Surge is a common secondary disaster caused by reservoir landslides. The study of its spatial and temporal distribution characteristics is important since it affects not only the normal operation of reservoirs but also the safety of people residing along the river. This paper presents a large-scale three-dimensional physical modeling experiment using a near-dam high-position landslide project as a prototype. It investigated the relationships between the river course characteristics, the landslide volume, the head wave velocity of the landslide surge, the waveform of surges, and the head wave crest of the wave along the course in depth. The results indicate that the head wave velocity of the landslide surge is basically unchanged during the propagation process, and it is minimally affected by the landslide volume. The waveform distribution characteristics and head wave crests change considerably in the diversion area and the curved areas but remain mostly unchanged in the topographic similarity area. In addition, there is a negative correlation between the head wave crest and the cross-sectional area of the river course. Furthermore, under conditions of a large landslide volume, the influence of the cross-sectional area of the river channel on the wave height of landslide surges becomes more significant. Finally, the maximum wave height along the course may not necessarily occur in the head wave crest; it could occur in the second wave or even the subsequent ones.
坝体应力应变监测是坝体蓄水期重要的监测项目,但其埋设的过程中经常存在监测数据缺失等问题,因此开展基于坝体实测数据,建立拱坝-地基有限元模型,对数据进行数据插补,并利用QH3D进行可视化研究.同时利用三维有限元模型计算了西南某特高拱坝的坝体应力应变分布.结果表明:利用坝基压应力计与转换后的应变计结果进行对比验证,在坝踵、坝轴、坝趾二者应力在蓄水前应力相差 0.02、0.78、0.09 MPa,在蓄水后二者相差 0.14、0.26、0.07 MPa,在坝踵和坝趾处拟合较好;随着上游水位逐渐抬升,拱坝坝踵处应力逐渐减小,坝趾处应力逐渐增大,在上游面水压作用下,应力基本在 2MPa以内,安全裕度较大.
混凝土的层间结合情况影响结构整体的剪切性能,因此,需要重点研究混凝土层面的抵抗剪切变形的能力.在采用颗粒流离散元软件模拟整浇混凝土直剪试验的基础上,通过生成随机椭球表示层间缺陷,并将细观缺陷作为弱夹杂考虑到离散元接触模型中,模拟层面直接剪切试验的非线性行为.试验结果表明:正压力越大,试件竖直方向的剪胀越小,而层面破坏时接触的拉裂纹数比例有所增高;非整体浇筑引入的层间缺陷削弱了层面的抗剪强度;层面剪切强度的黏聚力比摩擦系数受层面缺陷的影响更加敏感.本文的研究结果为混凝土层面剪切性能的离散元数值模拟和破坏过程研究提供了参考.
在物料运输量大、强度高且空间资源有限的土木水利工程中,道路交叉口作为承接工程物料运输的基础与核心要素,对物料的运输效率及安全影响重大.为模拟复杂道路交叉口的通行状态,提升交叉口的运输安全与效率,本文构建了一种通用且直观的道路交叉口仿真模型,并通过工程实例进行了模型验证.首先,在分析交叉口通行状况的基础上,构建交叉口通行时间计算模型;其次,模拟真实施工现场,在有无信号灯的情况下分别构建了基于 EZStrobe 的交叉口仿真模型,仿真计算并输出道路交叉口物料运输效率与成本;最后,以水利工程双向四路交叉口为例,通过改变车流量及信号灯的设置,对不同交通运输方案进行仿真计算并将结果进行对比分析.结果表明,模型仿真结果符合道路交叉口的存在降低了运输效率的现象以及提高了运输成本的客观问题,验证了模型的可行性;此外设置合理的交通信号灯时长以及车流量有利于提高交叉口通行效率,表明本文建立的仿真模型可以有效评价运输效率并估算运输费用,为道路交通运输系统中的交叉口组织选择提供了一定参考.
崩岗是发生在中国南方花岗岩区最严重的土壤侵蚀类型之一,尽管其所占水土流失面积不大,但具有侵蚀量大、爆发性强、发展速度快等特点,因此开展科学的崩岗空间预测性评价尤为重要.以赣南兴国县花岗岩风化区为案例,分别从地形、气象、土壤和植被等方面选取 10 个环境因子,利用地理探测器评估因子对崩岗发育的贡献率,并采用随机森林模型用于开展易发性评价.结果表明:兴国县崩岗易发性评价指标贡献依次为年均降雨侵蚀力、平均降雨量、植被覆盖度、坡度、砂含量、黏土含量、平面曲率、坡向、地形湿度指数、剖面曲率.随机森林模型取得良好预测性能,AUC值为 0.8644,极高易发区到极低易发区的SCAI(0.45<0.83<1.39<2.19<8.23)值不断增大.所开发的地理探测器-随机森林崩岗易发性评价模型具有良好的稳健性,可移植于崩岗区并提供技术参考.
