基于TBM施工长斜井压力钢管安装关键技术研究

抽水蓄能电站具有高水头的特点,在引水斜井的设计上,当水头较大时,压力钢管衬砌型式是可靠的型式.压力钢管施工工艺复杂、质量要求高,斜井施工难度更大,抽水蓄能电站引水斜井采用TBM施工后,斜井长度和水平垂直高度大幅增大,压力钢管安装难度相应增加.以河南洛宁抽水蓄能电站为例,围绕引水长斜井条件下压力钢管运输、焊接制作、设备选型、施工工期、施工布置等关键技术问题展开了分析讨论,并提出了解决方法.

洛宁抽水蓄能电站引水斜井TBM施工关键技术研究

通过分析河南洛宁抽水蓄能电站工程特点及相关地质条件,梳理得到了引水斜井采用TBM施工的关键技术问题,研究提出了洛宁抽水蓄能电站引水斜井应用TBM的布置方案。综合考虑隧洞功能要求、支护及衬砌厚度、围岩变形量等因素,将引水斜井开挖直径确定为7.2 m,在高水头的抽水蓄能电站推广适用性较好。综合考虑TBM施工方法对围岩分类评价体系的影响、TBM设备支护能力、规程规范要求以及参考类似工程经验,初步拟定了洛宁电站引水斜井开挖支护参数。

溧阳抽水蓄能电站上水库面板堆石坝关键技术研究

溧阳抽水蓄能电站上水库主坝坝型为混凝土面板堆石坝,全部用工程建筑物开挖料填筑,坝料岩性复杂;坝基地形轴线向呈"W"形,横断面地基为倾向下游的斜坡,不均匀变形突出;地质条件差,库周、库底防渗等均是工程的关键技术。结合工程特点,从坝料特性、施工期大坝变形控制、强震区库盆动水压力、面板防裂措施和连接板结构形式等方面对工程关键技术进行了研究,提出了变形控制、渗流控制、施工质量控制措施等。

一种黄土湿陷性原位评价技术

结合原位参数测试和湿陷模型,提出了一种黄土湿陷性原位评价技术。首先,基于时域反射技术和简易环刀法原位测试黄土体积含水率和湿密度;其次,依据原位测试参数和相关物性指标,运用湿陷模型开展湿陷性评价。上述原位湿陷性评价技术在5个场地中进行200组测试验证。结果表明,原位测试黄土体积含水率中95%数据的绝对误差在±3%以内,湿密度的相对误差在±2%以内。另一方面,采用机器学习模型和简化弹塑性模型定性评价黄土湿陷程度(如:无、轻微、中等和强烈)的准确率分别为88%和83%;定量评价方面,考虑轻微、中等和强烈湿陷程度,湿陷系数中90%数据的绝对误差可分别控制在±0.01、±0.03和±0.06以内。

联合无人机影像生成DSM和DOM的多层次建筑物变化检测

随着我国城镇化水平的不断提高,城镇建筑物日新月异,及时、准确地掌握城镇建筑物的变化信息对城镇管理、违章建筑查处及灾害评估有着重要意义。该文提出了一种联合无人机影像生成数字表面模型(digital surface model,DSM)和正射影像(digital orthophoto map,DOM)的多层次建筑物变化检测方法,主要包括4个步骤:①对无人机影像生成的密集点云和DOM进行预处理,生成差分归一化DSM(differential normalized DSM,dnDSM)并提取植被区域;②利用多层高差阈值提取候选变化区域,并在此过程中剔除植被及面积较小区域;③对低层候选变化区域进行连通域分析,对于每个连通对象,利用其较高层的变化检测结果剔除低层中的误检测;④统计每个变化对象的正、负高差值数量关系,确定变化类型。实验结果表明,该文方法不但能够保留较低高差阈值检测到的低矮变化建筑物,而且能够保证高大变化建筑物的正确性、完整性。

利用ANSYS瞬态分析直接进行结构静-动力分析的一种方法

有限元软件ANSYS中,对同时考虑静力效应和动力效应的大型结构静-动力分析问题,传统的工况组合方法比较复杂,且难以直接获取某一时刻下有限元模型的单元应力。通过对ANSYS静态分析和瞬态分析原理的研究,表明瞬态分析时设置积分时间步长及相关参数后,可在瞬态分析中完成静力问题的求解。将该结论应用于结构静-动力分析中,实现了单独在瞬态分析中直接求解结构在静力荷载与动力荷载同时作用下的响应。数值算例验证了该方法的精度及稳定性。结果表明该方法可以方便地应用于结构静-动力分析中。

基于D-InSAR技术的地面沉降监测方法

针对传统地面沉降监测方法的不足,D-In SAR技术因其全天候、空间分辨率高、精度高等优点,在地面沉降监测方面其表现得越来越重要。本文对香港地区的3幅ERS影像进行处理,提取了该地区高精度的三维沉降场,结果表明,该地区最大沉降值为-0.551 6 cm,且沉降趋势较缓慢,分布平均,D-In SAR技术可以有效地提供高精度的地面沉降信息,在地面沉降监测方面具有较高的实用性。

