高拱坝混凝土振捣机器人系统研发及应用

常态混凝土浇筑人工振捣施工存在工作强度高、作业主观性强等不足,现有振捣监控方法主要进行振捣位置、振捣时间等参数监控,且均依靠人工经验评估振捣是否密实,难以实现混凝土振捣质量的精确评估。针对上述问题,研发了融合表面图像机器视觉识别的混凝土振捣机器人系统,该系统包括振捣机器人本体、云端监控平台以及通讯子系统。基于工业机器人、自动化控制、机器视觉等技术研制振捣机器人本体,实现高拱坝仓面混凝土无人振捣作业;同时,建立基于改进残差网络（Residual Network,Res Net）的混凝土振捣表面图像的分类模型,实现振捣密实性的科学分析。此外,基于B/S架构研发云端监控平台,并通过无线通讯子系统实现与振捣机器人本体之间信息的传输与交互,实现振捣作业信息的可视化与远程控制。现场试验验证了振捣机器人系统的可靠性和可行性。研究成果为高拱坝混凝土振捣实现无人化作业、精细化质量控制提供了新的思路和技术手段,也可用于其它大体积混凝土施工中,具有十分重要的应用和推广价值。     

模糊综合评判法在混凝土坝施工质量控制评价中的应用

考虑施工过程中混凝土原材料、配合比、拌和、运输和仓面施工过程等质量控制要点对混凝土坝施工质量的影响,深入分析了模糊综合评判模型的构建过程,建立了某混凝土坝施工质量控制效果的二级模糊综合评价模型,实现了对其施工质量控制效果的客观和科学评价。通过实例分析表明该模型能较好的评价混凝土坝施工质量控制效果。     

模糊综合评判法在混凝土坝施工质量控制评价中的应用北大核心

考虑施工过程中混凝土原材料、配合比、拌和、运输和仓面施工过程等质量控制要点对混凝土坝施工质量的影响,深入分析了模糊综合评判模型的构建过程,建立了某混凝土坝施工质量控制效果的二级模糊综合评价模型,实现了对其施工质量控制效果的客观和科学评价。通过实例分析表明该模型能较好的评价混凝土坝施工质量控制效果。     

基于实时监控的混凝土坝振捣施工质量动态评价研究

混凝土坝仓面振捣质量评价是混凝土坝施工质量控制的重要手段。传统方法采用事中人工经验控制振捣参数与事后有限的钻芯取样点检测相结合来控制混凝土坝振捣施工质量;此外,现有的振捣台车振捣监控研究中仅采用单个测距仪进行测距,且缺乏仓面振捣质量评价方法。针对混凝土坝仓面内振捣施工实时质量动态评价和反馈控制的挑战和难点,本文提出了基于双测距仪联合测距方案的混凝土坝振捣施工质量实时监控方法,并基于该方法建立了考虑混凝土特性参数不确定性的混凝土振捣质量动态评价模型,该模型主要包括以下内容:(1)引入"信息熵"理论对混凝土特性参数的不确定性进行量化分析;(2)在考虑参数不确定性的情况下基于随机森林算法提出了混凝土抗压强度动态计算方法,并将计算结果应用于混凝土坝全仓面振捣质量评价。将该模型与多元线性回归和人工神经网络算法建立的评价模型进行了对比分析,验证了本模型的一致性和优越性。应用本文提出的评价方法对我国某西南碾压混凝土坝工程仓面变态混凝土区域的振捣质量进行了动态评价,结果表明,该方法能够准确评价仓面混凝土振捣质量,为混凝土坝振捣施工质量控制提供了理论依据。     

碾压混凝土坝层面和缝面施工质量现场检测方法初探

由于碾压混凝土坝施工质量取决于其层面和缝面的施工质量，故对坝体施工质量的检测和控制也就取决于对层面和缝面施工质量的检测和控制。鉴于目前还没有一种对大坝施工质量进行现场快速检测和控制的可靠技术，为此，基于坝体层面和缝面的渗透和抗力能力都是受层面和缝面胶结能力的控制及层面和缝面的渗透能力变化大的特性，研究了层面和缝面渗透性与抗力能力之间的关系；进而提出了可定量地用现场压水试验的方法实现施工现场快速评价坝体抗渗和抗力的能力和控制施工质量的设想，以及可利用这一技术对大坝进行准实时性反馈试验和分析的施工方法，此方法可确保每一座碾压混凝土坝都具有高质量的施工。     

