上软下硬黏土中四筒基础抗倾覆承载特性研究

随着海上风电向深远海发展,四筒基础发展潜力巨大。中国大多数海域存在较厚的上覆软土层,对基础抗倾覆承载能力有着重大影响。采用有限元软件ABAQUS建立上软下硬分层黏土模型,对四筒基础在单向水平荷载和弯矩荷载作用下的承载力特性进行研究。研究结果表明:四筒基础在水平、弯矩荷载作用下主要运动模式为转动,对边加载时,转动轴靠近受压筒且随着软土层厚度增加不断靠近四筒基础平面中心,但变化幅度较小;水平和弯矩极限承载力对于不同的筒间距和长径比具有相同的变化趋势,当软土层厚度h/筒高L≤3/4时,水平和弯矩承载力随着软土层厚度的增加近似线性降低,当h/L>3/4后,承载力降低速率明显减小。

基于计算机视觉的海上漂浮式光伏浮岛运动响应监测研究

近年来国内外建成了多个海上漂浮式光伏电站实证项目,但相关结构的破坏事故屡屡发生.动位移作为反映结构运行状态和系统性能的重要指标,对其进行有效监测具有重要意义.为了克服传统监测手段在海上环境中的局限性,提出了基于计算机视觉的浮岛运动位移监测方法.该方法采用长焦摄像设备进行视频采集,利用自然标志物进行目标追踪,运用尺度因子法进行位移计算,并根据工程特点提出了一种基于三次样条曲线插值的亚像素级位移计算方法.为了对该方法的准确性和实用性进行检验,设计实施了简单标定试验、漂浮式光伏浮岛水力学模型试验和天津某海域实际光伏浮岛原型监测试验,并进行了详细的误差分析.结果表明:基于三次样条曲线插值的亚像素级位移计算方法在精度和计算速度上都比高斯曲面拟合等方法更具优势,可以更好地缓解整像素模板匹配方法随拍摄距离增大而导致的误差显著增长问题;当拍摄距离大于等于100倍的物距变化时,可以基本消除浮岛沿光轴方向运动对成像平面内位移的影响;所提方法在试验室内20 m拍摄距离下的归一化均方根误差为1.78%,具有较好的精度;原型监测得到的竖向运动位移的双幅值与波浪高度相近,归一化相关匹配系数矩阵的峰值十分明显,亚像素计算拟合效果较好.综合分析认为,监测结果合理有效,所提方法在海上漂浮式光伏浮岛运动响应监测方面具有较好的应用价值.

海上光伏外围防护-固定式透空堤结构型式研究进展

固定式透空堤能改善海上漂浮式光伏发电系统的深海运维环境。依据不同的消浪原理和构造将固定式透空堤分为排桩透空堤、桩基透空堤、沉箱透空堤、桩基沉箱透空堤、横板透空堤和组合透空堤6种型式,针对固定式透空堤的研究和发展进行文献综述,回顾和讨论不同结构型式研究方法、结构特点、消浪性能和实际工程应用等方面的内容,总结了当前研究存在的不足并展望了未来发展方向。

海上风电五连筒导管架基础及筒顶节点受力分析

以广东某深远海域大容量风电机组五连筒导管架基础为研究对象,采用有限元软件对五连筒基础在倾斜率、极限承载力和屈曲特性等方面开展深入研究,并对筒顶处导管架与基础连接节点进行多参数敏感性分析,从而得到受力及承载最优的结构体型。研究结果表明:满足相同容量机组荷载运行要求的前提下,五连筒基础与单筒基础结构相比,前者在倾斜率、承载力及抗屈曲特性上优势明显;随着筒顶节点的外移,筒型基础边筒竖向变形逐渐增大,中筒则相反;当筒顶节点靠近中筒时,主要由中筒受力,应力最大部位主要集中在边筒和中筒筒裙底部连接处;当筒顶节点向外偏移时,受力部位由中筒转移到边筒,且应力最大部位转移到沿加载方向的边筒筒裙顶部;基础的极限承载力均随导管架根部开度增加呈线性趋势增长,在水平及弯矩荷载分别作用下,旋转中心附近的被动土压力受筒顶节点位置影响较大,筒顶节点越往外偏移,被动土压力越小;旋转中心以下的主动土压力受筒顶节点位置影响同样较大,筒顶节点越往外偏移,主动土压力越大。

