薄膜压力传感器在土工试验中的适用性初探

薄膜压力传感器因其厚度小、柔软、测压单元面积小等特点,可准确测量土体应力及土颗粒间作用力,因而在土工试验中有着广阔的应用前景。初步探究了薄膜压力传感器在静力和动力土工试验中的适用性。首先,提供了结合3D打印技术,将薄膜压力传感器安装于土体内部设定位置上测量相应土体应力及颗粒间作用力的方法。其次,提出了测量静力时直接建立初始DO值与施加压强值间函数关系的标定方法,并建议选用拟合优度判定系数(R~2)判定测压单元表现的优劣。最后,结合模型桩试验,验证了在动力试验中通过薄膜压力传感器、利用初始DO值可大体了解土体应力在动力荷载下的变化趋势。     

考虑球面波效应的水下爆炸冲击因子

水工建筑物的安全防护关系着国防和民生安全,目前还缺少有效的指标评估水下爆炸冲击波对大坝等结构的作用。水下爆炸冲击波通常以球状向四周传波,本文推导了球面波作用下结构的总能量,由此建立了水下爆炸冲击因子衡量结构的振动与变形响应。针对正面挡水、背面临空的平板结构,分别开展了数值模拟及离心水下爆炸试验研究,通过数值模拟,验证了在相同冲击因子条件下,爆距的变化几乎不影响平板产生的应变能和动能。随后采用本文所得的冲击因子对离心水下爆炸试验结果进行整理,并与传统的比例距离、平面波冲击因子等指标的分析结果进行对比。本文所得的冲击因子可以统一描述近场和远场水下爆炸作用。     

心墙堆石坝坝顶加筋措施的动力离心模型试验研究

坝顶加筋是心墙堆石坝抗震的重要工程措施之一,然而目前对其抗震效果的试验研究并不充分。本文利用中国水科院双向离心机振动台开展了动力离心模型试验,探究了铺设土工格栅加固坝顶这一措施的抗震效果,并探讨了埋设间距及土工格栅材料刚度对心墙堆石坝动力响应的影响。动力离心模型试验结果表明,坝顶加筋提高了坝顶刚度,导致坝顶附近区域顺河向和竖向动力响应变强。采用0.08H至0.16H间距加筋都将起到增强坝体刚度、提高坝体抗震稳定性的作用,坝顶加筋降低震陷、裂缝等风险,有利于坝体的安全稳定。土工格栅的刚度对心墙堆石坝的动力响应影响较大,刚度过大的材料难以造成土料与土工格栅的紧密结合,从而不能起到良好的抗震效果。     

基于遗传模拟退火算法改进BP神经网络的中长期电力负荷预测

针对目前中长期负荷预测方法中存在过拟合、预测精度和效率较低等问题,本文提出一种基于遗传模拟退火算法(GSA)改进BP神经网络的中长期电力负荷预测模型,即BP-GSA模型.首先建立标准三层神经网络,即输入层、隐藏层和输出层,选择国民生产总值、第二产业生产总值、市区常驻人口及月平均温度四个影响因子作为输入变量,月度负荷为输出变量.其次利用遗传模拟退火算法不断修正网络节点连接权值,以最优适应度为标准,确定最优网络节点连接权值分布.最后,代入权值最优解,通过训练样本数据,获取最小方均差预测模型.分别应用本文提出的BP-GSA模型及其他四种传统方法,对某市2020年月度负荷进行预测.误差分析表明,BP-GSA模型预测精度最高.随后将BP-GSA模型分别应用于不同年份的月度负荷预测,预测结果表明其误差稳定,证明了模型的鲁棒性.     

基于LXJ-4-450平台的土工离心模型试验研究

土工离心机是岩土工程领域最有效的物理模拟手段之一。近年来,随着现代液压、电控及测试技术的飞速发展,土工离心模型试验技术水平显著提升,应用领域也不断拓展。本文基于中国水利水电科学研究院的LXJ-4-450离心模拟试验平台,对新型机载设备及相应的试验成果进行总结,综述了近年来土工离心模型试验的研究进展。具体而言,研制了模拟污染物迁移的离心试验装置,探讨了污染物在土壤中的迁移机理;研制了离心模拟爆炸试验装置,验证了冲击波及气泡脉动在超重力场下的相似关系;研制了离心模拟溃坝试验系统,揭示了土坝漫顶破坏机理;此外,配置了世界首台水平、垂直双向离心机振动台,揭示了饱和砂土地基液化机理及地震动传播规律;开发了基于液压系统的离心模拟试验大荷载施加方法;最后,对中国水科院新建的大型土工离心机试验平台进行了介绍。     