苏洼龙水电站沥青混凝土心墙堆石坝精益化管理系统与应用

苏洼龙水电站沥青混凝土心墙坝最大坝高112 m,具有建设规模大、施工条件复杂、施工质量控制要求高等特点。为实现施工质量的有效控制,以智慧大坝理论为基础,以大坝填筑质量控制与沥青混凝土温度控制为核心,集成坝料运输过程及坝外加水监控,建立苏洼龙大坝施工精益化管理系统。通过对大坝工程的施工全过程信息自动采集、数字化归档、可视化管理,实现了施工全过程智能分析与反馈控制,为创新工程建设、精品工程打造提供了强大技术保障。     

龙开口碾压混凝土坝浇筑碾压施工质量实时 监控系统研究与应用

针对碾压混凝土坝浇筑碾压施工过程现有常规施工质量控制方法中存在的人为控制偏差等种种不足,本文提出了基于全球定位技术（GPS）和实时动态差分技术（RTK）的大坝浇筑碾压施工质量实时监控理论,通过在碾压机械上安装高精度GPS定位设备及振动状态监控设备对碾压机械进行全过程、全自动的实时监控,并记录该碾压机械碾压施工过程。监理单位应用该实时监控系统可实现施工过程的精细控制,并为建设单位实时了解仓面碾压施工质量提供有效信息分析平台。最后,针对龙开口碾压混凝土坝浇筑碾压施工所研发的质量实时监控系统在实际工程中的应用充分表明,该系统实现了对大坝碾压混凝土施工过程中压实质量参数的有效监控,从而保证了大坝高质量、高强度施工,促进了工程管理水平的提升。     

混凝土表面凿毛的革新——用风砂水枪喷毛的初步经验

混凝土坝的水平接缝和垂直接缝总称施工缝。施工缝的质量优劣,将影响到坝体的整体性。过去施工缝面用人工凿毛来确保新老混凝土的结合和不透水。但是人工凿毛工效低,劳动强度大。凿老混凝土(150～200~#),每人一台班凿毛2～4平米;凿新混凝土(40～60~#),每人一台班凿毛6～10平米。随着坝体混凝土浇筑量增大,人工凿毛工序,往往卡住了浇筑进度。为了减轻工人的劳动强度,解决劳力不足同施工进度的矛盾,我局在施工现场结合生产,开展了风砂水枪喷毛试验。在各基层单位的大力协作下,经过五个月的共同努力,终于试     

下凯富峡水电站碾压混凝土大坝层、缝间处理工艺

传统的碾压混凝土坝施工过程中,停盘冲毛后的水平施工缝面浇筑混凝土前,或者超过碾压混凝土直接铺筑时间的层面,一般均采用铺设水泥砂浆的方法进行层、缝面结合处理.赞比亚下凯富峡水电站碾压混凝土层面处理引入成熟度概念,在层缝面根据修正成熟度值采用铺洒水泥净浆替代水泥砂浆,检查结果,效果良好,且方便快捷.     

基于智能温控的混凝土坝个性化温控优化方法研究

由于以往混凝土坝的温控标准和措施制定主要是从质量角度考虑,对经济方面的考虑涉及不多,因此需要从质量达标和经济最优两方面探讨混凝土坝防裂的个性化温控优化方法。首先,通过建立全环节温控指标关联模型和调控方法,以建立的各环节经济关系模型为约束函数进行多约束求解,实现温控标准的全局优化。然后,将优化的各温控指标以及相应的措施方案纳入到智能温控系统,进行温控施工过程的评价、预警报警和反馈调控。最后,基于提出的智能温控全环节调控方法,对目前正在实施的某工程智能温控系统开展了试验性应用测试。结果表明:(1)应适当提高机口温度,浇筑过程中,应加强仓面喷雾动态控制,以使温度控制的单位成本最低;(2)升温阶段加大通水流量至3 m³/s左右,其控制最高温度成本也较低。此温控防裂设计优化方法与智能温控技术相结合的模式,以达到经济最优和质量达标为总体目标,同工程设计和施工高度融合,非常有利于混凝土坝温控的实施效果。     