基于改进模糊故障树法的梯级水电站联合运行期风险分析

以我国某大型梯级水电站为例,基于文献分析法识别其联合运行期的风险源,建立风险指标体系,对传统的模糊故障树法进行改进,在其量化风险概率的基础上,利用层次分析法确定基本事件重要性权重,二者相结合对梯级水电站联合运行期进行风险分析,计算出梯级水电站联合运行期的风险发生概率。结果表明,梯级水电站联合运行期的风险发生概率为4.22×10^(-3),根据《水电站大坝运行安全评价导则》综合判定,风险等级较高,应合理制定相应措施加强风险防范,降低风险损失。研究结果为制定梯级水电站风险防控措施以及进行风险管理提供了基础和支持。

组合三棱柱振子流致振动运动特性分析

以流致振动能量转换系统(flow induced motion energy conversion system,FIMECS)为基础,以截面形式和刚度为变量针对组合三棱柱振子进行试验,评估振幅、频率等指标。试验选取了组合三棱柱振子进行了模型试验,通过改变截面排布形式以及系统刚度来研究截面布局、刚度对组合三棱柱振子的影响。该研究旨在探究组合振子流致振动的最佳振动条件,为后续多振子流致振动研究扩展思路。试验结果表明:三种不同排布形式的组合振子,在不同刚度工况下都有较好的振动效果,Ⅰ型和Ⅲ型振子振动随流速变化表现为典型的涡激振动,Ⅰ型排布振子具有最好的振动表现。

协方差驱动随机子空间辨识的参数敏感性分析

协方差驱动随机子空间辨识(Covariance-driven Stochastic Subspace Identification,SSI-cov)是近年来发展较为成熟的工作模态分析方法。针对其识别精度和效率对参数设置具有较高敏感性的问题,基于敏感性分析方法,利用奇异熵增量跳跃点明显程度、频率平均识别误差、阻尼比总变异系数、振型平均模态置信因子、运行时间5种评价指标以及稳定图,通过一经典五自由度层模型仿真算例,研究Toeplitz矩阵行块数、采样频率、数据长度对SSI-cov识别结果的影响规律。并给出既能满足精度要求又可控制程序运行时间的参数建议取值范围。最后,通过一缩尺三层框架模型在白噪声激励下实测数据对提出的根据SSI-cov改进参数设置进行验证,结果表明提出的各参数建议取值范围均较为合理。

复合加载下海上风电四筒基础地基承载力特性研究

以福建某海上风电场四筒导管架基础为研究对象,通过数值模拟方法建立四筒基础-地基整体模型,研究四筒基础在V-H(竖向-水平荷载)、V-M(竖向-弯矩荷载)、H-M(水平-弯矩荷载)和V-H-M(竖向-水平-弯矩荷载)作用下的地基失效模式。结果表明:在V-H和H-M加载模式下,四筒基础竖向极限承载力和弯矩极限承载力均随着水平力的增大而减小,且弯矩极限承载力与水平力之间呈现出线性减小的趋势;在V-M加载模式下,随着竖向荷载的不断增大,四筒基础主要运动形式从转动转换为平动;V-H-M加载模式下的承载力包络线随着竖向荷载的增大向外扩张,且竖向荷载的作用明显提高了地基水平和弯矩极限承载力。

水下滑坡运动诱导形成的内波特性及破坏分层特征

为改善湖库因季节性水温分层而导致的水质恶化现象,通过水下滑坡体扰动的方式人工诱导产生内波,探究了水下滑坡运动诱导形成的内波特性及其对水体温度分层结构的破坏特征,结果表明:水下滑坡破坏水体温度分层结构主要通过扰动引起上下层水体交换实现,在此过程中内波作用效果持久且较为平缓;滑坡倾角和滑坡体运动速度对分层水体破坏效果有重要影响;滑坡倾角为45°工况相较60°工况诱导的内波规模更大。

基于PSO-SVM的鹤盛溪流域山洪风险评价

为探究温州市鹤盛溪流域山洪风险空间分布,综合考虑山洪致灾因子、孕灾环境和承灾体3方面的山洪影响因子,建立基于粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)混合算法的山洪风险评价模型。选取准确度、灵敏度、特异性、F-score值、Kappa系数和受试者工作特征曲线等6个指标,采用学习矢量量化(LVQ)算法量化山洪影响因子对山洪灾害发生的影响程度,并将PSO-SVM混合算法模型与单一算法模型进行对比。结果表明:混合算法具有一定的迁移能力,能够更加准确地反映山洪风险的空间分布特征;验证集受试者工作特征曲线指标、Kappa系数和准确度分别为0.934、0.833、0.912,PSO-SVM混合算法模型能显著提高山洪风险评价精度。

