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基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型
马广臣, 杨杰, 程琳, 宋锦焘
, doi: 10.12170/20201213001
摘要:
变形预测模型是大坝结构安全性态分析的关键技术支撑。针对现有大坝变形预测模型在精确度、泛化性等方面的不足,将自适应模糊神经网络引入到大坝变形预测模型中,利用动态权重粒子群算法对自适应模糊神经网络中模糊层的适应度值进行参数寻优,形成可以寻找最优适应度值的自适应模糊神经网络,进而建立基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型。根据大坝原型监测数据,代入训练好的模型得到输出值,并将其与实际监测数据进行对比分析。工程实例应用表明,基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型输出值与实测值偏差最大为0.0516 mm,均方根误差为0.0351,平均绝对误差为0.0320,各项精度指标均优于基于PSO-ANFIS、ANFIS和BP神经网络的大坝变形预测模型。针对不同位置测点、预测时间段,基于DPSO-ANFIS的大坝变形预测模型输出值接近实测值,预测趋势符合真实值走向,整体预测性能稳定。该模型具有较高的精确度、良好的泛化性与可靠的稳定性,工程实用综合性能较优。
基于分布式光纤监测技术的板桩码头试验研究
何宁, 马桂珍, 何斌, 张中流, 汪璋淳, 钱亚俊, 邵翰林
, doi: 10.12170/20201106002
摘要:
板桩码头桩体结构受力变形状态是评价其安全运行的重要指标。基于分布式光纤模型试验及应用研究成果,提出了一种新型桩体受力和变形分布式监测技术,并成功应用于板桩码头钢筋混凝土灌注桩原型试验研究中。该监测技术能够克服传统点式监测方法分辨率及准确度不足的缺点,实现桩长范围内全深度及施工过程全周期的实时监测。其测量结果能够准确反映港池开挖过程中板桩码头桩体结构变形、弯矩和受力等分布变化规律,及时对板桩码头的运行及施工情况进行有效监测评估,可以为板桩码头的持续稳定运行提供安全保障及施工指导,具有一定的工程实用价值。
河道堰塞生命损失评估方法研究
胡亮, 钱亚俊, 傅中志, 魏迎奇, 钟启明
, doi: 10.12170/20200827002
摘要:
河道堰塞是一种由地震、降雨等因素导致山体滑坡造成河道堰塞的自然灾害。在河道堰塞灾害造成的众多损失中,风险人口的生命损失最严重。根据河道堰塞生命损失的致灾机理构建了风险人口、警报时间、理解程度、湖区水位上升速度、风险人口高程、淹没水深等参数在内的评价指标体系,并确立各参数的定量评估方法。同时通过各因素间的作用关系建立由应急疏散网络、淹没水深网络、生命损失定量评估网络三个子网络系统组成的贝叶斯网络模型对河道堰塞生命损失进行评估,并采用牛栏江河道堰塞案例验证了评估方法的合理性。
跨海桥梁基础冲刷特征研究
杨元平, 张芝永, 李最森, 曾剑, 韩佳楠, 陈刚
, doi: 10.12170/20210105002
摘要:
在我国近海海域,跨海桥梁基础冲刷是影响大桥安全的重要因素之一。基于金塘大桥2014、2015和2017年桥墩基础冲刷实测资料,并结合建桥前地形测验资料进行了案例分析,解析出了往复潮流条件下桥墩基础的一般冲刷及局部冲刷深度,金塘大桥中引桥桥墩一般冲刷深度为3.3~3.6 m,平均局部冲刷深度约8.3 m。往复潮流条件下桥墩基础局部冲刷坑受双向潮流影响向上下游延伸,形状呈椭圆形,各墩冲刷坑纵向长度与最大局部冲刷深度呈近似线性关系,长度约为局部冲刷深度的10~12倍,而各墩冲刷坑横向宽度则基本一致,约为桥墩基础宽度的4~5倍,与最大局部冲刷深度无明显相关性。跨海桥梁基础冲刷深度计算方法及冲刷坑形态特征的研究成果可供跨海大桥基础设计、运行维护及基础冲刷防护参考。
含预制双裂纹试样岩桥贯通模式的数值研究
鲍如意, 赵程, 周依盟, 王文东
, doi: 10.12170/20200825004
摘要:
当双裂纹岩体破坏时,不同裂纹之间的应力场会相互作用,岩桥区域会发生贯通。将应变强度准则嵌入到二次开发的扩展离散元UDEC中,模拟了含预制双裂纹试样的拉伸裂纹及剪切裂纹的扩展。数值模拟结果发现双裂纹试样在单轴压缩过程中会出现4种岩桥基本贯通模式:(1)伴随着2条预制裂纹尖端的翼裂纹独立逐渐扩展,但岩桥区域不发生贯通的不贯通模式;(2)在岩桥区域内,主应力场及切应力场集中,产生剪切裂纹贯通岩桥,切应力对贯通起主导作用的剪切贯通模式;(3)在岩桥区域内,主应力场高度集中,岩桥贯通具有瞬时性,拉伸裂纹贯通岩桥的拉伸贯通模式;(4)在拉力与剪力共同作用下,试样达到强度最高峰值后产生的拉剪混合贯通模式。通过与室内试验对比,将应变强度准则运用到数值模拟分析中可以更准确描述细观破坏时应力应变及岩桥贯通的变化,丰富了多裂纹岩样在细观力学中的贯通机理,为研究岩体细观破坏提供数值模拟参考。
2000—2018年中国水库溃坝规律分析与对策
李宏恩, 马桂珍, 王芳, 戎文杰, 何勇军
, doi: 10.12170/20201119001
摘要:
截至2018年底,我国已建成各类水库98 822座,总库容8 953亿m3。水库工程不仅是我国防洪体系的重要组成部分,更是优化水资源配置的关键工程措施。水库一旦溃决将严重危及公共安全,从历史溃坝事件中吸取教训并分析溃坝特征规律,对提高水库安全管理和防灾减灾水平具有重要意义。在收集我国1954—2018年发生的3 541起溃坝事件的基础上,重点针对2000—2018年发生的84起溃坝事件,从空间分布、水库规模、坝高、坝型、溃坝原因、溃坝率等方面进行了详细统计分析,系统梳理了21世纪以来我国溃坝事件的规律趋势特征,主要包括:(1)气候变化背景下超标准洪水成为水库漫顶溃决的主因;(2)水库因工程质量导致的溃坝问题突出;(3)水库运行管理不当成为溃坝事件重要诱因;(4)西部地区溃坝率较其他地区仍然偏高。为进一步加强我国水库大坝安全管理,提出必须重视气候变化对水库大坝安全运行风险的影响、完善工程建设与运行安全监管体系、改善中西部地区大坝安全管理运行条件、兼顾水库安全管理工程措施与非工程措施等对策建议。
径流量变化对长江口北槽最大浑浊带影响分析
万远扬, 吴华林
, doi: 10.12170/20210422001
摘要:
长江口属巨型多级分汊河口,由于受中等强度潮汐及季节性变化明显的径流共同作用,其动力-地貌物理过程十分复杂。本文研究了长江口北槽最大浑浊带水沙动力与大通径流量的响应特征。聚焦于径流变化对河口最大浑浊带的三重作用:一是水流起悬能力增强,二是泥沙输运能力增加;三是,在河口最大浑浊带这个特殊区域,由于河流效应,还会引起河口环流增强及底部向陆方向的输运能力增加。实测资料和数学模型表明:对于长江口而言,径流越大,小流速的滩地由于动力增加而含沙量会越大;但主流区,由于流量增加的三重作用,最大浑浊带含沙量并非单向增大,而是最大浑浊带含沙量在上游流量为30 000~40 000 m3/s左右达到最大。本研究定量分析了不同径流条件下河口泥沙悬浮状态,可为长江口水域相关水土资源开发利用,生态环境保护以及航道疏浚维护等工作提供参考。
窝崩治理新型结构—布帘石的理论分析和试验研究
应强, 张幸农, 假冬冬, 陈长英
, doi: 10.12170/20201026001
摘要:
长江江苏段窝崩大多选用树头石作为窝塘内的促淤结构型式,但树木的砍伐对绿化和生态产生一定的不良影响。提出了一种由浮块、布匹(或土工布)和石块组成的布帘石,该种新型结构在窝塘内可起到阻流和促淤的效果,但目前对此鲜有研究。通过对置于水流中处于平衡状态时的布帘石进行受力分析,建立作用在布帘石微元上各力平衡时的微分方程,进而解得布帘石沿水深方向分布曲线(面),由试验数据确定相关系数。采用此计算式可以确定布帘石的水平投影长度和浮力,也可解释浮块浮于水面或没入水中、布帘浮于水中或沉入河底等状态的力学机制。基于长江扬中河段指南村窝崩段的局部模型,就窝塘中布帘石、树头石的阻水效果进行了对比试验,结果表明两者阻水效果相当。同时,布帘石的利用可减少对生态的影响。
泥石流的数值模拟及危险性评价
康永德, 侯精明, 石宝山, 郭敏鹏, 潘占鹏, 于国强, 洪增林
, doi: 10.12170/20201029001
摘要:
泥石流具有突发性、速度快、破坏力强的特点,其运动规律研究和危险性预测,具有重要的现实意义和理论价值。基于GPU(图形处理单元)加速技术的二维水动力模型,采用二阶Godunov格式有限体积法求解方程,以确保计算精度,并使用GPU加速技术提高了计算效率。以溃坝型水槽泥石流运动特征及贵州省普洒村滑坡泥石流危险范围预测作为模拟参照,利用所构建的GAST (GPU Accelerated Surface Water Flow and Transport Model) 二维水动力模型完成泥石流理想水槽试验模拟和危险范围预测。结果表明:数值模拟与实测结果吻合度较高;GPU加速技术的应用有效解决了泥石流模拟过程中计算量大的问题,在PC机上模型运行快速高效。此模型为泥石流运动规律模拟与预测提供了新方法,为防灾减灾提供了技术支撑。
考虑非饱和渗流的谷幅变形对高拱坝影响分析
辛长虹, 赵引
, doi: 10.12170/20210114003
摘要:
蓄水初期谷幅变形对拱坝当前工作性态和长期安全状况的影响是坝工界和学术界面临的新课题。针对我国锦屏一级拱坝蓄水期间出现的谷幅收缩问题,基于非饱和渗流分析理论,采用非线性有限元数值分析方法,通过对裂隙岩体吸湿曲线进行敏感性分析,研究了非饱和渗流过程中的谷幅变形规律,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:在非饱和渗流场作用下,两岸边坡向河谷中心变形,且上游比下游的谷幅变形值大。随着水位的升高,谷幅变形值不断增大,当渗流场达到饱和时谷幅收缩值最大。在非饱和渗流过程中坝体位移和应力的分布规律基本保持不变,但随水位的升高坝体最大顺河向位移和最大主压应力略有减小,最大主拉应力略有增加。谷幅收缩对坝体产生挤压作用,导致坝体最大顺河向位移减小,最大主拉应力由坝踵向坝肩上游侧转移,下游面高压应力区向拱冠梁中部扩展,且饱和渗流场对拱坝位移和应力的影响比非饱和渗流场明显,但渗流场作用的谷幅变形对坝体位移和应力的改变有限,不会影响坝体的整体稳定性。
冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究
陈永, 黄英豪, 朱洵, 吴敏, 王硕, 朱锐
, doi: 10.12170/20210116001
摘要:
为探究季冻区恶劣气候对不同含水率下渠基膨胀土的胀缩变形和物理力学性质的影响,以北疆阿勒泰地区膨胀土为研究对象,室内模拟了北疆地区实际气候条件的冻融循环试验。基于此,对含水率为12%、16%和20%的膨胀土进行体积变形试验、无侧限抗压强度试验和SEM电镜扫描试验,着重分析了冻融循环作用对膨胀土体积变形和力学特性的影响规律。结果表明:冻融循环过程中,随含水率的增加,试样的体积变形由冻缩融胀向冻胀融缩转变。应力-应变曲线特性与冻融循环次数和含水率都有较大的关系。试样的无侧限抗压强度随着含水率和冻融循环次数的增加而降低,其中以第1次冻融循环最为明显,3次后趋于稳定。函数拟合发现,试样的无侧限抗压强度与冻融循环次数呈明显的自然指数关系。含水率越大,冻融循环作用对土体微观结构的影响越大;土体的孔隙度随冻融循环次数的增加逐渐增大,第1次冻融循环作用最为明显,宏观上表现为冻融循环作用对土体力学性质的劣化影响。
崔家营枢纽下游流场模拟与鱼类水力特性偏好研究
张铭, 谢红, 杨宇, 王晓刚, 赵建平
, doi: 10.12170/20201128001
摘要:
采用原型观测试验、鱼类分布水声学探测调查与流场数值模拟相结合的方法,分析鱼类洄游对流场特性的偏好特征。构建崔家营枢纽坝下流场数值模拟模型,对洄游季枢纽不同运行条件下的下游流场进行计算,统计水深、流速等水力要素分布特征;结合同期下游鱼类集群分布探测,通过对鱼类聚集分布与流场分布特征的综合比对分析,揭示鱼类集群对流场的响应关系,提出鱼类对流场特征的偏好性曲线,为科学制定崔家营枢纽生态调度方案和其他类似生态调度工程建设提供参考和借鉴。
基于传感光纤技术的堤坝分布式变形监测
何斌, 马桂珍, 何宁, 张中流, 汪璋淳, 胡德新, 智月荣
, doi: 10.12170/20200828001
摘要:
堤坝变形是分析评价堤坝工作特性和安全的重要指标。设计了堤坝内部二维分布式变形一体化监测的分布式光纤监测技术的辅助结构型式与传感光纤布设方法,基于原型堤坝,通过系统试验测试验证了堤坝内部变形分布式监测新技术测量精度并论证其可行性,测试结果与实测结果吻合,二维变形测量的绝对误差最大为4.3 mm,堤坝内部二维变形测量精度达到毫米级,且实现了堤坝全断面内部二维变形分布式监测,证明了基于分布式光纤技术的土质堤坝内部二维分布式变形一体化监测新技术的适用性和先进性。
