抽蓄电站粘土心墙坝浸润线及坝坡稳定变化特性

基于孔隙介质饱和-非饱和渗流理论,将物理模型试验与数值模拟相结合,研究了库水位周期升降时,粘土心墙坝上游坝壳浸润线及坝坡稳定性的变化规律及其影响因素。结果表明,坝体内部的渗流场较库水位变化具有滞后性。上游坝壳渗透系数是影响浸润线位置和坝坡稳定性的主要因素,上游坝壳渗透系数小1个数量级,上游浸润线位置要高2.60~3.00m,约占浸润线变化幅度的30%。水位降落速率、上游坝坡坡度对浸润线位置变化影响较小。此外,上游坝坡的稳定性随着水库水位周期性变化而呈周期性变化。

基于1DCNN-LSTM尾矿坝浸润线预测

准确预测浸润线位置变化对尾矿坝的稳定性和安全性至关重要,为充分挖掘浸润线数据提供的空间特征和时序信息,提出将一维卷积神经网络(1DCNN)和长短期记忆神经网络(LSTM)相结合方法预测浸润线。以辽宁省齐大山风水沟尾矿库主坝为例,使用历史浸润线、库水位、坝体内外部位移、干滩长度5个主要因素作为模型输入数据,预测未来1 d和未来3 d的浸润线位置。将1DCNN-LSTM模型与经典的LSTM和反向传播神经网络(BP)进行对比研究。结果表明,1DCNN-LSTM浸润线预测的决定系数(R^(2))均在0.9以上,未来1 d的浸润线预测误差均值绝对值为0.004 m,最大误差绝对值为0.06 m,未来3 d的浸润线预测误差均值绝对值为0.003 m,最大误差绝对值为0.065 m,优于经典模型。这为短期浸润线预测提供一定的参考依据。

结合CNN-LSTM优化模型在尾矿坝浸润线预测中的应用

浸润线是尾矿库的生命线,准确地预测浸润线仍是目前较难解决的重要课题。为了能够有效地预测尾矿坝浸润线的演变态势,提出了一种适用于尾矿坝浸润线预测的高精度卷积神经网络-长短期记忆(Convolutional Neural Network-Long Short-Term Memory,CNN-LSTM)网络优化模型。以云南省某铜矿尾矿库为研究对象,运用CNN提取浸润线数据在高维空间的联系,并捕捉浸润线时序特性的空间关联特征,运用LSTM捕捉及解析其长期依赖关系的特点,优化CNN的卷积层层数与LSTM隐含层层数,选取最优组合,实现对浸润线变化趋势的精确预测。试验结果表明:与单一的CNN模型和LSTM模型相比,CNN-LSTM优化模型的收敛速度快,泛化能力强,且该模型的决定系数、平均绝对误差、均方误差、平均绝对百分比误差、均方根误差均达到了非常高的拟合优度及预测精度,显示了基于CNN-LSTM优化模型进行尾矿坝浸润线预测的优越性,为保障尾矿库长期安全运行提供依据。

湿式尾矿库浸润线解析解的修正研究

浸润线是影响尾矿库稳定的主要因素之一,精确预测浸润线位置对于预防尾矿库失稳有重要意义。针对现有文献提出的湿式尾矿库的解析解,采用柯钦娜理论式和法尔科维奇理论式对下游边界条件方程进行了修正,结合修正后的上下游边界条件,求解了修正后的尾矿库浸润线的解析解。利用有限元软件建立底坡为0.05、0.1以及初期坝内坡比为1∶2、1∶1.5、1∶1、1∶0.577(60°)、1∶0.5的工况模型,将文中解析解与数值解、文献解析解进行了比对。结果表明,提出的解析解精度更高,适用性更广。

