土-结构-流体动力相互作用的实时耦联动力试验

针对振动台试验中无限地基难以模拟和数值分析中流-固耦合作用难以计算两个难题,将最近发展的实时耦联动力试验方法引入土-结构-流体动力相互作用问题的研究。以一个渡槽结构为例,其中渡槽-水体作为物理子结构,采用振动台进行物理试验,而无限地基作为数值子结构,采用集总参数模型进行数值模拟。两个子结构之间实时交换数据,联合评估整个耦合体系的动力响应。试验结果和有限元数值模拟结果吻合良好,表明该试验方法具有较高精度。对不同特性地基土进行的试验对比分析结果表明:对于软土地基,考虑土-结构相互作用(SSI)的结构反应幅值明显减小,周期延长;随着地基土变硬,SSI效应逐渐变弱,结构反应最终收敛至刚性地基解。

混凝土重力坝抗震配筋加固措施的效果研究

混凝土坝遭遇强烈地震导致坝体严重受损已有先例。工程界建议布置坝面钢筋以提高坝体抗震性能。基于此,本文应用嵌入式滑移模型和钢筋刚化模型模拟混凝土重力坝配筋前后的地震动力响应,据此评价坝面配筋措施的抗震效果。计算结果显示,配筋前后结构整体响应基本一致,但布置坝面钢筋后坝体裂缝由集中裂缝分散为多条裂缝,裂缝张开位移和扩展深度较配筋前减小;此外,钢筋滑移对坝体裂缝分布形态也有一定影响。研究表明:配置坝面钢筋对限制与分散混凝土开裂将起到一定的作用,有助于提高混凝土坝抗震性能。

国内外混凝土拱坝原型振动试验分析

原型振动试验是研究大坝动力特性的重要手段,原型试验与模型试验、数值分析手段相结合,对深入研究坝体的动力特性至为重要。本文在收集国内外混凝土拱坝原型振动试验资料的基础上,对其中一些规律性的问题,如拱坝的自振特性及其影响因素、拱坝的阻尼、库水可压缩性的影响等进行了简单评述。

振动台实时耦联动力试验系统构建解决方案

实时耦联动力试验(RTDHT)是一种将物理模型试验和数值求解计算实时耦联在一起进行整体结构动力反应分析的新型结构动力试验方法。构建实时耦联动力试验系统将面临数值子结构实时计算、数据实时传输、加载器精确加载等问题。本文首先以清华大学新近建成的一套基于振动台的实时耦联动力试验系统为例,对试验系统构建中面临的问题以及相应的解决方案进行了阐述,对构建实时耦联动力试验系统提出了一些指导性的建议。随后简要介绍了利用该系统已经进行的一些实时耦联动力试验,并对实时耦联动力试验可能的应用前景进行了探讨。

加筋格宾墙在水电站渣场治理中的应用

以澜沧江乌弄龙水电站的渣场治理为例,介绍了采用加筋格宾挡墙配合雷诺护垫及麦克护垫技术的结构设计、施工工艺、工程安全监测原则,在满足渣场治理使用功能的前提下,体现了渣场综合治理的整体优势。实践表明,该挡墙技术成本低、施工效率高、稳定性好、抗冲刷能力强、耐久性、环保生态效果好。

水库近坝高位滑坡滑带抗剪强度参数综合确定研究

滑坡滑带的抗剪强度参数是进行滑坡稳定性评价和滑坡涌浪等灾害链研究必需的数据基础,科学合理确定滑带物理力学参数至关重要.本研究以澜沧江GS水电站MLS滑坡为依托,采用现场调查、大型原位剪切试验、室内重塑样剪切试验、室内原状样剪切试验、工程地质类比法及参数反分析法,综合确定滑带抗剪强度参数.采用数值模拟软件运用所得参数对滑坡进行变形破坏分析.数值计算结果与现场滑坡监测变形数据相吻合,验证了采用多方法综合选取滑带抗剪强度参数的准确性和合理性.研究成果可为MLS滑坡稳定评估和防治工程设计等提供技术支撑和参考借鉴依据.

基于熵产理论的混流式水轮机小开度水力损失特性分析

为探究水轮机空载工况内部复杂流动及其诱导水力损失特征,采用雷诺时均方法对某大型混流式水轮机在额定水头空载及附近工况进行了数值模拟,基于熵产理论对核心过流部件的不同类型的水力损失进行了定量分析,通过定义流线坐标系对转轮内部损失分布进行定量研究,明确了空载工况下水力损失的分布特点和产生原因。结果表明,活动导叶、转轮及尾水管的水力损失占主导地位,无叶区的大尺度涡结构、转轮压力面的回流现象及尾水管直锥段的高流速旋涡是引起间接耗散增加的主要原因。