泾河柔远川与合水川流域降水强度趋势变化特征
张翠萍, 李小平, 陈真, 蒙雅雯
, doi: 10.12170/20200904002
摘要:
开展降水强度趋势变化研究对提高防洪减灾和水资源管理水平具有重要意义。基于柔远川1980—2017年9个雨量站与合水川1981—2017年10个雨量站的日降水量和小时降水量实测资料,采用MK趋势检验法,分析了最大1 h降水强度(\begin{document}$ {I}_{\mathrm{h}} $\end{document})、最大1 d降水强度(\begin{document}$ {I}_{\mathrm{d}} $\end{document})及分级降水强度趋势变化特征。空间上,柔远川与合水川各站\begin{document}$ {I}_{\mathrm{h}} $\end{document}\begin{document}$ {I}_{\mathrm{d}} $\end{document}空间分布差异均较大,\begin{document}$ {I}_{\mathrm{h}} $\end{document}的空间变差系数均大于\begin{document}$ {I}_{\mathrm{d}} $\end{document},但合水川\begin{document}$ {I}_{\mathrm{h}} $\end{document}\begin{document}$ {I}_{\mathrm{d}} $\end{document}的空间变差系数均大于柔远川;时间上,柔远川、合水川\begin{document}$ {I}_{\mathrm{d}} $\end{document}的空间变差系数分别呈显著增大与减小趋势(\begin{document}$ \mathrm{\alpha }=0.05 $\end{document}),增大与减小幅度分别为0.018/10 a与0.039/10 a;柔远川\begin{document}$ {I}_{\mathrm{d}} $\end{document}极值呈显著性增大趋势,增大幅度为7.68 mm/(d·10 a);柔远川分级降水强度变化不显著,合水川中雨与大雨的降水强度呈显著增加趋势,增加幅度为0.61 mm/(d·10 a)和1.29 mm/(d·10 a)。
大型输水渠道改扩建关键技术及设备的研发与应用
陈勃文, 黄英豪
, doi: 10.12170/20200830001
摘要:
北疆长距离输水渠道改扩建工程,事关北疆地区的供水效益和工程安全。针对北疆供水工程渠道改扩建施工存在的渠基膨胀土、新老防渗膜连接、排水软管易变形、人工劳动力短缺等工程问题,研发了多功能混凝土制缝机、表面成型机等渠道一体化施工设备,极大提升了工程施工效率、确保了工程质量。通过室内试验和现场示范开发了KS热熔胶粘接和套管内旋固膜技术,保障了新老防渗膜的高效连接。研发了深埋地下软管的变形复位装置,通过该装置可以无创伤地将渠基排水体的淤堵进行快速疏通,避免了大开挖,为渠道的长期安全运行提供了支撑。本系列设备和技术在北疆供水工程中得到示范应用,对类似大型渠道工程的改扩建具有参考指导价值。
通州湾规划港区对台风暴潮的冲淤响应研究
罗广胜, 潘毅, 李琳
, doi: 10.12170/20200805001
摘要:
基于ADCIRC+SWAN模式和Delft3D+SWAN模式建立双层嵌套的通州湾及周边海域的水沙动力数学模型。根据路径特征将影响通州湾的所有台风分为5类,选取每类的代表性台风驱动模型,模拟不同类型台风期间通州湾规划港区及周边水道沙洲系统的泥沙冲淤情况,剖析水道沙洲系统对台风暴潮的响应。结果表明:台风造成的通州湾规划港区及周边水道沙洲冲淤变化总体不大,在±0.40 m以内;北侧掠过型和东侧掠过型台风引起的海域冲淤相对较大;从空间分布上看,三港池口门附近及口外航道内容易淤积,腰沙、冷家沙浅滩区容易侵蚀。风暴期间港区北部冷家沙外侧水道出现严重淤积,原冷家沙浅滩区出现显著侵蚀,虽然一场风暴过程的冲淤量不足以影响港口运营及通航,但需注意长期时间尺度上对总体冲淤趋势的影响。
土石坝渗压水位极值预测
何露, 王士军, 谷艳昌, 庞琼, 吴云星
, doi: 10.12170/20200824002
摘要:
渗压水位极值预测是监控土石坝安全的主要途径之一,目前用于渗压水位极值预测方法需给出正确的自变量。渗压水位极值最主要的影响因素是上游水位,当渗压水位极值与上游水位相关性弱时,预测模型准确度低。提出一种仅考虑测值序列、不考虑自变量的渗压水位极值预测及评价方法。该方法基于最大Lyapunov指数建立预测模型,利用马氏链的遍历性和平稳分布对该无自变量模型进行评价。算例表明:对于与自变量相关性弱的渗压水位极值,预测模型的预测效果优于常规方法,误差评估模型评价合理。基于混沌理论和随机过程的预测模型及评价方法能形成一套精度较高、实用性强的序列预测及评价方法,覆盖常规预测方法的弱能力区域,可用于建立自变量不明确的测值序列预测模型。
砂雨模型制备PFC3D的数值模拟
王浩然, 王永志, 王海, 汤兆光, 王体强
, doi: 10.12170/20200909002
摘要:
伴随土工离心试验的应用拓展与量化需求的提升,试验模型孔隙率、均匀性的精确控制与影响因素,成为目前土工离心试验技术发展的重要课题。砂雨法作为土工离心试验常用制模方法,因其制备过程与天然粗粒土地基形成过程相似、颗粒不易破碎、制样密实度范围较宽等特点被广泛应用。为认识砂雨法制备模型孔隙率的控制因素与影响规律,基于PFC3D离散元分析软件,建立了砂雨法成型过程数值模拟方法,通过探讨落距、筛孔粒径比、环境介质等因素影响规律及与已有认识进行对比,论证了数值模拟分析方法的可行性。结果表明:制备模型孔隙率与落距呈负相关性,孔隙率随落距增大而减小且趋势逐渐变缓;孔隙率与筛孔粒径比呈正相关性,孔隙率随筛孔粒径比增大而增大;孔隙率与环境介质密度呈负相关性且影响显著,模型表面水层对孔隙率起主导控制作用。
砾石土粗粒含量对高土石坝稳定渗流的影响
常利营, 叶发明, 陈群
, doi: 10.12170/20200826002
摘要:
高心墙堆石坝心墙防渗料多采用砾石土,当砾石土的粗粒含量(指质量分数,下同)超过50%时,渗透系数很可能超过规范要求,不利于坝体渗透稳定。通过对粗粒含量超标单元赋予不同的渗透系数,采用三维有限元法分析了心墙局部砾石土粗粒含量超标时对坝体渗流的影响。结果表明:心墙局部砾石土粗粒含量超标对坝体的渗流场分布和单宽渗流量影响都较小,对心墙内渗透坡降影响较大,最大渗透坡降都出现在未超标单元处。对于超标区域在中下部的情况,当超标单元粗粒含量小于55%时,渗透坡降最大增幅为36.4%;超标单元粗粒含量大于55%时,最大渗透坡降显著增大,且会超过允许坡降,不利于坝体渗透稳定。因此,在实际工程中应结合砾石土料的级配和细粒含量情况,做好下游反滤层的设计,并严格控制砾石土的施工压实度,以保证坝体安全。
由抽水试验计算砂卵石含水层渗透系数的方法对比
范丹丹, 陈群, 亓立成, 王琛
, doi: 10.12170/20200829001
摘要:
含水层的渗透系数是基坑降水设计中的重要参数,不同计算方法得出的渗透系数也不同,应取最适合的计算方法,以免产生较大误差。基于砂卵石潜水含水层现场单井抽水试验结果,分别利用Dupuit-Kusargent法、Thiem法、直线斜率法及水位恢复法等四种方法来计算潜水含水层渗透系数,对比各方法计算的渗透系数所模拟的水位值与现场实测值的偏差,讨论了造成这种偏差的原因,指出了各种方法的优缺点和适用性。研究结果表明,Dupuit-Kusargent法误差最大,直线斜率法次之,水位恢复法和Thiem法误差较小。同时Dupuit-Kusargent法计算结果受流量影响较大,一致性较差,其他方法结果的一致性较好。在计算砂卵石含水层的渗透系数时,如有2个以上观测井,应优先选用Thiem法;无观测井的情况下选用水位恢复法;有1个观测井且其降深-时间对数关系直线段明显时可选用直线斜率法。
含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟
王浩然, 王志亮, 王星辰
, doi: 10.12170/20200912001
摘要:
为了研究岩桥倾角α对岩石力学行为和裂纹扩展机制的影响,采用PFC3D程序中的颗粒平行黏结模型,通过“试错法”获得一组能够反映完整花岗岩宏观力学特性的细观参数,并建立不同α下微孔洞与平行裂隙①、②组合的数值模型,对三轴压缩中岩样变形破坏过程进行了模拟分析。结果表明:α对起裂强度与峰值强度的比值未见显著的影响;当α=0°和75°时,裂纹扩展模式相似,裂隙①、②内外尖端均产生翼型裂纹,随后与微孔洞贯通;当α=15°、30°和90°时,裂纹的扩展模式比较接近,裂隙①、②内外尖端也可见翼型裂纹;当α=45°、60°时,裂纹呈类似方式扩展,裂隙①、②与微孔洞之间在剪切面上出现裂纹贯通,且在裂隙①、②外尖端有剪切裂纹,此时平行裂隙和微孔洞在剪切面上;剪切裂纹远多于拉伸裂纹,且微裂纹是从初始损伤部位开始扩展的。
