基于机器学习模型的河道水位预测

结合已有机器学习模型——卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)的优点,构建了并联卷积循环神经网络(PCNN-GRU)模型,并将其用于赣江下游外洲站日尺度水位变化的预测。结果显示:相较于目前流行的长短时记忆(LSTM)模型、GRU模型以及卷积循环神经网络(CNN-GRU)模型,PCNN-GRU模型的均方根误差和平均绝对误差分别降低了18.39%、21.11%、15.48%和21.31%、18.64%、14.28%,纳什-萨特克里夫效率系数和准确率分别提高至0.999 2和88.12%,表明所建模型具有良好的预测性能,可用于河道水位预测。     

基于EDEM的混凝土板桩静压贯入过程三维颗粒流数值模拟

针对混凝土板桩在干粗砂地基中的静压贯入问题,为了明确贯入过程中的挤土效应及贯入阻力的发展规律,利用离散元数值模拟软件EDEM(Engineering Discrete Element Method)对干粗砂中混凝土板桩静压贯入过程进行了三维数值模拟。为此,提出了适用于类似试验的参数标定方法,分析了贯入过程中颗粒的运动特征。针对板桩结构的特点,对长边和短边方向的挤土效应进行了对比,并以短边为例,分析了不同高度处的挤土效应。最后,根据颗粒与桩结构的接触力,提取了桩端阻力和桩侧摩阻力的值,分析了两者在贯入过程中的变化规律。结果显示:在贯入过程中,颗粒的运动呈现"涡流状",并随贯入过程演化;板桩沿短边方向的表面隆起量约为沿长边方向的隆起量的2倍;随着长宽比的增加,板桩结构在短边方向和长边方向的隆起值相应增加,且短边方向的隆起值与长边方向的隆起值的比值与相应板桩的长宽比近似相等;随着贯入的进行,桩侧摩阻力所占的比重逐渐增加,在完全贯入后,侧摩阻力值约占桩端阻力的1/25;不同长宽比的板桩结构,其桩端阻力和桩侧摩阻力的单位值近似相等,并与准二维计算结果相近。     

基于Level-Set法的有限元非饱和渗流方法在黄壁庄水库中的应用

针对传统非饱和渗流分析方法中忽略气相作用而导致无法处理气相参与的含自由面渗流这一问题,建立了一种耦合Level-Set法的有限元非饱和渗流分析方法。该方法基于有限元非饱和渗流分析理论,利用Level-Set方法隐式地捕捉自由界面,考虑了入渗过程中的气相可压缩性,能够反映多孔介质中水气两相界面的运动与融合,可以用来求解常规方法无法处理的气相参与的含自由面渗流问题,同时具有自由面构造简单、计算稳定性好、收敛速度快等优点。本文将该方法应用于黄壁庄水库在库水位骤升后出现坝前水面冒泡现象的原因分析中,模拟了该水库坝前水-气两相运移过程,揭示了冒泡现象发生的原因。计算结果表明,此方法可简单、直观地描述水气界面在多孔介质中的运动过程,模拟结果与实际情况较为符合。研究表明,黄壁庄水库坝前水面出现冒泡现象是由水位骤升将铺盖内的空气封住,并随水体入渗压缩空气,出现憋气现象,最后气体释放所致。     

基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟

为了解决黏弹性人工边界在实际应用过程中前处理时间长、不易实现等不足之处,提出了基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟方法。利用单元矩阵等效原理,采用薄层单元构造了等效黏弹性边界单元,并通过在大型通用有限元软件MSC Marc中设置等效黏弹性边界单元的参数属性,实现了黏弹性人工边界的模拟。三维均匀弹性半空间算例和某混凝土重力坝工程实例结果表明:采用等效黏弹性边界单元得到的计算结果与理论解、基于黏弹性人工边界的计算值非常相近,相对误差不超过1%。因此,采用薄层单元的模拟的黏弹性人工边界具有足够的精度,且施加方便,这为实际工程进行抗震分析提供了简便且精确的方法。     

