跨河道大桥防洪影响数学模型的研究与应用

采用集中质量的有限元方法建立数学模型,对天津至保定新建铁路特大桥梁工程对西河河道的防洪影响进行了模拟。在模型中提出了采用单元扣除法来对桥墩进行模化处理。为考察斜跨桥梁桥墩形状和布设方位对水流的阻碍作用和桥墩的局部冲刷深度,在桥墩附近进行加密模型计算。将此模型应用于西河特大桥防洪影响计算,通过分析可知该模型计算结果基本合理,为处理铁路桥及公路桥跨越河道的问题提供一个可行的解决途径。     

耦合质量要素的高心墙堆石坝施工 仿真理论与应用

文中提出了耦合质量要素的高心墙堆石坝施工仿真理论,通过建立大坝施工过程的精细化仿真模型,将施工质量标准作为仿真过程限制条件,能够模拟出坝体每个填筑单元的施工质量水平,只有当前填筑单元的施工质量水平达到控制标准时才能进行下一单元的仿真,从而得到整个坝体的施工进度仿真结果,实现对施工进度较精确的预测。研究成果已应用于某水电工程中,为大坝的现场施工管理与控制提供了理论指导和技术支持。     

高坝泄流诱发坝区及场地振动的振源分析研究

以某水电站泄洪诱发坝区及周边场地振动为背景,采用了水力学模型试验、数值模拟计算与水弹性模型试验相结合的技术路线,建立了有限元模型。根据不同荷载振源对模型分别加载计算,依据能量准则判别不同振源对坝区振动的贡献比例,同时建立水弹性模型,测得不同工况下的加速度响应值与模型计算结果进行对比分析。结果表明,孔口处高低坎脉动荷载是诱发坝体地基以及场地振动的首要振源,导墙和底板荷载是第二主振源,通过调节泄流方式和加固底板导墙可以从振动源头上进行控制。     

海上风电场复合桩基础体型优化及承载力特性研究

基于弹性地基反力法,推导出复合桩基础水平承载力理论计算公式,并以承载力和结构强度满足设计要求为约束条件,根据SQP优化理论对基础进行体型优化。采用三维有限元分析的方法,系统地研究了复合桩基础水平承载力特性,分析了基础桩侧土体抗力的分布形式。研究结果可为复合桩基础的结构设计以及实际运行过程中安全性和稳定性的控制提供了参考依据。     

东庄水利枢纽表孔宽尾墩水力特性研究

为了验证东庄水利枢纽表孔宽尾墩初设方案的泄洪消能特性,在水工模型试验的基础上,采用三维水流的RNG k-ε紊流双方程数值模型、自由面的VOF处理法来模拟表孔宽尾墩水流特性。根据东庄水利枢纽的初设方案,计算了宽尾墩的泄流能力、流道内的水面线以及水舌的纵向扩散长度和水垫塘的时均冲击压力,并将相应的试验值与计算值相结合进行了对比分析,发现两者吻合度较高。对比结果表明:2#表孔出口俯角偏小,在高水位时泄流能力受到宽尾墩的影响低于设计值,各工况下ΔPmax均小于15×9.81 k Pa的防护标准,初设方案收缩比偏大、墩尾折角偏小,水舌纵向扩散效果不明显,无法实现表深孔无碰撞消能的效果。     

基于啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)的混凝土磨蚀监测方法

提出了一种基于啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)的混凝土磨蚀监测方法,其基本工作原理在于光纤光栅长度会随着混凝土磨蚀的发生而同步变短,从而引起光栅反射光谱带宽变窄,继而利用光纤光栅的相关理论计算得到混凝土磨蚀深度。同时,还描述了一种计算混凝土磨蚀深度的简单算法,并通过对比试验验证传感器测试的精度。试验结果表明:对于单点的磨蚀深度测量结果,该方法的测量精度可达到亚毫米级别,可应用于水工建筑物表面磨蚀状态的实时监测。     

船坞虹吸双廊道消能特性及其体型优化研究

结合某修船坞虹吸双灌水廊道模型试验,建立了其水力特性的三维数值计算模型,使用驼峰压强和灌水流量的试验值验证了数值模型的可靠性。通过分析消能段湍流动能和耗散率发现,消能立柱作用并不明显,水流动能的消散主要靠隔墙立柱后方的水流摩擦和与壁面碰撞。对比设计方案和修改方案的消能段前部流场发现,取消导墙可以改善流态。无导墙的三个修改方案中,灌水流量均有较大提升,取消隔墙立柱后,隔墙上方过流面积增大,降低了水流的掺混程度。综合方案比选,选择对廊道体型改变较少的方案二作为最优方案。     

基于事故树—层次分析法相耦合的山洪灾害防御系统评价分析

为更好地防御山洪灾害,提高防御系统预警防范水平,采用事故树和层次分析法相耦合的方法,在进行了大量洪水调查分析基础上,确定了山洪灾害的影响因素。依据结构重要度和专家打分法确定了层次分析法的各权重,对山洪灾害防御系统评分,进行综合评价。得出结论如下:(1)事故树—层次法相耦合分析进行山洪灾害防御系统综合评价是行之有效的方法,可以相互弥补不足;(2)以乐清市山洪灾害防御系统为例,分析出各指标值和不足之处,评价结果为69.554,属于一般,接近于较好。防灾部门要合理规划沿河村落居民房屋选址,避免聚集在山洪危险区内,并与防御工程设施相协调,维修防洪标准较低的工程或兴建新的防洪工程,为进一步完善防御系统、减轻山洪灾害。     

基于PCA-RBF神经网络模型的城市用水量预测

针对城市用水量影响因素众多、关联性较强以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部极小值等问题,采用组合主成分分析(PCA)与RBF神经网络的方法预测城市用水量。利用主成分分析对用水量影响因素进行降维,消除多重共线性,选取能够替代原用水量影响因素的前三个主成分作为输入因子,选用学习和收敛速度快、模式识别能力强的RBF神经网络进行预测。研究结果表明,该模型的相对误差平均值在训练和预测阶段均最小,分别为0.165 4%和0.677 5%,学习和预测能力均优于RBF和BP神经网络模型,提高了收敛速度和预测精度;主成分数量从3个增加到5个,信息量累积贡献率从93.09%增加到98.37%,平均相对误差从0.250 7%降至0.206 0%,预测精度略有提高。对2015—2020年枣庄市用水量进行预测,总用水量先有小幅上升,后又下降,呈现"倒U型"增长。该模型对城市区域水资源规划具有参考价值。     

基于卫星遥感技术的赣江尾闾河势演变分析

赣江尾闾地区是包括南昌市在内的江西省经济发展的核心区域,赣江作为江西省内第一大河,其尾闾地区河势变化对其周边地区的经济、防洪、环境等有着巨大的影响。运用卫星遥感技术,对1991—2010年赣江尾闾地区赣江的河道进行了河势演变的研究分析,得出了以下结论:(1)研究区域水域面积1991年约为121 km~2、2001年约为111 km~2、2010年约为132 km~2,经历了先减小后增加的变化过程。(2)历年来尾闾地区的变化主要集中在赣江主干、西支、北支,主干变化最为显著,而南支相对最为稳定。(3)主干的变化主要表现为河道扩张、江心洲面积大幅减小或者消失,其中在南昌市附近河道变化最为明显。推测这些变化主要是由人为影响包括有关工程建设、河砂开采等引起。(4)西支变化较为复杂,其上游段主要表现为河道展宽、水域面积变大,而下游段河道有所束窄;北支历年来均表现为河道束窄、江心洲面积明显增大;中支有所变化,但并不明显。