考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

在地震高发的中国西南地区,地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大,有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究。以某工程表孔弧形钢闸门为例,通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型,研究了弧形钢闸门地震动力响应,然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性,最后对弧形钢闸门进行动力时程响应分析,计算了弧门地震动水压力,并与规范方法进行对比。结果表明:本文提出的考虑流固耦合效应的动力响应分析方法适用于闸门地震动力响应计算;流固耦合效应对弧形钢闸门地震动力响应影响较大,考虑流固耦合效应的闸门动力响应计算结果比规范明显增大,两者最大比值达到2倍以上。闸门结构动位移响应峰值在闸门面板顶部中心,动应力响应峰值发生在下主横梁跨中;流固耦合的动力计算表明该闸门结构刚度满足规范要求,强度不能满足,上、下主横梁处为结构动力响应薄弱环节;对高水头采用规范法计算的地震动水压力偏大,对低水头动水压力计算结果偏小。考虑流固耦合的闸门结构动力响应分析研究能反映其真实力学特征,对于地震高发区弧形钢闸门的结构设计和安全评价具有参考意义。     

原状黄土增湿过程中的土水特征曲线模型

黄土增湿过程是黄土持水特性与增湿变形特性相互影响的过程。已有的土水特征曲线模型主要描述土体的含水状态与吸力的相关关系,无法全面反映增湿过程中黄土的持水特性与变形特性。因此在固结仪上开展了新疆原状黄土的分级增湿试验研究,试验中引入能够全面反映土体含水状态和变形情况的"增湿水平"这一变量,并用增湿水平和吸力表征黄土土水特征曲线模型。结果表明:各竖向压力作用下增湿过程中,半常用对数坐标系下原状黄土增湿水平与吸力关系曲线形状相似,均明显的分为初期平缓段和陡降段两个阶段;竖向压力对增湿水平与吸力关系曲线的影响主要体现在初始吸力与陡降段斜率的不同,可以归一化为幂函数形式;为此建立了以增湿水平和吸力表征的土水特征曲线模型。并将该模型用于其他地区黄土,验证了所建模型适用于原状黄土的初始含水率和吸力状态、不同初始含水率的压缩状态,以及重塑黄土在压力作用下的增湿变形状态。     

白云峡水电站增效扩容水能复核及技改方案研究

为准确掌握白云峡水电站增效扩容潜力,确保技改方案具有较高安全可靠性和节能经济性,采用参证站径流资料分析与发电量反算引用流量相互验证的设计思路,对电站扩容潜力进行了水能复核。考虑 “引红济石”调水流量和小水电技改技术要求,合理确定了与工程实际相匹配的最佳装机容量、方案和机组型号。研究表明：通过鹦鸽水文站径流资料及电站多年运行发电量统计数据的核算与反算,可获得反映电站水能指标的准确数据。进行机型优化比选与合理技术改造,可确保机组长期运行在高效工况区,增加出力和防止空蚀,在增效扩容的同时实现了节能降耗。     

孤山川流域水文特征变化及驱动因素

研究流域水文特征的变化及驱动因素对流域水资源开发利用与保护,水土保持及生态环境的建设具有指导意义。以孤山川流域为研究区,利用Kendall秩序相关法分析1956-2009年流域降水、径流、泥沙等水文要素的演化趋势,采用小波变换法对系列的周期进行提取,利用有序聚类法分析径流和泥沙序列的变异点,并分析气候变化和人类活动对水沙的影响情况。结果表明:近54年来孤山川流域实测降水量没有显著变化,而年径流量和输沙量显著减少;年径流量和输沙量序列都存在5、14和28年左右的周期,且均在1979年和1996年发生突变。气候变化和人类活动对年径流量减少的贡献率在不同时段有不同的值,在人类活动对下垫面影响的过渡期,贡献率分别为72.2%和27.8%;90年代中期到21世纪初,它们的贡献率分别是27.8%和72.2%。本研究将为孤山川流域水资源开发利用及优化配置提供科学借鉴。     

堤防道路路基湿度场演变规律数值计算

为了解堤防道路路基湿度的变化规律,运用地下水渗流分析软件对不同水位和加铺路面结构后在一定降雨条件下的路基湿度进行数值计算。结果表明,水位高低对下部路基湿度的影响显著,路基受水位影响分为湿度饱和区和湿度渐变区。湿度饱和线随临水侧的水位升高而升高,临水侧路基湿度较背水侧大。降雨对上部路基影响显著,路基的湿度随着降雨历时而增加。这种湿度增加的趋势随着临水侧水位的降低在路基表层尤为显著。堤顶覆盖路面后,降雨主要影响裸露堤顶下的路基湿度,而对行车道下的路基湿度影响较小。     

