基于毛细管连通率和水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型

碳酸盐岩非匀质性强,孔隙结构呈现出连通率低、迂曲度高的典型特征。而以往的渗透率分形模型假设岩石孔隙由相互不干扰的毛细管束组成,忽略了复杂成岩过程中胶结作用导致的毛细管连通性降低和迂曲度增大的情况,难以准确评估低渗碳酸盐岩的渗透特性。针对渗透率被高估的研究现状,利用满足阿波罗填充的等径颗粒致密堆积分形毛细管束模型,提出了毛细管连通率表征进出口毛细管过流面积损失,并在流体渗透路径几何迂曲度与孔隙度关系的基础上,引入曲折度指数来反映岩石的实际水力迂曲度,最终建立基于连通率、水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型。考虑曲折度指数的水力迂曲度计算值与试验压汞法测定值更为一致;基于毛细管连通率、实际水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型计算结果与细观测定及渗透试验数据吻合较好,表明提出的碳酸盐岩渗透率分形模型能够更好地预测碳酸盐岩真实渗透率。参数敏感性分析发现,孔隙度相同,粒径不同的碳酸盐岩,渗透率均随着孔径增加而增加;同时相同粒径岩石,渗透率随着孔隙度的增大而增大,但由于孔隙面积最小/最大值、孔隙面积分形维数均与孔隙度相关,渗透率与孔隙度的关系不是单纯的线性关系,渗透率随着孔隙度增大的增幅逐渐减小、敏感性逐渐降低。

三轴循环加卸载下砂岩声发射分形特征试验

为探究砂岩在三轴循环加卸载条件下的声发射特性及其分形特征,对砂岩进行不同围压等级下常规三轴试验和三轴循环加卸载声发射试验,通过分析砂岩在三轴循环加卸载条件下峰前与峰后全过程的声发射特性及其分形特征,探究岩石渐进破坏过程中试样裂纹开展和损伤演化规律。采用MTS815 Flex Test GT岩石力学测试系统与PCI–Ⅱ型声发射3维定位实时监测系统,开展了在10、20和30 MPa不同围压下的三轴循环加卸载声发射试验,并研究了峰后残余阶段岩石试样的损伤演化规律。通过常规三轴和循环加卸载试验得到了砂岩变形破坏全过程的应力应变曲线、声发射振铃计数和撞击数等数据,并据此探讨了砂岩强度与变形、声发射与应力之间的关系,并运用声发射撞击率时间序列计算关联维数,分析不同循环阶段相空间维数对关联维数的影响。结果表明:1)围压对岩石破坏有抑制作用,围压的增大会提高岩石的强度。循环加卸载过程对砂岩有强化作用,三轴循环加卸载过程中岩石的峰值强度较常规三轴试验高,卸载模量的变化能较好地表征岩石内部结构演化,岩石内部的孔隙被压密会导致卸载模量上升,岩石内部损伤扩展则会导致卸载模量下降。2)不同围压下,岩石循环加卸载阶段的声发射振铃计数率与撞击率具有相同的变化规律。峰前阶段,声发射的产生基本与应力加载同步,卸载段几乎不产生声发射现象。峰后残余阶段,岩石承载力降低;峰后破坏阶段,应力降低后声发射振铃计数率与撞击率仍然在增加,显示出相对于应力加载的“滞后”现象;峰后卸载初期,声发射振铃计数率与撞击率急剧降低,但卸载末期次生裂隙的产生也会造成一定声发射现象。3)声发射撞击率具有分形特征,峰前循环加卸载过程中关联维数呈降低趋势,且从相空间维数对关联维数的影响可以看出,随着循环次数的增加,不同循环阶段内的声发射撞击率时间序列逐渐由随机序列转化为有序序列,表明宏观裂隙逐渐形成,岩石内部裂纹逐渐趋于有序;峰后残余阶段由于次生裂隙的开展与卸载末期的声发射现象,关联维数有所上升。