定期冲洗式沉沙池三阶段冲洗计算

依据定期冲洗式沉沙池水力冲洗的原型观测和模型试验,根据水沙运动特征,提出定期冲洗式沉沙池水力冲洗三阶段冲洗过程及划分,分别给出泄空冲洗、溯源冲洗和沿程冲洗各阶段的计算式和有关参数。     

基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法

地下水是海岛重要的淡水资源。为了解决海岛地下水管理实践中遇到的模型计算成本过高以及现有替代模型黑箱性问题,本文提出基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法。通过GPU并行随机行走算法分别建立海岛的人工增储含水层、分层越流含水层、随机非均质含水层的替代模型,并与相应海岛含水层解析解或数值解进行对比,验证随机行走替代模型在不同海岛含水层模型中的适用性和可靠性,分析潮汐动态边界对海岛分层含水层的影响,最后评估行走元数量对替代模型误差及计算成本的影响。     

GAMLSS模型在黄河流域蒸发皿蒸发量序列统计建模中的应用研究

本文采用广义可加模型(GAMLSS),以年份序号作为解释变量拟合模型参数,对黄河流域蒸发皿蒸发量序列的非一致性特征进行研究。考虑到流域空间差异性和年内变化,从年、汛期、非汛期3个时间尺度来研究黄河流域29个水资源三级区面蒸发量序列的非一致性特征。研究结果表明,黄河流域各水资源三级区的面蒸发量序列在不同时间尺度上均具有较为明显的趋势变化;非汛期蒸发序列呈现出显著的趋势变化,与一致性模型拟合结果相比,黄河流域非汛期蒸发序列的AIC准则(Akaike Information Criterion)和SBC准则(Schwarz Bayesian Criterion)值减少明显,能更好地反映出非一致性变化的特征。     

设调压室水电站输水发电系统耦合振荡特性研究

设调压室水电站输水发电系统是复杂的水机电耦合系统,目前对耦合系统的振荡特性以及各个子系统间的耦合作用关系尚不明晰。本文首先将整个水电站系统分为“引水隧洞-调压室”子系统和“压力管道-机组”子系统,针对“压力管道-机组”子系统的稳定性提出了耦合振荡域的概念并推导了其解析公式,然后结合特征值分析法和数值模拟揭示了耦合系统的振荡特性,最后运用频域分析法探究了两个子系统间的幅频特性及相互作用关系,提出了衡量系统耦合振荡稳定性的定量指标。结果表明：当调速器参数在耦合振荡域外取值时,水电站系统恒不稳定,因此调速器参数在耦合振荡域内取值是整个水电站系统稳定的必要条件。当调速器参数在耦合振荡域内取值时,耦合系统的稳定性由低频振荡模式决定,将系统低频振荡模式的频率代入到两个子系统的幅频特性函数之积中,可以得到振荡叠加率,该值反映了系统扰动在闭环系统中增益值,具有明确的物理意义,当振荡叠加率小于1时,受扰系统趋于稳定。研究成果不仅丰富了水力过渡过程理论体系,对提高水电站运行稳定性也具有较好的工程应用价值。     

吐鲁番市地下水功能评价

吐鲁番地处内陆,干旱缺水,地下水是其经济发展和环境维持的重要支撑,为了合理开发和利用吐鲁番地下水,急需开展地下水功能评价。本文以吐鲁番地下水为研究对象,选取地下水开采潜力、生态敏感性、土壤盐渍化程度为评价因子,采用ARCGIS软件对各指标进行空间分析,运用层次分析法确定各指标权重值,对地下水的资源、生态和地质环境功能综合评价。结果表明,北盆地沿火焰山一带及南盆地艾丁湖乡、恰特克勒乡、迪坎乡一带,地下水可持续开发利用;北部天山山区、北盆地、托克逊县南部地下水的综合功能一般,可利用性一般,不宜再大规模开采;南部山区及库木塔格沙漠地下水功能弱,地下水不宜开采利用。     

