。