滑坡堆积体降雨入渗过程物理模拟试验研究

降雨强度对滑坡坡面降雨入渗过程有显著影响,进而对滑坡变形稳定起着重要作用,孔隙水压力变化是降雨入渗诱发滑坡失稳的重要因素。为进一步探明降雨入渗过程与堆积体滑坡变形失稳破坏模式之间的内在关系,基于人工模拟降雨室内大型滑坡模型试验,研究了不同降雨强度下滑坡堆积体孔隙水压力变化与土压力的响应规律与变形破坏模式,揭示了降雨诱发滑坡变形破坏机理。结果表明:降雨入渗引起滑坡堆积体内孔隙水压力和土压力增加,且随着降雨强度的增大,滑坡体内孔隙水压力和土压力增长速率随之增大。堆积体滑坡变形破坏与孔隙水压力变化密切相关,滑坡堆积体内孔隙水压力随降雨历时的增加不断变大,进而基质吸力不断减小;滑坡体破坏区上侧会产生拉裂缝,下侧由于挤压作用出现土体隆胀,坡脚处会出现局部流土等现象。降雨强度大小与堆积体滑坡变形破坏模式密切相关,雨强大小为0.44 mm/min时,形成多级后退式滑坡变形破坏;雨强为0.57 mm/min时,滑坡体沿最危险剪切面发生大范围滑动破坏,并最终形成塑性流动。

考虑预测不确定性的风-光-水多能互补系统调度风险和效益分析

风电、光伏与水电(简称风光水)互补发电系统是提高清洁能源整体利用效益的重要创新模式,随着风电、光伏发电渗透率的增加,如何解决大规模风光接入所带来的不确定性是多能互补系统研究的核心和难点。作者重点探讨日前风光出力预测的不确定性对于多能互补系统风险和效益的综合影响。首先,从可靠性、稳定性和经济性3个方面提出风光水多能互补系统调度运行风险和效益评价体系;建立多能互补系统短期优化调度模型,在日前风光出力预测结果基础上,编制系统日前发电计划;根据风光实际出力情况,滚动更新和模拟水电站实际调度过程。最后,对比分析各电站计划和实际调度运行情况,评价日前风光出力预测不确定性对于多能互补系统风险与效益的综合影响。以接入209万kW光伏和104.9万kW风电的雅砻江流域锦屏一级多能互补系统为实例进行研究。相比风光水独立运行,风光水互补后系统的发电效益提高了37.13%,且系统出力过程更为稳定。互补系统在年尺度上具有良好的可靠性,但在水库低水位时期,系统失负荷天数明显增多,占全年失负荷天数的96%以上,系统可靠性降低;在汛期,互补后水库的下泄流量最大增加了47.06%,出现水量集中下泄的情况,这给电力部门、下游用水部门以及防护对象带来一定的防洪风险。

声波透射法测试路用气泡混合轻质填料的试验研究

基于声波透射测试原理,针对气泡混合轻质填料路基的验收评估,探索建立适用气泡混合轻质填料的无损测试方法,采用ZBL U510型非金属超声检测仪对不同龄期、不同配合比、不同裂缝分布的气泡混合轻质填料进行超声检测试验。试验结果表明:超声检测仪输入脉冲宽度0.04 ms,采样长度512点,采样周期0.4μs,发射电压500 V时,检测速度及检测结果的稳定性较好;波速与龄期呈正相关,波幅随龄期增长先减小后增大,主频与龄期无明显相关性;波速与填料强度呈正相关,波幅和主频与填料强度无明显相关性;气泡混合轻质填料试块内部存在单条裂缝时,沿裂缝法向检测,波形图呈畸变现象,频谱图呈多峰现象,主频值衰减,沿裂缝切向检测,仅波形图呈畸变现象;存在多条裂缝时,裂缝数越多、裂缝形式越复杂,波形图越紊乱,主频值越低;建立了基于波速的强度预测模型、基于波速、龄期的强度预测模型和基于波速、配合比的强度预测模型,3种模型的强度预测值和实测值的误差均满足正态分布,并通过现场测试试验对模型进行了验证。基于声波透射原理建立的无损测试方法,可通过声参量判断气泡混合轻质填料强度以及填料内部是否存在裂缝等缺陷,该测试方法适用于室内测试试验,为气泡混合轻质填料路基现场测试中的应用提供了试验研究基础。