数字黄登大坝混凝土温控智能监控系统的开发和应用

大坝混凝土裂缝产生的一个重要原因是信息不畅导致措施与管理不到位,即信息获取的不及时、不准确、不真实、不系统,以及温控施工过程温差大、降温幅度大、降温速率大、温度梯度大等,这些问题最终导致混凝土裂缝的产生。为了解决上述问题,采用信息化、自动化、智能化技术手段,结合黄登工程建设,建立了个性化理想温度控制曲线模型、温度和流量预测预报模型、温控效果评价模型、开裂风险预警模型等在线实时分析模型;开发了全坝全过程仿真分析关键技术与程序,以及普适、稳定和高精度的自动化监测和控制的仪器和设备;研发各软件功能模块和子系统,并集成为一个完整的数字黄登大坝混凝土温控智能监控系统。本系统实现了海量温控及相关要素的全面、准确、及时地自动化采集,实现了海量温控信息的自动化分析、评价和预警报警以及干预措施决策支持,实现了全坝“无人工干预”理想化智能化通水冷却,在提高通水冷却施工质量的同时降低了施工差错率。应用该系统对黄登水电站大坝温控信息进行动态高效地集成管理和实时控制分析,从根本上达到混凝土温控防裂的目的,提高了黄登水电站建设质量和信息化管控水平。

环境气压对水体中气核分布的影响

高海拔地区具有气压低、氧气稀薄的特点,影响水体中气核的分布。为揭示环境气压对水体中气核分布及水流空化特性的影响,研究了在常压地区实验室条件下可变气压环境水体中气核的观测方法及装置,观测和分析了不同环境气压下不同水体中气核的分布和数量。结果表明,环境气压越低,水体中气核总量越少,减少程度与水质有关;水体中气核分布呈幂函数,小粒径气核较多,主要分布在50μm以下,幂函数指数随气压降低呈减小的趋势;仅从水体气核特性角度分析,同种水体低气压下的初生空化数减小。

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析,获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数,探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度,随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明:目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形,且反演参数无法用于动力分析;静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好,并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法,可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。

高土石坝Hardfill新型抗震加固措施

针对现有土石坝坝顶抗震加固措施存在的一些问题,提出一种利用Hardfill材料对高土石坝进行抗震加固的新措施,并采用极限平衡法和动力有限元时程法,对这种抗震加固措施在高土石坝抗震工程中应用的效果与可行性进行研究。分析该措施对坝体抗滑稳定性、永久变形与材料动强度安全性的改善效果;通过分析大坝的加速度、应力和变形状况,研究Hardfill加固措施是否对大坝存在不利影响。结果表明:Hardfill抗震加固措施对增强坝体的整体稳定性、抑制坝体永久变形有较明显的效果,提高了反滤料和心墙料的动强度安全系数,不会对大坝的运行带来不利影响。

小湾拱坝运行期温度场反演与应力仿真分析

拱坝所处的运行环境复杂,受力状态复杂,其真实的工作状态往往与其设计状态存在一定的差异,因此开展基于坝体温度和变形监测资料,反演坝体与基岩材料参数,仿真坝体的应力状态的研究。通过有限元方法,基于小湾拱坝实测温度,拟合上下游坝面的温度边界条件,并对拱坝运行期温度场进行了仿真;基于变形监测资料,反演坝体和基岩弹性模量;基于反演得到的坝体温度场与材料弹性模量,对小湾拱坝进行应力仿真分析。研究表明:小湾拱坝下游面温度分布总体呈现出两侧坝段高于中间坝段的规律;运行期坝体混凝土的弹性模量相对于试验值约提高30%;在冬季时,上游坝面水位以上部分出现局部拉应力,下游坝面在坝基交界面附近由于应力集中出现局部拉应力,但不至于影响工程安全运行。

基于子模型法的高堆石坝坝基廊道抗震安全性研究

国内深厚覆盖层上已建几座高土石坝坝基廊道都出现了开裂及止水破坏的现象,为了研究坝基廊道应力变形规律及抗震安全性,采用基于动力子模型法的三维非线性有限元,对240 m高的长河坝心墙堆石坝的坝基廊道进行了研究,动力计算中坝体材料及覆盖层采用考虑围压效应的Hardin-Drnevich模型,以基于薄层单元形式的接触单元模拟各种接触面。计算结果表明,坝基廊道加速度和动位移等动力反应较小,动力条件下廊道应力较静力条件下有所增大,由于动强度的提高,廊道的应力状态较静力条件没有恶化。

