300m级特高土石坝施工期心墙沉降监控模型研究

心墙沉降是两河口高土石坝的控制性安全监测项目,结合室内试验、监测、施工进度等资料,研究了心墙砾石土的沉降特性,建立了施工期沉降监控模型。研究表明:沉降变形的发展呈明显的阶段性,即沉降环埋设初期的快速沉降期、填筑进度平缓进行的匀速沉降期以及填筑高峰期的加速沉降期;以填筑因子与时效因子为组合的监控模型具有良好的解析力与拟合度,计算实例4个测点判定系数R 2在0.938~0.972;施工期沉降产生的主导因素是填土层上覆的外压荷载,就已填筑高程1/2~2/3区段而言,施工期沉降变形所占的填筑分量与时效分量分别约占95%与5%;监控模型具有良好的外延性,在近1个月外延区间中预测误差不超过9.04 mm,通过不断延长建模时序以修正模型参数,可提高预测精度进而指导施工。     

考虑蓄水期弃水风险的水库长期发电调度方法

短期径流的大幅波动使得以平均径流为基础制定的水库长期调度方案面临较大弃水风险,是影响水库长期调度决策合理性的重要因素。本文考虑日尺度径流波动影响,提出一种蓄水期弃水风险量化方法,并建立了耦合弃水风险的水库长期发电调度模型。利用长系列日径流资料,结合风险最小蓄水规则,以不蓄弃水流量为指标量化蓄水期各月弃水风险;采用Copula函数构建月均入流与弃水风险的联合分布和条件概率分布,明晰了特定入流条件的风险置信区间;最后,将弃水风险以弃电损失函数融入优化模型,以获得更符合实际的长期调度方案。以澜沧江流域小湾水库为工程背景进行调度模拟分析,结果表明本文方法能够有效降低水库长期优化调度方案的弃水风险,有利于提高优化结果的可操作性,与传统方法相比,能够使多年平均弃水减少约4.76亿m³、发电量增加约1.15亿kW·h。     

全面建设小康社会进程中黄河流域水资源利用效率时空演变分析

提升水资源利用效率,减轻水资源短缺对经济社会发展产生的约束,是实现水资源与经济社会和谐发展的有力支撑。尝试将DEA视窗分析方法应用于水资源利用效率研究,结合超效率DEA模型,探究黄河流域九省区在全面小康社会建设进程中水资源利用效率时空演变特征,在此基础上,通过Malmquist指数分解效率变动的内在原因,并引用空间匹配度计算方法,研究水资源利用效率与全面小康相对水平匹配程度。研究发现:九省区2012—2018年水资源利用效率总体呈增加趋势,水资源利用水平具有显著空间差异性;九省区水资源利用效率的提升主要得益于技术进步TC,制约水资源利用效率提升的主要因素是综合技术效率EC;水资源利用效率与全面小康相对水平的匹配程度呈现出较强的地区差异,部分省区两者动态协同性较差,其中,宁夏需要同时提升水资源利用水平和经济社会发展水平,陕西需要提升水资源利用水平,内蒙古需要提升经济社会发展水平。     

大万山岛海水抽水蓄能电站地下厂房自然通风模拟研究

针对目前抽水蓄能电站地下厂房自然通风规律尚不明确的问题,在考虑电站运行工况周期变化特点及室外风压的基础上,优化了现有的自然通风网络模型,使其可用于计算抽水蓄能电站地下厂房的自然通风情况。并且,利用优化后的模型,模拟计算了大万山岛海水抽水蓄能电站全年的自然通风情况。结果表明:热压是影响自然通风动力的最主要因素。整体上,自然通风量在冬季大于夏季;单日内,自然通风量受电站运行工况变化的影响。在发电和蓄能工况时,自然通风量较大,在卸载工况时,自然通风量较小。交通洞末端空气温度不受电站运行工况和自然通风量变化的影响,在单日内的变化幅度小于2℃,而在同季节的不同日之间的差异可达8.6℃。在过渡季的部分时段和整个夏季,交通洞末端空气温度高于规定的室内环境温度上限值,因此应开启空调制冷设备。通过优化后的模型与具体案例的分析,为其他类似工程的自然通风系统的设计及运行调控提供参考。     