水上光伏覆盖对明渠水质的影响规律研究

水上光伏带来的太阳短波辐照度变化对缓解输水明渠藻类增殖问题的效果亟需评估。以南水北调中线干渠为例,建立干渠安阳河节制闸至坟庄河节制闸渠段的水动力和水质模型,分析比较明渠水面悬浮式覆盖水上光伏带来的太阳短波辐照度变化和水上光伏不同覆盖位置对渠道水温和水质的影响规律。研究表明:在开展水上光伏项目时,渠道接收的太阳短波辐照度降低会使得水温、藻生物量和溶解氧含量下降,营养盐含量有所上升。太阳短波辐照度降低50%后,藻生物量开始逐渐降低。在覆盖率和透射率一定的情况下,不同覆盖位置情景下对藻生物量的削减峰值区别较小。当太阳短波辐照度由高到低逐渐变化时,流速变化对藻生物量的影响幅度呈先升高后下降趋势。

南水北调中线工程冬季输水冰情风险研究

针对南水北调中线工程冬季输水冰情的安全运行问题,以南水北调中线工程河北段为研究对象,以热平衡理论为出发点推导出目标单元渠段的整体总热量变化公式;采用单因素局部分析法选出风险评价指标,基于概率论构建了风险评价指标之间的联合概率密度函数,将气象事件发生概率、热量变化率与冰情风险等级一一对应,从而对渠道冰情进行风险评估。对2021年1月6—8日南水北调中线工程河北段输水渠道冰情风险分析结果表明:在整个热交换过程中,短波辐射、蒸发和对流热交换是影响热量变化的主要因素,且夜间渠道的热量散失明显大于白天,加大了夜间发生冰情的风险;沙河节制闸—渠末段虽然与其他渠段风险等级一样,但其单位面积热量损失明显高于其他渠段,接近于极高风险,应加强对该渠段的实时监测并做好冰情防护。

海上风电靠泊防撞构件设计及力学性能分析

文章提出了一种海上风电筒型基础的防撞靠泊构件设计,具备为通行人员提供爬梯通道、供运维船舶旁靠、为船舶缆绳提供系缆定位的功能。针对250t级运维船的正常操作撞击和500t级运维船的事故船舶撞击两种情况下的所有工况进行了力学性能分析,验证了该防撞靠泊构件设计的可靠性。

筒内间隙及土塞对海上风电多筒导管架基础承载力影响研究

多筒导管架基础结构凭借其施工便捷、适用性强、经济性优良等特点,在海上风电领域得到了广泛的应用.多筒基础结构在安装过程中,受海床平整度、区域内土质差异及筒内外渗流等影响,在基础筒体中会存在筒内间隙及筒内土塞现象,进而导致筒体有效埋深的不同,最终对服役期基础承载力产生一定的影响.本文借助室内模型试验及有限元分析的方法,研究了筒内间隙及土塞所引起的有效埋深对筒型基础承载力的影响规律.研究结果表明:通过试验对有限元进行修正后,不同工况下基础水平极限承载力模型试验结果与数值模拟结果相差在8.86%以内;多筒基础水平极限承载力随着筒内间隙高度和筒内土塞高度的增加而降低;当筒内间隙高度为0.10D、0.15D及0.20D时(D为筒型基础模型直径),水平极限承载力降低幅度分别为筒内无间隙工况的9.11%、16.72%和23.80%;当筒内土塞高度为0.10D、0.15D及0.20D时,水平极限承载力降低幅度分别为筒内无土塞工况的9.32%、17.16%和24.45%;当筒内间隙(土塞)高度为0.10D’、0.15D’及0.20D’时(D’为筒型基础原型直径)且竖向荷载分别超过竖向极限承载力的34.3%(33.5%)、33.8%(33.4%)和31.7%(31.9%)时,基础原型的弯矩承载力随竖向荷载的增大而降低.

粉质黏土中厚壁筒型基础沉放及受力分析

筒型基础具有海上施工效率高、建造成本低等优点,已成功应用于实际工程。为了进一步降低筒型基础结构的制造成本,避免建造、运输、安装过程中钢制筒裙的屈曲,文章研究并优化了混凝土筒壁和钢质内分舱板的组合式筒型基础结构。首先,针对厚壁筒型基础沉放安装难度增加问题,开展了室内试验,研究了粉质黏土中厚壁沉放阻力计算方法;然后,利用三维有限元模型对该组合式筒型基础在位状态下的结构受力进行了分析。研究结果表明:考虑形状和深度系数的端阻力计算公式可以用于该新型风电基础;混凝土筒壁+钢质内分舱板组合式筒型基础倾斜率、结构强度和自振频率满足设计要求,且在造价上更为经济。