基于二元极限理论的流域洪水资源利用现状与潜力分析

为协调流域洪水资源利用与洪水资源调控利用能力和下游生态需水量两个约束之间的关系,在现有研究的基础上,进一步提出基于二元极限理论的流域洪水资源利用现状与潜力分析方法:1)认为洪水资源可利用量是洪水资源调控利用能力和下游生态需水量的函数;2)认为洪水资源利用潜力也是洪水资源调控利用能力和下游生态需水量的函数。对其概念和方法进行阐述,并通过二元极限理论分析两个因变量和两个自变量之间的关系。以淮河流域吴家渡水文站以上区域为例计算相关指标,结果表明:19562016年区域平均洪水资源利用率为24.7%,利用率波动幅度较大,但是随着时间的发展,整体趋势在不断提高。平均现状可利用量和理论可利用量分别为72.4×108 m3和183.53×108 m3,平均现状利用潜力和理论利用潜力分别为34.76×108 m3和145.89×108 m3。说明吴家渡以上区域,现状条件下存在大量洪水资源待开发利用,理论条件下更多。洪水资源调控利用能力每增加20×108 m3,洪水资源可利用量增加15×108 m3,利用潜力增加16×108 m3;下游生态需水量每增加20×108 m3,洪水资源可利用量减少5×108 m3,利用潜力减少3×108 m3。说明洪水资源可利用量和利用潜力主要受洪水资源调控利用能力约束,提高调控利用能力是提高该区域洪水资源利用水平的关键。通过二元极限理论分析流域洪水资源利用现状和利用潜力,可以为洪水研究和流域管理提供参考。

水资源优化调度的改进量子遗传算法研究

针对于传统量子遗传算法在连续函数优化中出现的易陷于局部最优搜索、优化效率低等问题.本文通过深入研究量子遗传算法,将量子旋转门、量子全干扰交叉进行了改进,结合量子灾变操作,提出了一种改进的量子遗传算法,并运用于南水北调东线工程江苏段水资源优化调度研究.在50%、75%和95%三种保证率下,分别降低了系统缺水量的13.3%、13.9%、8.7%及总抽水量的13.6%、14.4%、11.1%,提高了水资源调度的合理性,取得了良好的效果.

Retinex模型下基于融合策略的雾霾图像增强

针对现有Retinex算法处理后的图像达不到色彩与细节同时增强的效果,且细节增强的同时易产生光晕,出现噪声放大、色彩失真等情况,提出了一种Retinex模型下基于融合策略的雾霾图像增强算法。该算法首先在HSV空间实现色彩增强,根据亮度分量,获取无色彩失真的反射分量,再通过修正照度分量,得到改进的Retinex模型;然后在RGB空间,采用快速双边滤波器来保留图像细节,在获得反射分量的基础上,引入原图部分和色彩恢复因子,实现细节增强;最后,在RGB色彩空间对处理后的图像加权融合,得到增强后的去雾图像。通过本文算法和现有算法对雾天图像进行去雾处理,得到不同的去雾结果。本文算法得到的去雾图像增加了细节信息,没有出现明显的颜色失真和光晕现象,处理后图像的信息熵提高。本文算法具有更短的运算时间,具有良好的可操作性。根据实验结果以及评价标准,本文算法能够在减少色彩失真的基础上,达到细节增强的良好效果。