弧形短导航墙对船闸下游引航道内水流结构的影响

通过物理模型试验,结合理论分析,研究了在不同下游水深条件下,直导航墙长度L变化对船闸下游引航道保护长度的影响,并在此基础上研究了增设弧形短导航墙对水流结构的调整与影响。物理模型试验研究表明:直导航墙长度的增加有利于改善船闸引航道口门区的通航条件,但在达到一定长度之后,再增加直导航墙长度对引航道口门区水流结构的改善效果减弱;弧形短导航墙对改善下游引航道保护区域内水流结构有很好的效果,选用较小纵向参数a和较大横向参数b效果更好,但张角不宜过大。     

甬江感潮河流上下游码头群对河道行洪的联合影响

为分析甬江上下游码头群对河道行洪的联合影响,基于Delft3D数学模型开展了典型潮洪条件下甬江上下游不同码头群对河道水流特性的影响研究,结果表明:单段码头群位置距河口越远,或码头分布越密集,引起的水位壅高程度越大;在不同码头群共同产生壅水影响的区域,全河段码头群引起的河道洪水位变化比各码头群单独影响时增大,在不同码头群产生水位壅高和降低影响的河段,全河段码头群作用下水位影响部分相抵,但由于降低幅度小于壅高幅度,河道洪水位变化仍呈增大状态;码头群工程局部流速减少区域和外侧河道流速增加区域均呈带状分布,全河段码头群联合作用加剧了单段码头群引起的河道流速的变化且流速减小程度较流速增加程度大。     

内孤立波环境下柱体的受力特性

针对以往孤立波对柱体作用研究多只针对柱体的整体受力开展,少有研究精细获取柱体不同部位受力特性的问题,借助三维大涡模拟(LES)数值波浪水槽,通过提取柱周流场及压强分布,得到柱体所受压差阻力及黏滞力的垂向分布,对柱体在孤立波环境中的受力特性进行了分析,并采用多元线性回归分析,构造综合影响参数分析了柱体受力特性,构建了柱体受力系数经验表达式。结果表明:上下层水体中方柱所受压差阻力约分别为圆柱的1.5倍和3.5倍;作用于柱体上的黏滞力比压差阻力小1或2个数量级,可忽略流体的黏性效应;综合影响参数与相对波幅正相关,与上下水深比负相关。     

外秦淮河武定门闸上游减淤物理模型试验

针对南京市外秦淮河武定门闸上游近年来发生泥沙淤积严重的问题,建立了武定门闸河段物理模型,设定两种方案进行悬沙冲淤试验,分析偏转角为15°的导流墙工程对闸上游的减淤作用。结果表明:方案1(将闸门至上游60 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过2年8个月的水沙过程,整治段淤积量减少30.4%;方案2(将闸门至上游240 m开挖至设计断面),设置导流墙后,经过1个典型水文年,整治段淤积量减少50.8%,经过2个典型水文年,淤积量减少44.0%,减淤幅度下降,河床趋于形成新的冲淤平衡,断面地形也趋向于均匀分布;设置偏转角为15°的导流墙对武定门闸上游河道有显著的减淤作用,有助于提高河道的过流能力。     

基于集对分析联系数的合肥市水资源承载力评价

为科学指导合肥市水资源综合规划与管理,在综合分析水资源承载力与水资源-社会经济-生态环境系统相互关系的基础上,从支撑力、压力、调控力子系统选取13项指标,建立合肥市水资源承载力评价指标体系,运用集对分析联系数评价模型对合肥市2011-2016年水资源承载力进行综合评价。结果表明:合肥市2011-2015年水资源承载力评价等级为3级,2016年为2级,整体形势严峻,承载能力较差,但已有所改善,发展趋势良好;运用减法集对势理论,确定指标人均水资源量、产水模数、植被覆盖率、人口密度、水资源开发利用率、生态用水率是导致合肥市水资源承载力不足的主要因素。     

Probabilistic analysis of random contact force between geomembrane and granular material

A probabilistic method based on principle of maximum entropy was employed to analyze the randomness of contact force between geomembrane and granular material. The contact force distribution is exponential according to the proposed method and the grain size is the most important factor that affects the distribution of contact force. The proposed method is then verified by a series of laboratory experiments using glass beads and cobbles as granular material and a very thin pressure, indicating that film is firstly used in these experiments which give a reliable method to measure the contact force at each contact point.