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复杂双面边坡整体稳定性分析
潘池, 李飒
, doi: 10.12170/20190730001
摘要:
实际工程中边坡常呈现出复杂的几何结构,利用有限元强度折减法讨论了3种边界条件下凹凸坡结构和不同坡度组合情况双面边坡的安全系数和破坏特性,并与单面平直边坡进行对比分析。研究发现:在本次计算条件下,双面边坡垂直放坡时,单面平直边坡的安全系数大于凸坡;对于凸坡其他情况,全约束边界条件下安全系数最大,与平直边坡相比提高了约3%。所有形式的凹坡的安全系数均大于平直边坡,其中,全曲面凹坡在全约束边界条件下安全系数提高了近10%,约为其余样式凹坡的2倍。当双面边坡横纵坡度不等时,边坡沿危险坡面产生滑移,决定边坡整体稳定性的因素为较陡的坡度;坡度相等时,边界条件对双面边坡破坏模式的影响较为明显,不同边界条件将导致边坡不同的破坏形态,在半约束条件下,双面边坡只沿法向约束一侧产生滑移破坏,而另外两种约束条件下,其破坏区域均为对称形状。
基于RBF代理模型和粒子群算法的水交换优化研究
戚蓝, 郑诗豪, 张丛林
, doi: 10.12170/20190724002
摘要:
良好的水交换对改善水环境、提高水域周边景观效果等具有十分重要的作用。而引水置换的方法对促进水交换效果显著,但利用数值模拟进行水交换研究耗时长、效率低,且人为改变参数的局限性大,不利于寻找最优的换水方案。为解决这一问题,基于径向基函数(简称RBF)代理模型建立水交换优化模型,并通过粒子群算法求最优解。以某人工岛游艇别墅区港池初拟方案为例,验证该方法的可行性和优越性。算例结果表明:(1)构建的基于RBF代理模型的水交换优化模型精度较高;(2)基于RBF代理模型的水交换优化模型计算1次所需时间量级为秒,而传统数值模拟计算的量级为小时;(3)通过粒子群算法,对建立的基于RBF代理模型的水交换优化模型求解,得到研究区域的最优换水方案。上述最优方案的结果与MIKE21水动力和对流扩散模型的计算结果相符。
三峡枢纽下游引航道水力波动叠加效应研究
程龙, 李云, 安建峰
, doi: 10.12170/20190811001
摘要:
为深入探索三峡枢纽运行产生的水力波动在下游引航道内的叠加规律,从明渠非恒定流基本方程出发,建立了三峡-葛洲坝两坝间河道及三峡枢纽下游引航道的Preissmann四点隐式差分格式数学模型,研究了引航道波动叠加规律,分析了河道基流和初始水位对波动特性的影响,并对葛洲坝枢纽流量不变和敞泄时三峡枢纽下游引航道口门和升船机下闸首的水位波动过程进行了回归分析。研究表明,引航道口门的波动过程主要由两坝间净流量所引起的平均涨水过程和以其为平衡轴的振荡过程叠加而成;升船机下闸首水位波动过程则表现为引航道口门波动过程和引航道内往复波流的叠加,其相对波动幅值的衰减过程基本符合指数规律。回归分析得到的表达式,能有效获得引航道水位波动过程,具有较高的模拟精度。
张家口冬奥会核心区非点源污染负荷估算
张冉, 夏建新, 任华堂
, doi: 10.12170/20190822001
摘要:
确定非点源污染负荷量对于张家口冬奥会核心区水环境安全具有重要意义。利用输出系数法,结合数字高程模型,根据2015年土地利用遥感数据以及2007—2016年统计年鉴数据,计算了非点源污染输出负荷量和空间分布,分析了不同类型污染负荷的贡献。结果表明:(1)2007—2016年非土地利用因素污染源年输出的TN污染负荷量为1 154.25~17 540.39 kg;年输出COD污染负荷量为2 114.76~34 552.41 kg;年输出TP污染负荷量为51.29~842.54 kg;年输出NH4+-N污染负荷量为34.40~514.88 kg。(2)土地不同利用类型输出的TN污染负荷量为33 372.94 kg;COD污染负荷量为21 453.45 kg;TP的污染负荷量为512.82 kg;NH4+-N的污染负荷量为1 129.78 kg。(3)农业人口生活和耕地为输出非点源污染负荷量的主要污染源。(4)污染物输出负荷量的空间分布不均匀,东沟上游子流域和下游出口子流域的输出量比较高,太子城河中下游子流域输出负荷量相对较高。