混凝土水力劈裂时裂缝扩展与缝中水压力变化试验研究

对原混凝土水力劈裂试验的密封装置进行了改进,为避免水压力较大时硅胶板变形过大,用硅胶套替代原来的硅胶板,并用夹子固定在混凝土试件上.同时为了追踪水力劈裂过程中裂缝尖端开裂位置的变化,在混凝土预留缝端部布置了一排防水应变片.通过4个扩散硅传感器和5个防水应变片同步实时量测试验过程中混凝土水力劈裂过程中的缝面水压力分布和应变变化,并将测得的缝面水压分布和扩展裂缝尖端位置进行比较.结果表明:水力劈裂试验中,随着外水压的增加,裂尖稳定扩展速度明显增大,且裂缝失稳荷载下降.裂缝内水压力随着裂缝张开而降低.起裂时缝内水前端滞后裂缝尖端10mm,失稳时,缝内水前端滞后裂缝尖端40mm.

初始相对密实度对粗颗粒土K0影响试验研究

静止侧压力系数是土体重要的力学参数,深入研究粗颗粒土静止侧压力系数有重要的理论意义和应用价值。关于初始相对密实度对粗颗粒土静止侧压力系数影响的研究几乎空白。为研究粗颗粒土在不同初始相对密实度条件下静止侧压力系数的变化规律,针对某堆石料及砂卵砾石料,利用新近研制的大型静止侧压力系数试验仪,对这两种粗颗粒土不同初始相对密实度试样进行大型静止侧压力系数试验。试验结果表明:土体静止侧压力系数随着竖向应力的增加呈减小趋势,而且这种趋势随着竖向应力的增大趋于平缓;粗颗粒土的静止侧压力系数与初始相对密实度存在线性负相关关系;土料类型对土体静止侧压力系数有一定影响,在正常固结状态下,砂卵砾石料静止侧压力系数可比堆石料大4.0%~7.5%。超固结状态下,砂卵砾石料静止侧压力系数可比堆石料大0~12.4%。通过分析堆石料静止侧压力系数试验结果,验证了笔者之前提出的静止侧压力系数与竖向应力关系式也适用于初始相对密实度不为0的粗颗粒土,并在该关系式的基础上,总结出一个能同时反映粗颗粒土静止侧压力系数与初始相对密实度以及竖向应力之间关系的经验公式。最后,利用砂卵砾石料静止侧压力系数试验结果验证了该经验公式的准确性及适用性。

社会空间视域下的女性休闲体育行为实践和社会建构

空间是女性休闲体育行为的实现载体,为女性休闲体育主体实践和社会建构奠定了必要的物质保障和制度基础。社会空间视域下的女性休闲体育行为主要研究女性身体空间社会建构的影响因素、作用机理,以探求社会空间、身体消费及女性休闲体育行为三者之间的辨证关系。从空间的主体实践与社会建构角度探索身体、空间和休闲体育的理论关联与实践路径,诠释当代女性休闲体育行为中身体、生活与关系等影响因素及其空间整合与再生产机制,剖析身体赋权、生活型塑与关系再造对女性休闲体育行为的空间基础与制度保障。

雅砻江楞古水电站马河崩塌堆积体边坡稳定性评价

边坡失稳是一种常见的工程地质灾害,直接影响了工程的建设与运行安全.本文在详细地质调查的基础上,确定了楞古水电站马河崩塌体边坡的分布范围并分析其变形失稳模式.分别利用SLIDE和ADINA软件对边坡进行稳定性计算,对比计算结果,得出边坡的潜在滑动面及其安全系数,继而对边坡的整体稳定性做出评价.研究结果表明,马河崩塌体基本处于极限平衡状态,在蓄水和地震工况下安全系数明显降低,有沿浅表层发生滑动破坏的可能.