基于SSA-LSTM的土石坝浸润线预测模型

浸润线的异常分布对土石坝的稳定性和安全性构成严重威胁。因此,准确预测浸润线成为土石坝安全监控的核心任务。然而,测压管监测数据存在非线性和非平稳性问题,这使得浸润线的预测模型容易出现过拟合,进而影响预测精度。为了解决这一问题,提出了一种基于SSA-LSTM模型的浸润线预测方法。该方法结合了麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)和长短期神经网络(long-short-term neural Network, LSTM),通过优化模型的初始学习率和正则化参数,使输入数据与网络结构更好地匹配,从而提高预测精度。通过决定系数(R^(2))、平均绝对误差(mean absolute error, MAE)和均方根误差(root mean square error, RMSE)三个定量评价指标对模型预测结果进行了评估。结果表明,与传统的LSTM等模型相比,SSA-LSTM模型的预测精度有了显著提高,为土石坝的浸润线预测提供了有价值的参考。

降低铀尾矿库浸润线的技术实践

尾矿库溃坝的主要原因有渗流破坏、坝坡失稳、地震液化和超高堆坝等,尾矿坝内浸润线过高可能产生渗流破坏,严重的将造成坝坡失稳、破坏甚至溃坝。降低坝体浸润线的常用方法存在施工难度大、人工维护成本高、设备维护管理复杂等问题,采用水平排渗方式在接近水平的排渗盲沟内装设水平滤管,以达到降低浸润线的目的。本工程采用在坝体内部打设水平孔,并在孔内安装渗水管形成水平排渗体,排渗管通过坝体外的集水总管形成排渗网;坝体内的水渗入排渗管,然后汇至集水总管,最终通过自流排至坝外。该法具有造价低、能耗小、便于管理等优点,是降低尾矿坝浸润线的切实可行的方法。

陡河水库坝体浸润线观测资料计算分析

通过对陡河水库坝体0+100、0+500、1+500 3个断面测压管水位数据、震前坝体浸润线数据和震后坝体浸润线数据的计算分析,库水位与管水位的滞后时间分析并得出结论,并针对测压管长期高于库水位的原因,进行坝体测压管水位运行异常的抽水试验,掌握坝体运行状况,发现工程隐患,进行安全评价,得出相应结论并提出合理化建议,为水库安全运行和坝体安全稳定提供科学依据。

板桥河水库混凝土防渗墙坝后浸润线分析

浸润线是大坝抗滑稳定计算的基础,浸润线高低影响大坝安全运行,水库运行过程中根据实测浸润线成果判断大坝安全性,确保水库的安全运行。以板桥河水库混凝土防渗墙坝后浸润线的实测资料为基础,从水库坝址区的地形地质条件、防渗体系、两岸坡的地下水和大坝坝体结构分区土料的性质等方面对板桥河水库大坝浸润线进行分析,判断大坝浸润线是否异常,对实测值与计算值进行对比,分析影响水库大坝浸润线因素,为大坝抗滑稳定计算提供依据。

库水位升降联合降雨作用下库岸边坡中的浸润线研究

库岸边坡中的地下水对其稳定性有重大影响,目前还没有统一的公式用来计算岸坡中的浸润线。为此,建立隔水底板呈缓倾角的均质岸坡模型,采用稳定渗流情况下的浸润线作为非稳定渗流的初始值,推导出库水位升降联合降雨作用下该模型中浸润线的近似解析解。利用Geo-Slope中的SEEP/W程序,对浸润线的近似解析解进行验证分析,结果表明,在不同库水位升降和降雨的组合条件下,由近似解析解确定的浸润线与数值模拟结果基本一致。对库水位升降联合降雨作用下赵树岭滑坡中的浸润线进行研究,利用实测浸润线验证了近似解析解的正确性,并预测了赵树岭滑坡在快速蓄水、快速蓄水+暴雨、快速泄水及快速泄水+暴雨4种工况下(库水位波动范围为145～175m)浸润线的变化情况。最后,从解析解的适用条件出发剖析了近似解析解误差产生的原因,为应用浸润线解析解解决实际问题提供依据。