框架式海堤变形模拟与稳定影响因素分析
郑安兴, 毛前, 臧振涛, 周建芬
, doi: 10.12170/20190806002
摘要:
以温州框架式海堤为背景,采用有限元强度折减法,分析密排桩结构参数和桩基周围淘蚀对框架式海堤变形、稳定性的影响。计算结果表明:随着密排桩桩长增加,密排桩桩身水平位移不断减小;密排桩径对桩身水平位移的影响较小;密排桩排间距对桩身水平位移基本没有影响;随着桩基周围淘蚀深度增加,密排桩桩身水平位移不断增大,增大幅度最大位置都发生在桩顶;随着密排桩桩长增加,框架式海堤整体稳定安全系数增大;随着密排桩桩径增大,框架式海堤整体稳定安全系数增大;密排桩排间距为2.1 m时,框架式海堤整体稳定安全系数最小。
基于随机森林与支持向量机的水库长期径流预报
李伶杰, 王银堂, 胡庆芳, 刘定忠, 张安富, 巴亚荃
, doi: 10.12170/20190626001
摘要:
水库长期径流预报对于研判水文情势变化和指导水库调度管理具有重要意义。针对云南龙江水库年、汛期和枯水期平均入库径流,利用随机森林从环流指数、海温、气压和前期月径流中选取关键预报因子,基于粒子群与交叉验证相结合的算法优选参数,建立随机森林与支持向量机模型,开展龙江水库入库径流预报研究。结果表明,太平洋中北部与西部气候因子对径流预报的影响较大,前期月径流对年、汛期径流的重要性偏低,但对枯水期的影响程度与部分气候因子相当。随机森林与支持向量机模型总体精度较高,模拟与预报的合格率均达到85%以上,平均绝对百分比误差均低于15%,支持向量机的泛化能力强于随机森林,但二者在局部极值流量处的预报精度尚有待提升。
翻斗式雨量计翻斗旋转时间特性分析
廖敏涵, 刘九夫, 廖爱民, 黄一昕, 蔡钊, 闵星, 李薛刚
, doi: 10.12170/20190610001
摘要:
在翻斗式雨量计的研究中,由于翻斗旋转速度较快,造成翻斗旋转时间的测量一直以来都是一个难点。利用图像处理中的帧间差分法,结合Matlab软件编程,提出了一种新的翻斗旋转时间测量方法。在此基础上,将该方法应用于4种常用的翻斗式雨量计,在不同的雨强尺度下分别进行试验研究,分析翻斗旋转的时间特性。结果表明:(1)试验中使用的4种单层翻斗式雨量计的翻斗旋转时间在小雨强下不稳定,波动较大;在大雨强下较为稳定,波动较小。(2)JDZ02和CQS·JD02的翻斗旋转时间随雨强的增大而减小,呈较好的线性关系,R2分别为0.99和0.86;JDZ05和CQS·JD05的线性关系不明显,R2均小于0.6。(3)引入数字图像处理中的帧间差分法可以有效获取翻斗旋转的时间特性,可以加深对翻斗雨量计的认识。
高聚物防渗墙在交通荷载作用下的应变特征
郭成超, 杨建超, 石明生, 蔡兵华, 李忠超
, doi: 10.12170/20190520001
摘要:
高聚物防渗墙是针对土质堤坝防渗加固的新型防渗技术,具有施工快捷方便、防渗性能优良、绿色环保等诸多优势,在实际工程中应用越来越广泛。为研究高聚物防渗墙的应变特征,以堤坝模型试验为基础,建立堤坝高聚物防渗墙三维有限元模型,分析了交通荷载(大车正载、大车偏载、动态冲击荷载)作用下防渗墙的横向应变以及竖向应变,并且通过与现场模型试验结果对比,验证了数值模型的合理性,得出高聚物防渗墙的应变随深度呈现先快速增大至峰值后减小至稳定状态的三段式变化规律。同时得到了在相同位置作用不同冲击荷载和防渗墙在不同位置作用相同冲击荷载时的应变变化曲线。结果还表明高聚物防渗墙表现出一定的柔性特征,有利于防渗墙防渗功能的发挥。
海河流域近500年旱涝演变规律分析
严小林, 张建云, 鲍振鑫, 王国庆, 关铁生
, doi: 10.12170/20190603002
摘要:
研究海河流域近500年旱涝演变规律能为流域防汛抗旱、防灾减灾提供科学依据。基于海河流域内1470—2000年间11个序列较完整站点的旱涝等级数据,采用小波分析、功率谱分析以及经验正交分解方法对海河流域旱涝时空演变规律进行了分析研究,结果表明:(1)海河流域1470—2000年期间经历了干旱(1470—1644年)-湿润(1645—1898年)-干旱(1899—2000年)的旱涝转换;(2)1470—2000年流域旱涝呈现出2~7年、10.4年(为什么这个有小数???)、19年、22年和25年左右的周期性变化特征,其中10.4和22年周期变化显著;(3)EOF第一模态表现为全流域性的干旱或洪涝,其方差贡献率为44%;第二模态为流域自西向东涝-旱-涝(或旱-涝-旱)的分布特征,其方差贡献率为12%。
椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算
才瀚涛, 黄华, 詹杰民
, doi: 10.12170/20190608001
摘要:
应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,并且,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增加而增加。
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。
感潮河段支流口门枢纽布置方法研究
李寿千, 朱明成, 朱昊, 杭丹, 陆永军
摘要:
跨流域调水工程中,感潮河段支流口门枢纽受到用地条件限制常距江较近且开敞布置,进出口门水流受到非对称涨落潮流牵制,引水、排涝、通航功能协调困难。以新孟河延伸拓浚工程界牌水利枢纽为例,通过物理模型与数学模型试验相结合的方法,研究枢纽水动力条件及存在问题,并在此基础上提出枢纽总体布置方法。结果表明,枢纽外江侧口门开敞,引排水受涨落潮牵制明显,致使入江口堤头凸出挑流,泵站、节制闸进口及引航道口门区存在斜流;而枢纽内河侧边界固定,且节制闸正对引河,引航道处于遮蔽区,引排水流平顺。枢纽整体布置遵循以下原则:新开引河口门区与主河道呈锐角布置,角度取决于涨落潮历时对比,协调引水功能;引河与主河道之间堤头形态呈梯级布置,下梯级为锐角,上梯级为钝角,协调排水功能;节制闸正对引河布置,船闸布置在节制闸常态缓流区侧,泵站布置在节制闸另一侧,重点协调通航功能;枢纽尽可能远离口门区,使泵站和引航道位于岸线遮蔽区,减弱不良流态,协调枢纽各功能并使其充分发挥。( 请确认基金名及编号??)
中国水-能源-粮食关联系统协同安全评价
刘晶, 刘翠善, 李潇, 王国庆, 鲍振鑫
, doi: 10.12170/20190603009
摘要:
为保障我国水-能源-粮食关联系统安全,运用压力状态响应模型对我国2007—2016年水-能源-粮食关联系统进行协同安全性评价。选取16个代表性指标,构建我国水-能源-粮食关联系统协同安全评价指标体系及评价模型,利用层次分析法确定各指标权重,根据2007—2016年全国及各省区相关指标统计数据,对全国及不同地区水-能源-粮食关联系统进行协同安全评价。结果表明:近10年全国水-能源-粮食关联系统的协同安全度总体呈波动上升趋势。北京、天津和上海等省区水-能源-粮食关联系统综合协同安全度较高;而宁夏、新疆和重庆等地区综合协同安全度低;大部分省区关联系统综合协同安全度水平2012—2016年高于2007—2011年。
雅砻江流域水电站水足迹计算及分析
俞雷, 贾本有, 吴时强, 吴修锋, 徐鹏, 魏金俐
, doi: 10.12170/20190603003
摘要:
为量化水电开发利用对当地水资源消耗情况,引入水电站水足迹概念,以雅砻江流域梯级水电站群为研究对象,选择总水量消耗法,利用多年实测资料,考虑3种空间系统边界(一库一级、一库多级、流域整体),计算了干流7座水电站的水足迹。结果表明:(1)雅砻江流域7座水电站的水足迹范围为0.01~2.91 m3/GJ,平均水足迹为1.13 m3/GJ,小于其他空间尺度研究的水足迹,表明雅砻江流域水电开发利用的水资源利用效率高于其他地区和流域;(2)水电站水足迹主要受能效因子(单位装机容量的库区水面面积)和地形因子(库区水面面积与库区平均水深比)影响(相关指数分别为0.950 7和0.783 1),而蒸发深度和气象因子(降雨量和气温)对水电站水足迹值的影响较小;(3)水电站水足迹值与空间系统边界的设定有关,需根据水电站实际运行方式选择合适的空间系统边界。