基于动力离心模型试验的弱透水夹层尾矿库地震响应研究

尾矿库是具有高势能的泥石流灾害源,一旦发生溃坝会对下游人员和设施造成极大威胁。本文基于离心机振动台,针对含弱透水夹层的上游法堆石尾矿坝开展了动力离心模型试验,模拟了典型尾矿库在地震作用下的破坏过程。重点探究了尾矿库内部孔隙水压力变化规律、地震作用下尾矿液化的形成和发展规律以及库内弱透水层对液化破坏过程的影响。试验结果表明:尾矿坝受地震荷载作用时,初期坝的安全程度较高,不易发生破坏,溃坝则主要是由于尾矿库内部孔压升高造成局部发生液化,进而导致尾矿坝发生变形和破坏。尾矿坝发生变形前期,主要以尾矿水平向下游流动为主,未发生液化的部分则以相对完整的整体发生位移;尾矿库内部的弱透水层会影响内部孔压积累的过程,同时会加速附近土体的液化过程。     

深厚覆盖层中地震动传播规律离心模拟试验研究

深厚覆盖层上高土石坝抗震问题一直是土石坝抗震研究领域的热点之一,而地震动在覆盖层中传播规律研究是其重要组成部分,为揭示地震在覆盖层中的传播机理,本文开展了离心机振动台试验,分别研究了输入加速度峰值、土层特性对于地震动在其中传播规律的影响。研究发现,地震动经覆盖层传播后,低频成分被放大,高频被抑制,且随着输入地震动峰值增加,地震动加速度峰值放大倍数逐渐减小,而对于相同的地震动输入,加速度峰值放大倍数随着土体剪切刚度的增加而逐渐变大。     

基于离心机振动台模型试验的面板堆石坝地震响应研究

本文开展了竣工期、蓄水期面板堆石坝地震响应的一系列离心机振动台模型试验,重点探究了地震过程中面板应力的演进规律及破坏模式。试验结果表明,面板应力的演进规律与其地震动历史有关。当作用于坝体的地震动峰值或Arias强度高于其所经历的地震动时,无论在竣工期还是蓄水期,面板外表面压应力增量随时间逐渐增大,而内表面拉应力增量逐渐发展;当作用于坝体的地震动峰值与其经历的最大地震动相比较弱时,面板应力总体趋势的变化主要体现在内表面拉应力增量的发展,而其外表面压应力增量的发展较为微弱。另外,同一高程处的面板应力响应随地震动峰值或Arias强度而增大,与地震动峰值或Arias强度对堆石区变形的影响相一致。地震过程中坝坡破坏模式以浅层滑动为主。研究成果将为完善面板堆石坝的抗震设计、优化抗震加固措施提供一定的理论基础与技术支撑。     

三维摄影测量技术在土工离心模型试验中的应用

在土工离心模型试验中,需要对试验模型进行变形监测。传统的测量手段有位移传感器测量及激光传感器测量两种。应用位移传感器进行测量时,需要严格控制其与模型表面的接触;而激光传感器只能测一个点或者一条线上各点的位移,测量范围有限。本文介绍了应用三维摄影测量技术进行变形监测的原理,并将该技术应用于具体的土工离心模型试验中,监测大坝模型在试验过程中的变形。通过三维摄影测量技术所得的结果同激光传感器所得的结果进行对照分析,验证了该技术的合理性及准确性。试验结果说明可以将该技术应用于土工离心模型试验中。     

不同水深水下爆炸数值及离心试验研究

重大水利工程是国家重要的基础建设,其在水下爆炸作用下的毁伤值得关注.为此,分别采用离心机模型试验和有限元模拟,研究蓄水位变化对坝体响应的影响.通过数值模拟验证超重力场下缩比模型与原型的相似性.然后,基于 50g下的离心机模型试验,对数值模拟的有效性进行验证.在此基础上,采用数值模拟系统分析不同蓄水位下水下爆炸对大坝振动及变形的影响.结果表明:在炸药当量及位置不变的条件下,增加蓄水位高度会导致坝体速度、位移等响应增大;当水深超过25 m时,坝体多个部位的速度峰值将超过规范给出的安全速度峰值,坝体可能产生损伤;蓄水位变化将引起坝体所受冲击能量的变化,影响坝体的动能及应变能,采用球面波冲击因子可以描述坝体能量变化.