降雨及库水升降作用下地下水浸润线简化求解

降雨及库水的升降作用对边坡中地下水位的波动有直接影响,对此目前还没有较好的简便评价方法。为此,根据布西涅斯克潜水非稳定运动的基本微分方程,依据一定假设条件,通过拉普拉斯正变换和逆变换,求得了降雨及库水升降作用下土质岸坡坡体内浸润线预测的简化公式。该公式考虑了渗透系数、升降速度、给水度、含水层厚度、水位变幅及降雨强度的影响。同时,利用3D-Modflow程序进行了验证分析,结果显示该公式是可行的。

库水位下降时渗透力及地下水浸润线的计算

研究表明,边坡中的地下水对坡体的稳定系数起着决定性的作用,然而在三峡库区滑坡的治理设计中,计算库水作用下坡体中的地下水位时,尚没有统一的方法,不同的单位根据以往的经验选用不同的方法,这些方法大都缺乏理论依据。为了完善库水下降情况下边坡的稳定性分析方法,根据包辛涅斯克(Boussinesq)非稳定渗流微分方程,通过拉普拉斯正变换和逆变换,得到了库水位下降时坡体内浸润线的简化计算公式,该公式考虑了渗透系数、下降速度、给水度、含水层厚度和下降高度的影响。以求得的浸润线为基础,用流网的流线与等势线垂直的性质来确定土条边界上的静水压力,证明了渗透力与土条中的水重和周边静水压力是一对平衡力,得到了条分法中渗透力的计算公式。算例分析表明,在库水下降过程中,存在一个对坡体稳定性最不利的水位,该水位在坡体总高度的下1/3～1/4位置。

三峡库区黄土坡滑坡浸润线动态变化规律研究

以三峡库区黄土坡滑坡为研究对象,结合滑坡体地下水位监测数据,分析库水涨落对滑坡地下水位的影响。建立了黄土坡滑坡渗流模拟的有限元计算模型,并确定了模型合理的水头边界条件。利用Geo-Studio软件的SEEP/W模块,对库水位涨落情况下滑坡暂态渗流场的变化进行模拟,并且分析浸润线的动态变化过程,确定了库水位涨落对滑坡前缘浸润线影响区在滑坡前缘300 m范围内,并对库水位上升和下降两种工况下滑体前缘浸润线位置进行了预测。最后,分析了库水位涨落下库岸滑坡浸润线变化对滑坡稳定性影响,为研究库水位涨落下库岸滑坡浸润线和滑坡稳定性提供了依据。

基于浸润线矩阵的尾矿坝稳定性分析

由于尾矿坝的渗流边界条件极为复杂,采用的二维简化理论分析法的计算结果有可能与实测浸润线的结果相差较大,急需一种能较为准确预测尾矿坝浸润线位置的简易算法。在深入剖析尾矿坝浸润线影响因素的基础上,建立了浸润线叠加影响函数,归纳出与尾矿坝坝体特征相关的阶段影响因子,提出反映阶段影响因子的浸润线矩阵。运用多项式回归分析浸润线观测数据,拟合得出浸润线观测孔水位与库水位的函数曲线,求得尾矿坝浸润线矩阵。

影响尾矿库渗流场的因素及降低浸润线的措施

采用有限元分析方法,定性分析了初期坝排渗能力、尾矿堆积坝干滩长度、坝内各层渗透系数之比以及尾矿堆积坝下游坡比等因素对坝体浸润线的影响程度以及降低浸润线的措施,从而为尾矿库的设计、施工、运营提供了重要的技术依据,对保证尾矿库的安全运行意义重大。

渗流计算中求解浸润线的自由面适应网格方法

渗流计算中的浸润线计算属于自由面求解问题,传统的求解自由面方法,多为改变网格去适应自由面在迭代过程中的变化。提出了自由面适应网格方法,该方法与传统方法相反,即在迭代求解过程中不改变网格而是让浸润线不断地去适应网格,采用网格映射的方法去确定浸润线,直至最后达到允许精度,得到要求的浸润线分布。结果表明,该方法具有计算简单,编程方便,精度较高等优点。采用本方法时,如果采用加密网格或者高阶映射的方法则可以进一步提高求解精度。