黄登坝前倾倒变形体变形特征及影响因素分析

#1倾倒变形体位于澜沧江黄登水电站上游近坝右岸,对工程长期安全运行存在安全隐患。基于统计产品与服务解决方案(SPSS)分析软件,依据实际的原位监测数据,对#1倾倒变形体位移速率与降雨量、库水位变化、气温和锚杆应力进行相关分析。结果表明,倾倒体变形特征的影响因素由大到小分别为库水位变化、降雨量、温度;锚杆应力与深部位移呈极强相关,表面与深部监测点位移速率呈强相关;库水位变化、降雨等水动力作用是诱发库区倾倒变形体变形破坏的控制因素;倾倒变形体表面位移运动方位角从杂乱无序到稳定在一定范围内波动,整体变形还未收敛。

高心墙堆石坝掺砾心墙料振动孔隙水压力计算模型研究

天然防渗土料一般无法满足200 m级以上超高心墙堆石坝强度和变形的要求,在超高心墙堆石坝建设时通常采用掺砾对天然防渗土料进行改性,以提高心墙料的强度和变形特性。在高地震烈度区,高心墙堆石坝的抗震安全性是重要问题,有效应力法是全面评价高坝抗震安全性的一种重要方法,而目前尚没有振动孔压模型可直接用于高坝掺砾心墙料的计算。根据研究揭示的掺砾土料振动孔压增长的增长规律和材料动力试验,提出一个超高心墙堆石坝掺砾心墙料振动孔压模型,模型能真实反应材料动力特性,而且参数确定方便,计算效率高。将模型应用于长河坝心墙堆石坝,得到了大坝地震过程中振动孔隙水压力和超孔压比的分布规律,为类似高土石坝工程建设提供了参考。

Key Technologies of the Hydraulic Structures of the Three Gorges Project

To date,the Three Gorges Project is the largest hydro junction in the world.It is the key project for the integrated water resource management and development of the Changjiang River.The technology of the project,with its huge scale and comprehensive benefits,is extremely complicated,and the design difficulty is greater than that of any other hydro project in the world.A series of new design theories and methods have been proposed and applied in the design and research process.Many key technological problems regarding hydraulic structures have been overcome,such as a gravity dam with multi-layer large discharge orifices,a hydropower station of giant generating units,and a giant continual multi-step ship lock with a high water head.

能源革命推动西南地区共享发展战略研究

西南地区是打赢精准脱贫攻坚战、实施生态保护战略的重点区域,区域内水能、天然气资源极为丰富,也是支撑“西电东送”“西气东输”的重要区域;鉴于能源资源禀赋特征差异较大且能源品种互补,推进区域内能源共享发展是西南地区能源革命的重大内容。本文将能源革命与西南地区区域发展战略相结合,分析了能源革命推动西南地区共享发展的内涵,论述了西南地区能源革命的战略定位与目标。研究提出,能源革命推动西南地区共享发展的举措重在:推进天燃气基础设施建设,推进煤炭高效开发与清洁化利用,合理制定水电开发时序,推进风光水多元化开发利用;在后续发展方面,完善水电消纳机制,打破区域壁垒,实施针对性财税政策,资源和资本多元化并重,加强环境保护,注重高端智库建设与人才引进。

环境气压对掺气设施空腔长度的影响分析

低气压环境下泄水建筑物空化空蚀风险增大,环境气压对掺气减蚀效果的影响程度是高海拔地区高坝水力设计时需重点关注的问题。采用CFD数值仿真方法,建立跌坎和挑坎两种不同体型的掺气设施模型,分析不同环境气压下的掺气设施的空腔长度,研究环境气压对高速水流掺气效果的影响。结果表明,环境气压越低,高速水流掺气空腔长度越小,掺气效果越弱,高海拔地区高速水流防蚀设计应合理考虑环境气压的影响程度。

考虑补偿的多自由度实时耦联动力试验时滞稳定性分析

该文首先建立考虑振动台响应时滞和时滞补偿策略的多自由度实时耦联动力试验的数学模型。然后以二层和三层框架结构为例,采用基于Padé展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性。最后利用试验验证了理论分析得出的稳定条件。结果表明:时滞要求物理子结构和数值子结构的质量比小于一定的临界值才能保证试验的稳定;该临界值随时滞和结构自振频率的增大而降低,随结构阻尼比的增大而增大;在中低频段,三阶多项式补偿有利于提高这一临界值。

实时耦联动力试验的时滞稳定性分析

介绍了实时耦联动力试验的基本原理和研究进展。基于传递体系的纯时滞假定建立单自由度实时耦联动力试验的数学模型。利用基于Padé逼近时滞项的根轨迹分析方法求取单自由度实时耦联试验的时滞稳定条件。结果表明:质量、阻尼和刚度的单个稳定上限都随结构自振频率和时滞的增大而呈现拟周期性的变化趋势;在低频部分,稳定上限随结构自振频率和时滞的增大而减小;对于物理子结构中同时包含质量、阻尼和刚度的复合稳定条件,质量上限和下限可能同时存在。最后利用数值模拟验证理论分析得出的稳定条件。