为探究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)梁抗开裂性能,通过 4 点弯曲试验研究了不同纤维类型、掺量及配筋率对梁受弯抗开裂性能的影响.基于试验结果,结合理论分析及数值模拟,对比了不同开裂弯矩计算方法结果,并探究了多种 UHPC 受拉本构对开裂荷载计算值的影响.分析了不同方法所得结果的差异及原因,提出了一种超高性能混凝土梁开裂弯矩计算方法.结果表明:UHPC抗拉强度是影响梁开裂弯矩的最直接因素,提高梁配筋率、增大纤维掺量、改变纤维形状有利于提高梁的抗开裂性能,但作用有限;截面平衡法、等效截面法计算结果偏大,美国FHWA规范的计算结果与试验值较为吻合,但相关性不好;收集相关文献数据验证表明,本文方法能准确预测超高性能混凝土梁开裂弯矩.
磷石膏基超硫酸盐水泥(PSSC)水化时存在体积胀缩行为,这种行为对工程建筑的稳定性是否产生不利影响尚不明确,因此明晰该行为的产生机制至关重要.为探究 PSSC 的胀缩机制,开展了"恒体积法"膨胀力、体积胀缩量、水化热、X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)试验,研究水化热、失水率、各水化产物的含量、水化物的晶体形态对体积胀缩的影响;通过汞孔隙法(MIP)进一步揭示胀缩行为对结构孔隙的影响.结果表明:水化前期,水化温度急剧上升,水化产物中钙矾石呈放射状生长,引起PSSC迅速膨胀;水化中期,PSSC 的膨胀速率随着钙矾石生成速率的减缓而降低;水化后期,PSSC体系的持续失水导致其体积略有回缩.MIP结果进一步证明,胀缩行为使得孔隙结构更加密实.
三峡肽素是草酸青霉(Penicillum oxalicum)发酵液中的一种线性五肽,对柑橘类水果的采后致腐菌有强烈的抑制作用,是一种潜在的水果保鲜剂.实验室主要通过发酵液醇沉淀、旋蒸浓缩、液相制备等方法进行小规模分离.为了提高三峡肽素的大规模分离能力,利用 732 强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D201 大孔强碱性阴离子交换树脂对其进行了分离,探索了分离条件,优化了工艺参数,并分析了分离收率.结果表明:离子交换法可有效分离三峡肽素,阳离子交换树脂的最佳上样pH 值为 3.2,洗脱pH 值为 9,洗脱盐氯化钠的浓度为 0.5 mol/L,收率可达 88.42%,且色素和残糖含量较低.阴离子型树脂的收率略高,可达 92.92%,其最佳分离条件为上样 pH 值为 10,洗脱pH 值为 4,洗脱盐浓度为 0.1 mol/L,但是去色素和残糖的能力及脱盐效率要弱于阳离子型树脂.
利用Procast软件模拟计算对Fe-Cr-Ni-Al合金的温度场和冷却速率进行分析,通过实验研究各冷却速率对铸态组织、枝晶间距以及显微硬度的影响.结果表明:采用阶梯状铸件能够较好地拟合Fe-Cr-Ni-Al合金铸件的温度场分布以及冷却速率的变化情况.随着冷却速率的增加,奥氏体相占比减小,铁素体相占比增大,过冷度增加使合金组织一次枝晶间距减小,组织中存在σ相,铁素体相区与奥氏体相区显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势.
裂隙是影响膨胀土工程建设的决定性因素,研究膨胀土裂隙扩展规律有利于揭示膨胀土边坡失稳机理.目前的研究中仅关注了单一因素对膨胀土裂隙扩展的影响,而忽略了多种因素耦合作用下的作用机理.基于研制的可控制环境温、湿度的裂隙扩展试验系统,开展了 16 组不同环境湿度、温度及土样厚度下的裂隙扩展正交试验,系统测量了随时间变化的水分蒸发过程和裂隙动态发育过程,得出了膨胀土试样含水率变化特征及裂隙扩展规律.并基于多因素方差和极差分析方法,得出以下结论:水分蒸发对膨胀土裂隙扩展起决定性作用,水分蒸发速率变化过程包含稳定阶段、减速率阶段和残余阶段;不同因素影响下膨胀土裂隙扩展过程有统一的规律,不同条件下面积裂隙率随时间变化过程均符合 logistic 规律;裂隙总长度、裂隙平均宽度、面积裂隙率和体积裂隙率受土样厚度影响最大,受环境湿度影响次之;稳定阶段蒸发速率受环境湿度影响最大.