堰塞坝溃决模拟研究综述与展望

堰塞坝几何形态、粒径级配和库容决定了其溃决机理的复杂性,而溃决过程的精细模拟和峰值流量的准确预测是应急处置的基础和关键。堰塞坝溃决过程与模拟技术是面向国家防灾减灾重大需求的前沿热点问题。在系统梳理国内外试验和数值模拟研究进展的基础上,指出以往试验研究坝体尺度小,足够大的库容基本未模拟,难以显示最终溃口形态;数学模型假设过多,物理机制不健全,均有待发展完善。提出了下阶段大尺度模型试验研究的方案与思路,重点阐明堰塞坝破坏机制与溃口演变完整规律,揭示溃口发展物理全过程。同时,建议开发能够模拟全场和溃决全过程的平面二维水沙耦合数学模型,摈弃长期以来对溃口流量、溃口形状、边坡坡度、残留坝体高程、溃决时间等的事先假设,而将其视为水沙床耦合数学模型数值解的一部分,以期提升堰塞坝溃决模拟水平和预测精度。     

考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型及边坡稳定性分析

降雨入渗是诱发滑坡的关键因素,研究斜坡降雨入渗规律对于滑坡的预测与防范具有重要意义。传统的Green-Ampt模型及改进的Green-Ampt模型均假定入渗过程为均匀饱和入渗,忽略了入渗过程中湿润锋锋面上方非饱和区的存在。针对这一不足,首先,基于达西定律分析斜坡内基质吸力的分布规律;然后,结合非饱和土VG模型得到了斜坡内湿润区含水量沿深度变化的函数关系;最后,基于改进的Green-Ampt模型推导了考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型,并将其引入到无限斜坡稳定性分析当中。研究结果表明:与数值解和现有模型相比,考虑土体非饱和特性的降雨入渗模型能更加准确地反映降雨入渗的过程,基于改进模型计算的稳定性系数较好地揭示了恒定降雨强度下斜坡稳定性的变化规律,证明了该方法的正确性和适用性。     

结构性黄土压缩特性的微观非连续变形分析

黄土的结构性与其形成过程密切相关,并对其物理力学性质产生重要影响。针对结构性黄土的大孔隙和胶结特性,对DDA算法进行了扩展,将结构性黄土中起主要胶结作用的黏粒胶结嵌入已有的DDA算法中;使用Monte Carlo法和DDA模拟黄土的沉积过程,该方法能够模拟颗粒下落过程中的相互碰撞及摩擦,分析结构性黄土在压缩过程中颗粒的平动和转动规律,由此构建与原状黄土孔隙比接近的微观结构模型;进一步使用扩展DDA对所生成的黄土结构模型进行不同压力下的一维压缩试验模拟,并与室内压缩试验进行对比。发现胶结试样颗粒位移比不含胶结试样颗粒位移小,但整体规律相似;每个颗粒位移的大小和方向不尽相同,但主要以竖向位移为主;在压缩过程中,不同区域的颗粒位移存在较大差异,上部颗粒位移大,越往下部颗粒的位移越小。该研究成果可为从微观认识黄土力学行为提供一条途径。     

土石坝工程领域的若干创新与发展

我国高土石坝数量居世界之首,保证高坝大库建设与长期运行安全是国家经济和公共安全保障的重大需求。系统总结了长江科学院近年来在土石坝工程领域的若干创新与发展。提出了基于“旁压模量当量密度法”的粗粒料级配相似理论试验方法;介绍了研发的系列CT三轴仪,实现了粗粒料组构要素的定量测量;提出了三轴试验中加载板与试样之间由滑动摩擦变为滚动摩擦、整体式接触变为分散式接触的减摩新方法,研发了相关减摩装置;研制了大尺寸、高压力、微摩擦、刚柔复合加载的土工真三轴仪;揭示了粗粒料真实三维应力条件下的强度与变形变化规律、湿化与蠕变变形特性;构建了粗粒料三参量非线性K-K-G剪胀模型、六参数湿化模型、九参数蠕变数学模型及相应的参数确定方法;基于当量密度法的原创思想,提出了利用旁压试验间接确定超百米级深厚覆盖层现场密度的试验方法。上述研究成果可为高土石坝工程建设提供重要科技支撑。