基于PCA和CS-KELM的重力坝变形预测模型
王仁超, 马钰明
, doi: 10.12170/20200610001
摘要:
重力坝的变形与环境量之间存在复杂的非线性关系、使变形预测模型的输入自变量具有高维性,在一定程度上影响预测模型的精度和泛化能力。因此,提出一种将主成分分析、布谷鸟搜索算法和核极限学习机网络相结合的变形预测模型。该模型通过主成分分析法对与变形相关的水位、温度、时效影响因子进行主成分信息提取,优化网络模型的变量输入,同时采用优化性能更好的布谷鸟搜索算法确定核极限学习机网络的核参数和正则化系数。利用某重力坝的实测资料,对坝体沿坝轴方向和上下游方向的变形位移进行预测,与多种模型预测结果进行对比,并采用不同量化指标进行评价。结果表明,所提模型在两个方向的变形预测中,确定性系数R2分别为0.943和0.931,均高于传统的神经网络和逐步回归模型;在不同测点的上下游方向变形预测中,预测的精度和模型的泛化能力均优于对比模型,从而验证了该模型的可行性和优势。
船闸末级闸首超长输水廊道泄水水力特性数值模拟
王彪, 王晓刚, 安建峰, 何飞飞
, doi: 10.12170/20200728003
摘要:
拟建的三峡枢纽水运新通道船闸末级闸室超长输水廊道运行水头高、输水量大、输水时间短、输水距离长,水流具有强非恒定性,保障其安全运行非常重要。故对高水头船闸末级闸首超长输水廊道的阀门开启过程的非恒定水动力特性进行数值模拟,研究了不同输水廊道长度、不同阀门开启时间下,闸室流量过程、闸室水位过程、阀门井水位过程等时空演化规律。研究表明:船闸末级闸首输水廊道长度加长会增加惯性超降值、增长惯性超降波动周期、延长泄水时长、降低闸室水位升降速度,同时减少阀门开启过程中阀门井水位降落值;加快阀门开启速率会减少泄水时长、增加闸室水位升降速度、减少阀门开启过程中阀门井水位降落值。研究结果可供三峡枢纽水运新通道末级闸首超长泄水廊道设计参考。
基于改进层次分析法(IAHP)的航道生态性评价研究
陈建, 傅学诚, 李昕, 张会杰, 汪越
, doi: 10.12170/20210207001
摘要:
针对传统层次分析法中存在繁琐计算的可能性及容易出现严重的不一致性这两个问题,综合考虑了最优传递矩阵和“三标度法”的优点,形成改进的层次分析法。参考现有研究的基础,构建航道生态性评价体系,评价体系由1个目标、6个准则和17个指标构成。以长江中游荆江航道为例,对荆江航道整治工程前后的2011年和2015年进行评价与对比,并得出结论:荆江航道的健康程度(Channel Health Index,ICH)由2011年的“良好”(ICH=3.432)上升为2015年的“优秀”(ICH=4.187),整治工程前后荆江航道生态性有了显著改善,并按照健康指数提升的成因划分,将准则层下的6个功能归为4类影响因素;采用改进层次分析法与用传统层次分析法计算得出的结果相对偏差为0.94%(2011年)和0.40%(2015年),在简化构造比较矩阵的评判标度和优化矩阵一致性的同时确保了计算结果的准确性。
深挖方膨胀土渠道边坡变形特征分析与预测
胡江, 张吉康, 余梦雪, 马福恒, 肖文素
, doi: 10.12170/20201201001
摘要:
膨胀土边坡滑坡具有长期性和反复性特点,加固处理后渠坡的长期稳定性仍值得关注。某长距离调水工程一膨胀土渠段渠坡虽采取了表层换填措施,但仍未阻断膨胀土与外界水汽交换,在通水运行两年后发生了较严重变形,采取了伞形锚加固和排水孔增设等处理措施。基于加固处理后的监测数据,通过主成分聚类分析法对渠坡变形测点分区,进而分析渠坡时空变形特征;在此基础上,选取典型测点,应用指数平滑法、自回归移动平均模型和多因素非线性回归模型对变形进行了分析和预测。结果表明:伞形锚加固处理后的渠坡变形经过近2个月调整后趋于平稳,现阶段主要表现为受外界环境影响下的波动;渠坡变形存在空间不均衡性,以原变形体为中心向两侧减小;渠坡变形主要受时效影响,降雨、地下水位和温度也有一定的影响。鉴于膨胀土变形滑坡的长期反复等特点,后续应继续加强巡查。