浸润线高度对垂直潜流湿地处理效果的影响研究

针对污染物浓度较高的猪场沼液,开展了不同浸润线高度下垂直潜流湿地处理效果的对比研究。试验结果表明:湿地浸润线可改变湿地填料层中的溶解氧分布和水力流态,从而造成了3种类型湿地系统对猪场沼液处理效果的差异;在不同水力负荷下,中浸润线垂直潜流湿地(VSSF-M)对猪场沼液中各项污染物的去除效果均好于低浸润线垂直潜流湿地(VSSF-L)和高浸润线垂直潜流湿地(VSSF-H);中浸润线垂直潜流湿地利用溶解氧梯度在填料层内实现了好氧区、缺氧区和厌氧区的共存,从而使硝化作用与反硝化作用在同一系统内完成,提高了系统的脱氮能力;中浸润线垂直潜流湿地系统还可适当增大系统的水力停留时间(HRT),并可优化水力流态,从而进一步改善湿地系统的净化效果。因此,结合处理效果和出水水质的稳定性,中浸润线垂直潜流湿地对浓度较高的猪场沼液具有较高的去除效率。

基于灰色算子的尾矿坝浸润线混沌研究

对于尾矿坝浸润线时间序列,通过建立一个灰色算子,来弱化坝体高度、库内水位等因素所带来的确定性影响,突出混沌特性,形成新的时间序列,对该序列进行相空间重构后,求取关联维。德兴铜矿2# 尾矿坝浸润线观测数据的分析结果表明,灰色算子能较好地处理混沌问题,浸润线时间序列存在着非整数维,是一个混沌系统;对于尾矿坝安全不能进行长期预测,而需要长期监测。

支持向量回归机在尾矿坝浸润线预测中的应用

本文提出一种基于支持向量回归机的浸润线高度预测方法,从大量尾矿库监测数据中选取有效样本,运用留一法对支持向量回归机参数进行优化选取,建立预测模型。结果表明:该方法能在小样本、高精度要求下对浸润线高度进行准确的预测。

露天矿坑岩质边坡浸润线及稳定性研究分析

浸润线是露天矿坑岩质边坡的生命线。针对山东三山岛露天矿坑尾矿库高陡岩质边坡非恒定渗流问题,依据同一条浸润线不同渗流截面的渗流量相等以及不同浸润线同一截面的渗流量差值为库水位的增量建立平衡方程,求解浸润线方程的解,运用Seep/W进行模拟,将理论计算结果与模拟值进行对比,验证浸润线方程的正确性;同时将浸润线方程应用到工程实际中,将库水位监测数据进行曲线拟合,与观测孔数据结合分析浸润线位置的变化,运用ABAQUS流固耦合模型对尾矿库边坡的塑性区和安全系数进行分析。研究结果表明:浸润线方程的解与模拟值最大误差为0.01%,满足实际要求;浸润线观测孔数据与理论计算数据基本吻合,误差最大为0.75m,进一步证明理论可靠性;尾矿库水位的上升增加了塑性区范围,安全系数与尾矿库水位变化曲线为"V"字形,库水位为100m时,安全系数最低为1.06,处于极限平衡状态,同时应将库水位设定在-45m以下,为后期库水位设计提供依据。

尾矿坝浸润线的坝面快速观测方法研究

在尾矿砂含水率和电阻率关系研究的基础上,提出了在坝体表面进行高密度电法测量的方法获得电阻率剖面。该方法通过室内实验,可判断浸润线位置,具有可需钻孔施工,机动灵活,工程量小,误差小,测点多,分辨率高等优点,通过实际工程应用,证明该方法能够快速准确地对尾矿坝浸润线实施观测。