堰塞体状态相关剪胀理论与坝体溃决演化规律研究构想

堰塞体一般在自然力作用下瞬间形成,堆积体具有空间结构复杂、坝料级配宽泛、稳定性差、易在水流冲刷下发生溃决等特点。堰塞体作为一种重大的水旱自然灾害,其安全评价和灾害预测是国内外学者关注的焦点,目前尚有很多问题需要解决,包括:1)堆积体由天然宽级配土石料构成,表现出显著的状态相关性,缺乏正确描述这种宽级配堆石料状态的相关剪胀理论与本构模型;2)堰塞体形成后,会受上游堰塞湖水位抬升、持续非稳定渗流、湖区滑坡涌浪、后期地震等外荷载作用的影响,缺乏稳定性评判的标准和方法;3)堰塞体缺乏必要的洪水溢流设施,容易发生溃决,且溃决水流冲蚀过程呈明显的非线性特点,溃口水力要素指标呈强非恒定流特征,缺乏反映宽级配堰塞体材料冲蚀机理的溃决过程数学模型。为此,有必要采取现场勘查、多尺度物理模型试验、数值仿真等综合手段开展研究,揭示堰塞体外观形态、内部结构和材料宏观力学特性及其时空变异规律,提出状态相关(级配、孔隙比、应力水平)的宽级配堰塞体材料剪胀方程,建立能适应复杂应力路径的广义弹塑性本构模型与坝体极限平衡分析方法;开展大型水工模型试验和溃坝离心模型试验研究,揭示非恒定流作用下堰塞体材料的动态冲蚀特性与堰塞体溃口演化规律,建立非恒定流作用时溃口动边界条件下的挟砂水流冲蚀方程,提出考虑流固耦合的堰塞体溃决过程数学模型,实现堰塞体漫顶或渗透破坏溃坝全过程水流运动特征、坝料输移规律、溃口演化过程及结构失稳的数值模拟;综合可靠度理论与溃坝过程数值模拟方法,提出能考虑流固耦合的堰塞体渗流、变形、稳定和溃决过程的一体化数值仿真平台,构建堰塞体全生命周期安全评价与灾变模拟理论体系与方法,为提升中国堰塞体防灾减灾决策水平提供科学的理论与技术支撑。

农业水价综合改革项目实施效果评价模型构建及应用

客观评价农业水价综合改革项目的实施效果,对进一步深化农业水价改革以及实现改革进程中的科学决策具有重要意义.以某县农业水价综合改革试点项目为例,在充分收集试点改革基础数据的前提下,从节水、经济、社会、生态四个层面建立了由17项二级指标构成的农业水价综合改革项目效果评价体系,改进的模糊层次分析法用于确定各级指标权重,并对改革的实施效果进行了多级模糊评价.实例分析结果表明:该县试点改革综合效果评定等级为很好,其中节水效果评定等级为很好,经济、社会和生态效果评定等级为较好;针对评价较弱的指标及其改革试点工作中存在的问题,提出相应的改进对策和建议.

土石坝心墙掺砾土的渗透特性冻融演化规律试验研究

高土石坝普遍采用掺砾黏土作为心墙区的压实填筑材料,而高寒区土石坝心墙在施工过程中面临严峻的冻融问题。对经历冻融作用后的压实掺砾黏土料开展一系列三轴渗透试验,研究冻融条件下其渗透特性的演化规律。试验结果表明:冻融作用后,掺砾黏土的渗透系数较未冻融时增大,且增加程度受冻融次数、围压、掺砾量和初始含水率等因素影响。随着冻融次数的增加,渗透系数逐渐增大,且在第1~2次冻融过程中增幅最大;低围压和高初始含水率情况下冻融导致的劣化作用更为突出,渗透系数增大更显著;掺砾量对渗透特性冻融演化规律的影响与掺砾黏土内部的土-石细观结构分布密切相关;随着初始含水率的增加,冻融后的渗透系数逐渐增大,但增幅在压实试样处于最优含水率的干侧时较大,而在湿侧时则较小一些。研究结果可为高寒季冻区高土石坝的防渗设计和冬季施工过程的冻融防控提供一定的指导依据。