新水沙条件与整治工程下和畅洲汊道演变分析
范红霞, 王建中, 朱立俊
, doi: 10.12170/20210208004
摘要:
和畅洲汊道是长江下游典型的江心洲分汊型河道,也是长江下游历史上演变最剧烈的河段之一。三峡水库蓄水后河段来沙大幅减少,和畅洲汊道演变与航道条件随之改变,为了抑制左汊发展、改善右汊航道条件,水利、交通部门先后在左汊口门、上中段修建了三道水下潜坝。在大量实测资料的基础上,分析了新水沙条件和整治工程双重作用下畅洲汊道及其上游六圩弯道河床演变特征。分析结果表明:2009年后六圩弯道河床持续下切,伴随着局部岸线崩退和心滩发育等不利变化;三道潜坝限流作用显著,2019年左汊实测分流比约为64%,较2002年最高76%时下降12%;右汊河床经历了缓慢淤积到由淤转冲再到普遍冲刷的阶段性变化,航道条件得到改善;但左汊潜坝下游河床产生明显的局部冲刷,且发生两次崩岸事件,应引起重视。
滨海城市非常规水源供水规模优选
谈丽婷, 王宗志, 叶爱玲, 刘克琳
, doi: 10.12170/20201208002
摘要:
滨海地区河流源短流急、地表水资源开发难度大,将再生水、淡化海水等非常规水纳入滨海城市水资源统一配置是缓解水资源短缺矛盾的有效途径。考虑地表水等常规水资源丰枯不确定性,科学确定非常规水源工程建设规模,是实现常规与非常规水资源统一配置的关键。以威海市区为例,建立了考虑水库来水不确定性的海水淡化与再生水厂建设规模优选模型,采用多目标遗传算法进行求解,以可靠性、弹性和脆弱性为指标,评价整个供水系统的性能,并进行多方案比较。结果表明:2030规划水平年威海市区适宜的再生水和海水淡化规模分别为23和15万m3/d;在此规模下,威海市区的供水保证率可由63.8%提高到95.2%,多年平均供水成本为6.6亿元。研究结果可为区域供水规划提供决策参考。
基于GWO-LSTM的丹江口水库入库径流预测
王立辉, 杨辉斌, 王银堂, 刘勇, 胡庆芳
, doi: 10.12170/20201103002
摘要:
入库径流预测对丹江口水库调度及水资源利用具有重要的指示意义。基于灰狼优化算法(GWO)构建不同的预测模型,开展丹江口水库月入库径流预测研究,并探讨网络结构超参数的选取及验证GWO全局遍历性、收敛快的特点。结果表明:灰狼优化的长短期记忆模型(GWO-LSTM)的预测精度和泛化性能优于灰狼优化的人工神经网络模型(GWO-BP)和逐步回归模型,其验证期的纳什效率系数平均达到0.969,整体趋势预测较好,峰值捕捉略有不足,可适用于丹江口水库月入库径流预测;模型超参数依据经验取值其预测结果不如GWO优化,依据经验取值其验证期的纳什效率系数不足0.5,未达到可接受范围,而且带有一定的偶然性,建议选用具有全局优化特性的优化算法进行超参数选取;验证了GWO算法全局遍历性和收敛快的特点,平均在3次迭代后可达到收敛状态。
窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律
马斌, 刘永玺, 李会平, 刘东明, 姚烨
, doi: 10.12170/20210416001
摘要:
大比尺水工模型试验可获得更接近原型的相似现象,对窄深河谷近坝库区可能发生的整体大方量滑坡工况进行试验研究,结合三维数值模型分析滑坡次生涌浪的产生、传播和消散特性。研究结果表明:数值模型计算的浪高、相位与试验结果基本一致,库区涌浪类型属于有限水深波,波能沿水深方向均有分布;涌浪产生区附近非线性较强,受窄深地形影响,波高在传播过程中快速衰减,坝肩处涌浪叠加出现瞬时越浪;试验中涌浪近场波形只观测到弱非线性振荡波;试验范围内块体模型冲击动能转化率约为2%~19%,滑块动能转换率与相对体积、相对厚度呈正相关,与滑块入水弗劳德数呈负相关;低频波受地形影响较大,在岸坡浅水区域出现波能的暂时集中,谱峰值增大,随时间推移库区水域高频波增多。对于窄深河谷中的大方量滑坡次生涌浪,尽管首浪波能受高陡边坡影响,传播至坝前时波高已明显削减,但坝前最大浪高往往由涌浪反射叠加形成,库区涌浪波动衰减缓慢,在首浪到达之后仍存在翻坝风险。
钢筋混凝土电渗除氯防腐性能研究
李浩然, 邹友泉, 高培伟, 徐少云, 赵哲辉, 李景松
, doi: 10.12170/20201014001
摘要:
海洋工程因长期经受海水侵蚀,含有腐蚀介质的水分子渗入混凝土中,使钢筋易发生氯盐腐蚀,引起结构膨胀开裂,极大地降低了海洋工程的使用寿命。随着海洋工程建设的加快,采用水泥基导电复合材料除氯防腐逐渐得到重视。通过在水泥基材料中掺加导电材料制作导电复合材料,在材料力学性能和导电性能的研究基础上,探究了不同掺量的聚合物乳液和导电填料及灰砂比对材料除氯性能的影响,并通过SEM扫描分析等手段分析了导电填料和聚合物乳液对材料性能的影响机制,探究了材料除氯防腐的作用机理。研究表明,掺适宜的导电填料和聚合物乳液,经过60 V直流电压电渗180 min后,可明显降低材料中氯离子含量,除氯效率较未掺导电填料试件提升84.24%。研究成果对降低海工混凝土中钢筋锈蚀、提升使用寿命提供了借鉴。
长江航道建设对长江经济带经济增长的影响研究
肖金龙, 黄苗, 蒋惠园
, doi: 10.12170/20210208002
摘要:
长江航道是长江航运的物流主通道,是区域经济协调的重要纽带。目前对于交通基础设施与经济增长之间关系的研究很多,但少有文献以长江航道为研究对象探究其对于经济增长的影响。绘制因果关系图定性分析长江航道与长江经济带的互动关系,明晰航道建设促进区域经济增长的作用机理。选取2005—2019年的时间序列数据,运用拓展的柯布-道格拉斯生产函数模型定量测算长江航道建设投入对长江经济带的经济贡献度,经济贡献度在整体上呈逐年上升的趋势,每增加1%的长江航道建设投入,长江经济带的经济产出增加1.74%。表明长江航道建设对长江经济带有显著的经济支撑作用。为更好地助力长江经济带发展,未来应加大长江航道建设投入,提高航道承载力,同时注重科技创新和生态保护。
负压桶基础沉贯试验研究与分析
富坤, 刘占国, 尹燎原, 李森
, doi: 10.12170/20200710001
摘要:
作为新型基础,负压桶基础具有较好的技术经济性。针对负压桶施工关键控制指标土塞隆起率的控制,通过开展粉质黏土中的模型试验,研究不同负压加载模式对施工效率及土塞隆起率的影响。试验加载负压均位于DNV规范方法获得的所需负压和临界负压之间。相同贯入深度条件下,消散模式施加的负压值大于持荷模式,且较大单级荷载下的负压消散模式在保持一定施工效率的同时,对土塞隆起率的控制效果较优。理论分析表明,深度变化率越大内侧摩阻力越大,土塞越难以形成,并从超孔隙水压力结果解释了负压消散模式下的土塞隆起率降低机理。土压力分析结果表明:负压消散模式下桶内土体对桶壁的有效应力高于负压保持加载模式,前者的侧摩阻力也更大。
长江经济带生态系统健康评估及时空变化特征
喻志强, 曹浩, 程卫帅, 王正勇
, doi: 10.12170/20200519001
摘要:
长江经济带生态系统的健康是支撑我国经济社会可持续发展的重要基础。基于“活力-组织力-恢复力-贡献力”评价指标体系,构建长江经济带生态系统健康评估模型,对2000年和2015年各县市的生态系统健康状况进行评估。结果表明:①长江经济带生态系统健康空间分异格局总体呈现北部高南部低、上游高下游低的特点,生态系统健康指数的高值区主要位于云南省,低值区主要位于安徽省和江苏省;②与2000年相比,2015年生态系统健康指数整体增加,局部降低,其中,生态系统健康指数下降的区域主要位于长三角沿海地区;③2015年长江经济带生态系统健康以四因子主导为主,四因子主导区占研究区县市总数的41.2%,且大部分四因子主导区是由原组织力-恢复力-贡献力主导区转化而来。总体而言,研究时段内长江经济带生态系统健康状况有所恢复,但在人类干扰较大的地区有所下降。
水压力环境中混凝土孔隙水压力变化规律研究
孙豹, 彭刚, 王乾峰, 梁辉
, doi: 10.12170/20190322001
摘要:
为研究水压力环境中混凝土的孔隙水压力变化规律,进行了不同水压力作用下混凝土的孔隙水压力变化试验,基于试验数据,采用有限元软件ANSYS对不同水压力作用下混凝土的孔隙水压力变化进行瞬态反演数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:在水压力作用下,混凝土的孔隙水压力变化特征可分为快速增加、缓慢增加和稳定等3个阶段,当混凝土在0.875 MPa的水压力作用下,混凝土的孔隙水压力达到与所施加水压力相等的值需要9 h以上。采用有限元软件ANSYS数值模拟得到混凝土的孔隙水压力变化规律与试验数据吻合较好。