针对剩余使用寿命预测(RUL)领域中深度神经网络模型参数选择困难、预测精度难以提升的问题,提出了一种基于麻雀搜索算法优化的改进时间卷积神经网络(TCN)的 RUL预测模型.该方法首先采用前向填充滑动采样进行样本时间步的添加,然后使用层规范化对 TCN 中的残差块结构进行改进,最后在C-MAPSS数据集上进行验证.结果表明,在均方根误差(RMSE)和得分函数(SF)两个指标中,相比于采用批规范化和权重规范化的 TCN,改进的 TCN 使其平均降低了29.56%和 70.13%;前向填充滑动采样能取更长的时间步,其两项指标比直接滑动采样的两项指标分别下降了 8.34%和 20.96%;提出的方法在涡扇发动机的 4 个子数据集上的这两项指标,比本文其他方法的两项指标分别平均降低了 20.89%和 65.62%.
为研究粉煤灰混凝土在超临界碳化前后界面过渡区(interfacial transition zone,ITZ)微结构的演变规律,采用扫描电镜对碳化前后ITZ附近的微观形貌进行了分析,同时构建了 ITZ 和水泥砂浆的孔隙率与压痕模量的关系模型.通过纳米压痕试验测得 ITZ 和水泥砂浆的压痕模量,并通过压汞试验测得水泥砂浆的孔隙率,推导出了ITZ的孔隙率.研究结果表明:经过超临界碳化处理后,粉煤灰混凝土界面过渡区变得更加密实.此外,超临界碳化前 ITZ 孔隙率范围为 20%～35%,碳化后ITZ孔隙率范围为 10%～26%,相比前者减少了 25%～50%.
针对大坝健康综合诊断中普遍存在的信息以及诊断结果不确定性表征的复杂性等问题,从云模型的包络特性出发,通过分别计算两云模型的内外包络曲线的重叠面积占比为基准进行改进,取其均值作为云相似度的量度,提出基于包络曲线的云相似度算法(OECCM).该算法克服了一般云相似度算法的复杂程度高、区分度低、计算结果不稳定等问题,考虑了云模型特性和综合评价区间约束等问题,具有良好的敏感性、有效性、合理性,以及结果的区分性,可对大坝综合健康诊断提供有效技术支持.
为研究特高面板堆石坝运行期面板挤压破坏发生机理和特征,结合金沙江拉哇特高面板堆石坝工程,采用河海大学统一广义塑性模型,在考虑堆石料流变过程遗传效应下,对坝体进行三维有限元计算.认为堆石体流变和波动水荷载影响下面板接触效应是发生挤压破坏的本质原因.基于有限元分析结果,建立面板-缝子模型结构进行精细化分析,通过整体网格与面板-缝子模型共享节点位移场的回归拟合,对子模型二次建模计算.计算结果表明:处于河床处的面板接缝处表面部位,在坝高上部约 1/3 处容易发生应力集中,最终导致面板混凝土发生挤压破坏.
重力坝的抗滑稳定是重力坝工程能够安全运行的关键,其抗滑稳定的可靠度研究是当前水利工程领域的重要研究课题.为了解决采用蒙特卡罗法求解可靠指标时计算效率低、采用响应面法时求解精度不高问题,本文提出一种基于有限元的改进一次二阶矩法进行重力坝抗滑稳定可靠度计算.首先,将坝基岩体抗剪断强度参数视为随机变量,定义功能函数为抗滑稳定极限平衡状态下阻滑力与滑动力的差值,在极限平衡状态条件下推导了功能函数中随机变量的偏导数;然后考虑地震荷载作用的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法计算抗滑稳定静动力可靠指标并将此方法应用于某重力坝工程的抗滑稳定分析中.研究结果表明,该方法在保证计算精度的情况下具有更高的求解效率和收敛速度,故可为类似工程的抗滑稳定静动力可靠度分析提供方法借鉴.