大型深层牵引式滑坡的处治方案研究

针对某高速公路路堑边坡滑坡现象,基于滑坡路段的工程地质条件和深层水平位移测试数据,确定了滑坡类型,利用Plaxis有限元软件对比分析了针对滑坡类型提出的3种处治方案,综合考虑施工工艺、环境保护等影响因素确定了最佳处治方案,通过深层水平位移监测验证了滑坡处治效果.研究结果表明:该滑坡面积和滑块体积大、影响土层厚,为大型深层牵引式滑坡;分级支挡、单排h型抗滑桩和清方减载3种处治方案条件下边坡稳定性安全系数接近,最佳处治方式为施工工艺最成熟的分级支挡;治理后的深层水平位移监测结果表明处治方案能够保证边坡的稳定性.

基于多元线性回归的渡槽变形预测模型研究

提出了一种基于多元线性回归的渡槽沉降变形健康监测模型,介绍了应用MLR建立变形预测模型的步骤,并与多元逐步回归(MSR)进行对比.针对预测样本数目的不同取值,研究其在实际工程中的预测能力.通过对浙江天台红旗渡槽的监测数据研究,验证了基于MLR的渡槽变形预测模型的预测精度满足工程要求,预测能力略优于MSR,且短期预测能力优于长期预测能力.因此,合理选择预报天数对于渡槽变形预测尤为重要.

地震作用下混凝土–堆石组合坝墙体位移及动土压力研究

混凝土–堆石组合坝主要由上游混凝土墙与下游俯斜式堆石体构成,作为一种新型坝体结构,目前对其地震土压力的研究鲜有报道。对此,开展混凝土–堆石组合坝大型振动台物理模拟试验研究,分析地震作用下墙体的位移、动土压力及合力作用点的分布规律等。研究结果表明:1)混凝土–堆石组合坝中上游墙体的位移量相对较小,墙体顶部位移比墙底大,呈现出RBT(绕墙体底部转动)的位移模式。2)墙底动土压力与输入的地震波相比具有明显的滞后性。3)墙背的总动土压力随着峰值加速度(PGA)的增大而增大,当PGA≤0.2g时,总动土压力沿墙高近似呈线性分布;当PGA≥0.4g时,总动土压力呈现出明显的非线性分布规律。4)受俯斜式堆石体及墙体位移模式的影响,在地震烈度8度以下,混凝土–堆石组合坝中上游墙体合力作用点普遍低于M–O理论规定的0.33H;但在地震烈度8度以上,合力作用点趋近又高于0.33H。试验结果初步揭示了混凝土–堆石组合坝中上游墙体的位移及动土压力响应特征,为其在地震作用下的抗震设计等提供参考。

气候变化对淮河径流及洪峰流量的影响

为了解气候变化情景下淮河流域径流演变趋势,本文收集整理了淮河流域DEM数据、土壤资料、土地利用资料及气象资料,并构建了SWAT模型,利用SWAT_CUP对模型进行参数率定及验证,最后通过任意情景设置法设置25种气候变化场景,分析温度及降雨变化对径流的影响.结果表明:干流年径流量与洪峰流量受气温和降水的共同影响,随气温的升高而减少,随降雨的增多而增大;降雨量减少到0.8P,气温增加2℃时,年径流量变化量最大;与此同时,淮河流域受降雨量变化的影响比受气温变化的影响大.

改进GM(1,1)模型在重力坝位移预测中的应用

针对灰色系统中经典的GM(1,1)模型在大坝位移预测中的缺陷,以某工程为例,提出了一种改进的GM(1,1)模型.实质上是重新生成了序列,即对非负随机振荡序列进行加速指数变换和几何平均生成变换后使用经典的GM(1,1)模型进行建模并预测.对某工程2015年5月29日至6月10日的大坝水平位移进行了预测,并将结果与传统的线性回归模型和经典GM(1,1)模型的预测结果进行了比较,计算结果显示,改进的GM(1,1)模型预测精度较高,该方法取得了较好的效果.