基于强化学习的海南岛山洪灾害易发性评估

采用多重共线性分析和极致梯度提升模型确定海南岛山洪灾害影响因子,提出了基于SAC强化学习算法的海南岛山洪灾害易发性评估模型。采用敏感性、特异性等指标和受试者工作特征曲线,将强化学习模型评估结果与卷积神经网络和深度神经网络模型评估结果进行对比。结果表明:强化学习模型具有较高的准确性和可靠性,测试数据集AUC指标达到0.931,高于卷积神经网络和深度神经网络模型的评估结果,可为海南岛山洪灾害风险评估提供科学依据。

抽水蓄能电站管道水力振动在围岩中的传播规律研究

针对抽水蓄能电站运行引发的场地振动问题,以某抽水蓄能电站为例,建立“水力荷载-管道-围岩”有限元-无限元耦合模型,研究抽水蓄能电站管道水力振动在围岩中的传播规律,为减振提供技术支撑。首先基于水力振动理论、传递矩阵法和水力阻抗法建立抽水蓄能电站管道水力脉动荷载计算方法;然后采用耦合模型系统分析了弹性模量、阻尼、机组运行状态等变化对管道水力振动在围岩中传播的影响,并给出减振措施。计算结果表明:随着岩石弹性模量的增大,管道水力振动在围岩中衰减速率变慢,由管道水力振动引起的场地振动增大。当围岩阻尼比从0.02增大到0.30时,管道水力振动引起地表的振动强度不断减小。阻尼比从0.02增加到0.10时,地表振动强度衰减了85%~97%;阻尼比从0.20增大到0.30时,地表振动强度衰减了0.1%~1.0%,变化比较平缓。对于该抽水蓄能电站,当运行更多机组时,引发的地表振动更大,且该电站在抽水运行时较发电运行时引发的场地振动强度更大。

基于DnCNN声音增强的高坝泄流微弱空化声音信号识别与提取

空化空蚀是水工建筑物泄洪安全监测的重要内容,但是高坝泄流期间产生的强泄流噪声会大幅减弱空化空蚀音频监测方法的效果甚至致其失效。针对该问题提出了基于降噪卷积神经网络(denoising convolutional neural network,DnCNN)声音增强的空化声信号增强方法,该方法依据语音增强思想,通过DnCNN实现带噪音频监测信号中空化声信号的增强。首先对该方法的实现原理和DnCNN网络结构进行了阐述,然后使用采集自空蚀和泄流试验的空化声信号和泄流噪声对该方法的效果进行验证,最后通过支持向量机信号多分类识别试验和单分类支持向量机空化声信号单分类识别试验对该方法的泛化性能和工程实用性进行评价。研究结果表明该方法能够有效提升带噪空化声信号的信噪比,极大地还原空化声信号的频谱结构特征,实现强泄流噪声中微弱空化声信号的识别与提取,同时该方法具有较强的泛化性能和较好的工程实用性。

CRB600H级箍筋混凝土短柱抗震性能研究

为研究高强箍筋混凝土柱抗震性能,通过对CRB600H级高强箍筋混凝土短柱低周往复加载试验展开数值模拟研究。利用OpenSEES中的Nonlinear Beam Column单元、零长度截面转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯-剪耦合效应的抗震数值分析模型。分析轴压比、剪跨比对CRB600H级箍筋柱的滞回性能、刚度退化、延性及耗能性能的影响,并以HRB400级箍筋柱进行对比分析,结果表明:轴压比越大的构件水平抗剪承载力,延性和耗能能力越差;剪跨比越大构件的水平抗剪承载力越低,延性和耗能能力越好;CRB600H级和HRB400级箍筋柱,两者承载力接近,CRB600H级箍筋柱延性和抗震性能更好。

成层土中海上风电筒型基础竖向承载影响深度研究

明确筒型基础在不同地质条件下的承载模式和竖向承载影响深度,对于筒型基础的承载力计算具有重要的意义。采用数值模拟分析方法,通过分层下探法,针对成层黏性土中筒型基础的竖向承载模式进行了分析,得到了成层黏性土中筒型基础承载力的变化规律以及筒型基础在成层黏性土中的影响深度;针对筒型基础是否穿刺上下黏性土层分界面的工况,分别开展了相关研究,并针对不同情况建立了相对应的影响深度经验公式;结合数值分析结果揭示了成层黏土地基中上下土层强度比和土层分界面位置对筒型基础竖向承载影响深度的作用规律。