钢箱梁内部场景复杂,疲劳裂纹图像识别容易受到背景干扰.针对传统图像处理方法的识别局限性,提出了一种基于改进边缘检测算法的疲劳裂纹识别与量化方法.首先,通过边缘检测算法识别出裂纹特征点,并通过形态学处理提取出裂纹骨架线.其次,采用单目视觉方法进行裂纹的特征量化.通过张氏标定法,建立了相机成像模型,从而将裂纹特征点由像素坐标映射至空间坐标.最终,开展了疲劳裂纹识别与量化试验,将改进边缘检测算法与传统图像处理方法进行比较,并评估裂纹特征量化精度.研究结果表明:改进边缘检测算法通过引入双边滤波函数,可以在抑制焊缝噪声干扰的同时保留裂纹边缘特征,相比于传统边缘检测和自适应阈值分割算法,更适用于钢箱梁识别场景.在试验条件下,疲劳裂纹长度测量误差控制在 5%以内.
为了掌握山区峡谷风袭击下输电线路绝缘子串风偏特性,提出了一种山区输电线路峡谷风场模拟方法.首先以峡谷风变化规律和信息为目标,基于 Davenport 风功率谱,通过待定系数法修正风功率谱,采用谐波叠加法构建了山区输电线路峡谷风场,分析了模拟风场与峡谷实测风场的相关性;然后建立山区输电塔线体系有限元模型,研究了峡谷风袭击下绝缘子串风偏特性,分析了降雨条件和风攻角对绝缘子动态风偏的影响,探索了峡谷风增大效应,给出了峡谷风袭击下的绝缘子串风偏角计算公式.结果表明:通过待定系数法修正 Davenport 风功率谱,可实现山区输电线路峡谷风场模拟;峡谷风袭击下的绝缘子串动态风偏角呈现上下波动趋势,且服从正态分布.降雨强度和风攻角越大,绝缘子串的风偏越大.建议峡谷风作用的绝缘子串采用修正的刚体直杆法计算.计算峡谷风袭击下绝缘子串的风偏角时,建议考虑峡谷风动力增大效应.
堆积层滑坡在降雨作用下,累积位移曲线呈现不规则的"阶跃"状.针对此类型滑坡,将滑坡所处的地质条件与滑坡的变形特征相结合,进而建立合理的预警模型,是提高滑坡预警精度的必要手段.本文以王家坡滑坡为典型研究案例,在分析降雨、滑坡位移以及位移速率等监测资料的基础上,确定王家坡滑坡的位移回落时间、降雨阈值.考虑滑坡变形对降雨的响应机制,将实际降雨工况分为当期降雨和前期降雨+当期降雨两种类型,通过数值模拟分析降雨条件下王家坡滑坡的稳定性,对传统的经验性降雨阈值进行改进,针对当期降雨,建立降雨诱发滑坡失稳滑动的I-D 阈值曲线,针对前期降雨+当期降雨,建立滑坡破坏的A-I-D 阈值曲面.最后,基于改进的I-D 阈值曲线和A-I-D 阈值曲面建立了王家坡滑坡 4 级预警模型.
保证薄拱坝水平拱圈在地震作用下的稳定性是拱坝设计的前提.针对抛物线形水平拱圈,利用总势能不变值原理建立了水平拱圈扁拱模型的非线性振动方程;基于突变理论分析了扁拱的响应在特定条件下具有非线性突变特征,给出水平拱圈动力稳定的条件;通过与他人的实验和数值分析结果的对比分析,得出了水平拱圈不发生动力失稳破坏的"动力稳定裕度"限值为 5.54,小于该限值即发生失稳破坏.本文提出的"动力稳定裕度"限值与他人对拱坝的地震分析结果吻合较好,因此该动力稳定裕度限值可为拱坝的抗震评估及初步设计提供有益的参考.
以宜昌市 12 个不同营养状态(轻、中、重富营养)的小面积浅水湿地为研究对象,在 2022 年3、7、10、12 月对水体溶存甲烷(CH4)浓度以及水环境因子进行监测,探讨不同营养沉积下浅水湿地溶存CH4 浓度和扩散通量的差异性及影响因素.结果表明:不同营养状态下浅水湿地 CH4 浓度表现出明显的季节变化差异,轻营养状态下溶存CH4 浓度季节变化为 0.13～2.17μmol·L-1,秋季为溶存CH4 浓度最高值冬季为最低值;中营养为 0.38～2.52μmol·L-1,夏季浓度最高春季最低;重营养夏季值最大冬季值最小,变化范围为 0.52～5.96μmol·L-1;CH4 浓度及其扩散通量均随营养状态的增加而增加,总磷浓度是控制轻营养湿地 CH4 释放的主要因素,随着营养状态的提高CH4 浓度主要受水体总氮状态、水深以及温度变化的影响.