河北省泥质河口纳潮冲淤加拖淤的试验研究

河北省沿海诸多河口建有挡潮闸，由于长期关闭闸门，受潮汐影响，闸下河道严重淤积，严重影响河道的防洪安全。寻找经济、合理、客观地解决河口淤积的有效措施，是一项非常重要和迫切的任务。在子牙新河河口原型观测资料的基础上，结合河北省河口的现状，分析了全潮、纳潮、冲淤加闸下拖淤等5项试验成果，提出了河北省泥质河口清淤的最佳有效方式。     

高海拔区特征环境驱动下混凝土坝服役性能研究进展

以青藏高原为代表的高海拔地区汇聚着中国一半以上的待开发水能资源，在国家推动实现碳达峰与碳中和目标的重大战略背景下，相关地区水利水电工程的劣化状态、运行性态、灾变模态日益受到关注。在系统梳理高海拔地区典型环境基础上，从研究方法、影响规律、主控致因、防控措施等方面介绍了低大气压力、强太阳辐射、低温、低湿度、大温度日较差等高海拔地区自然环境特征对混凝土坝服役性能影响的主要研究进展。针对现有研究在高海拔区混凝土坝工程健康诊断与灾变风险防控方面的不足，从复合特征环境工况下的大坝性态馈控、混凝土多尺度劣化规律、材料与结构长期性能演化、工程组合系统行为分析等视角给出了进一步探讨的命题。     

基于InVEST模型的赤水河流域生态系统服务功能评估研究

通过开展流域生态系统服务功能评估,分析生态系统服务功能时空动态演变趋势,能够快速识别流域整体健康水平和退化程度,为流域生态系统保护提供决策依据。本研究采用ArcGIS和Fragstats软件分析了赤水河流域1980—2015年6期土地利用的时空动态变化和景观格局特征,采用InVEST模型综合评估了赤水河流域的水源供给、土壤保持、碳存储和生境质量等生态系统服务功能,并分析了35年间流域生态系统服务功能的时空分异特征。研究结果表明:赤水河流域1980—2015年土地利用未发生显著变化,保持了相对天然的生态系统状况。流域产水量近年来略微增加,中下游是主要的产水区。流域整体土壤侵蚀状况为微度侵蚀,轻度侵蚀面积近年来略微增加。赤水河流域为碳源区,流域碳储量呈降低趋势。流域生境质量指数平均值约为0.78,生境质量整体呈改善趋势。研究可为赤水河流域的生态环境保护提供参考。     

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。     

基于模态分解和云粒子网络的大坝基岩地震动输入研究

在大坝抗震安全评价中基岩地震动输入多采用实测数据或人工生成等方式,而当坝址仪器损坏或历史震害资料不足时,确定基岩地震动就变得尤为困难。本文提出对大坝基岩地震动进行反演的研究思路,并开发了基于经验模态分解和云粒子网络的分解—训练—反演混合模型,在不依赖场地历史震害资料的情况下,仅用少量周边测站数据即可确定大坝的基岩地震动。首先,选取坝址周边地表及基岩的地震动实测记录,采用经验模态分解法将地震加速度序列分解;其次,通过粒子群算法建立与神经网络连接权值的映射,采用云理论优化粒子群算法的全局寻优能力,建立反演模型,将分解后的加速度序列作为训练集进行反演训练;然后,选取与大坝处于相似地质情况的地表实测地震动信息,结合反演模型对大坝基岩输入地震动进行反演;最后,以紫坪铺大坝为研究实例,通过对比传统输入方法,验证该模型的适用性。结果表明：本文所提的混合模型综合性能稳定,能较好地反演地震加速度序列,模型决定系数均大于0.9,平均绝对百分比误差均在11%左右;采用本文反演得到的基岩地震动进行计算,较已有研究成果计算误差降低0.79%~17.28%,与工程实际动力响应更为吻合。本文方法可为解决大坝基岩输入地震动的获取提供一条新途径。