DEM和土地利用分辨率对SWAT水沙模拟效果的影响——以泾河流域为例

DEM和土地利用的数据精度影响水文模型的模拟效果。以泾河流域为对象,选取毛家河、杨家坪和张家山3个水文站作为控制站,分别利用9组不同分辨率的DEM和土地利用数据（分辨率范围均为30～3 000 m）构建了100个SWAT模型,探究输入数据精度对水沙模拟效果的影响,并采用TOPSIS理论方法对模型进行综合评价。研究表明：DEM分辨率会影响流域的边界和河网提取,且流域特征信息会随分辨率的降低而发生丢失;当DEM分辨率低于1 000 m时,需使用SWAT中的Burn in工具,才能完成流域边界与河网的准确提取;HRU的数量随DEM分辨率的下降而减少,而土地利用分辨率对HRU数量的影响不显著;当分辨率变化较大时,DEM对参数敏感性造成的影响要大于土地利用;在构建的毛家河、杨家坪和张家山3个站点的模型中,DEM和土地利用分辨率的最优组合分别为750和300 m、30和90 m以及150和3 000 m。该研究可为流域水沙模型构建与模拟精度提升提供方法与技术参考。     

粗骨料体积分数对模袋混凝土干燥收缩的影响研究

粗骨料体积分数是模袋混凝土配合比设计的关键指标。开展了粗骨料体积分数在0.30~0.36的范围内对模袋混凝土扩展度、抗压强度和干燥收缩的影响研究,以期为模袋混凝土衬砌渠道的抗裂性设计提供参考。结果表明：在相同水胶比条件下随着粗骨料体积分数的增大,模袋混凝土的扩展度总体呈现波动上升再平稳的趋势,而低水胶比会使得扩展度更大;在相同水胶比下,随着粗骨料体积分数的增大,模袋混凝土的28 d抗压强度总体呈先减小后增大的趋势,而水胶比的降低会显著增大28 d抗压强度;随着粗骨料体积分数的增大,模袋混凝土的28 d干燥收缩率呈先减小后增加的趋势,在粗骨料体积分数为0.32时有最小值,而粗骨料体积分数分别为0.30、0.34、0.36时所对应的前7 d干燥收缩率均可达28 d总干燥收缩率的50%以上,说明模袋混凝土的干燥收缩在早期增长较快。     

基于ACO-BP神经网络的土石坝位移监测模型研究

建立安全监测网络模型来分析和预测大坝变形位移信息,对保障大坝安全稳定服役意义重大。针对大坝安全监测BP神经网络模型运算复杂、收敛速度慢、易陷于局部最优、不能准确反映和预测大坝运行状况的问题,引入蚁群算法(ACO)全局搜索功能搜寻BP神经网络参数最优解,并通过样本数据训练BP网络获得大坝变形位移预测值。工程实例应用表明:ACO-BP网络模型在参数优化方面较BP网络更易于收敛,误差较小、预测性能良好,可为大坝变形位移监测和安全预报提供一种新的非线性建模仿真分析方法。     

秃尾河流域年径流变化特性分析

对流域径流的变化规律进行准确地分析及合理地预测对流域水资源的合理开发、水利工程的建设以及社会经济的发展具有重要的指导意义。利用Mann-Kendall秩次相关检验法和小波分析理论对秃尾河流域的径流变化规律进行分析研究,并建立BP神经网络模型对径流变化进行预测分析。结果表明:秃尾河流域年径流量变化总体上有明显的下降趋势;从小波系数图可以看出年径流过程主要存在2年、8年和19年左右的变化周期,其中19年左右时间尺度为第一主周期,同时发现目前年径流处在枯水期后期,水量有转向增加的趋势;采用BP神经网络法对秃尾河流域高家川站年径流量进行预测,预测结果相对误差仅为5.92%,说明所建立的BP神经网络模型用于该流域的年径流预测得精度较高,是一种有效地年径流预测方法。     

透镜体特征参数对均质土坝浸润线及渗透流量的影响

透镜体的存在对坝体内原有的渗流场具有显著的影响。研究透镜体对坝体渗流场浸润线及渗透流量的影响规律,旨在为库坝设计及其工程建设中进行提高坝体安全性等工作提供理论依据。以不透水地基均质土坝作为研究对象,通过改变透镜体的4种特征参数（渗透系数、相对位置、面积、形状）,采用土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序《DQB》分别计算坝体的浸润线及渗透流量。研究结果表明：透镜体的渗透系数、相对位置及其面积对坝体的浸润线及渗透流量的影响显著,而透镜体的形状对渗流场的影响较小。因此,在库坝实际建设工程中,可通过设置适当特征参数的透镜体来改变坝体的渗流场,提高坝体的安全性或蓄水能力。