高水头旋流阻塞复合内消能工水力特性研究

旋流阻塞复合内消能工是适用于高坝泄洪消能的一种新型消能工,为了分析其在超高作用水头下的泄洪消能适用情况,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,对200 m作用水头条件下该消能工的水力特性进行了研究。结果表明:泄流量为1547 m^(3)/s,略大于设计值,满足泄流要求;洞内形成了稳定的空腔旋流,旋流洞段空腔直径约6~7 m,旋流角约60°,壁面压强约110×9.8 kPa,最大点流速约45 m/s;起旋器与旋流洞段为0.050~0.274 Hz的低频脉动,且水流空化数均大于1.2,运行安全;阻塞扩散段末端最小瞬时负压为-3.81×9.8 kPa,且水流空化数较小,但水流掺气率较高,有利于减免发生空蚀;阻塞扩散段末脉动优势频率为46.99 Hz;总消能率达82.1%,消能率高。研究成果可为该复合消能工在高水头下的泄洪消能应用提供参考。

基于HGWO-SVR模型的竖向受荷斜坡桩基沉降预测

采用灰色关联分析深入研究了竖向荷载作用下斜坡桩基沉降的关键因素,各因素影响程度由大到小排序为:弹性模量>临坡距>斜坡坡度>内摩擦角>黏聚力>土体密度>土体泊松比>桩长>桩径。为优化支持向量回归(SVR)模型参数,引入差分进化,建立混合灰狼算法(HGWO),提出了一种新的HGWO-SVR模型。该模型与GWO-SVR和GS-SVR模型相比,表现出更显著的预测优势,整体预测精度高,误差较小。基于HGWO-SVR模型构建了斜坡桩基沉降的预测模型,并将其预测结果与已有沉降计算公式计算结果进行对比,结果表明,HGWO-SVR模型预测结果与公式计算结果最大误差为6.55%,验证了该模型在斜坡桩基沉降预测方面的可行性。

不同阻塞比旋流阻塞泄洪洞水力特性数值模拟研究

水平旋流泄洪洞中设置阻塞可增大洞内压力并改善水流空化条件,同时还可提升消能率,在高水头泄洪消能中具有独特优势。为探究不同阻塞比阻塞对水平旋流洞水流水力特性的影响,采用Realizable k-ε紊流模型与VOF法,对阻塞比0.2、0.3、0.36、0.4、0.5等5组体形水流水力特性进行了数值模拟。结果表明:阻塞比m越大,空腔直径越小,m>0.4时,空腔沿程变化变大,空腔旋流不稳定,阻塞比m不宜超过0.4;空腔旋流横断面压强近似呈底部略大的同心圆分布,阻塞比0.5较0.2体形壁面压强增大约2/3,阻塞增压效果显著,且m>0.3时增压效果更为显著;空腔旋流呈三维流速分布,切向流速沿径向近似为中心对称分布,轴向流速近似为轴对称分布;阻塞比0.5较0.2体形断面平均流速减小约1/4,阻塞减速效果显著。阻塞的增压减速效应有助于改善洞内水流空化条件,使之适用于更高水头的泄洪消能。综合来看,阻塞比选择在0.3~0.4之间较为适宜。

不同缩尺下悬索桥隧道锚原位模型承载特性试验研究

为探究隧道锚模型“缩尺效应”引起的试验结果差异性,以丽江金沙江大桥悬索桥实桥隧道锚为研究对象,按照相似理论开展不同缩尺原位模型试验,以期获得不同几何相似比对模型受载后变形变位特性、流变特性、潜在破坏模式及超载性能等方面的响应规律。针对变形和应变等效应量,采用多点式位移计、应变计及压力盒综合测试了锚塞体及周围岩体在不同应力水平下的变形规律与破坏特征;针对长期变形、承载特性,借助气液式加载系统加载到0.824 MPa和2.472 MPa,获得2种荷载下锚塞体及周围岩体的蠕变全过程。结果表明:在各级荷载加载下,模型锚塞体流变阶段变形较大,周边围岩节理裂隙在不同荷载水平作用下被逐渐压密,其中1∶12缩尺条件下的围岩裂隙压密主要发生在第1级荷载过程,1∶20缩尺条件下主要发生在第3级荷载作用下。相比于1∶12缩尺模型,1∶20锚塞体模型变形量较为明显,但两者整体变形特征基本一致,反映围岩破碎程度不利于隧道锚变形稳定。1∶12缩尺模型的后锚面及围岩表面变形分布呈马鞍形,而1∶20缩尺下模型对应的变形分布则呈现双峰形,且2种缩尺下锚塞体板上和围岩的变形残余率均较高。研究结果为分析悬索桥隧道锚因缩尺效应造成的承载特性差异性提供参考。

陡窄河谷挑流消能下游边坡防冲试验研究

基于拉哇水电站溢洪洞采用挑流消能,对陡窄河谷下游边坡冲刷问题进行了试验研究。通过可视定床模型,对边坡水力学参数进行分析,并与边坡动床试验进行了对比。试验成果表明:扭曲挑坎的水流流态、岸边流速以及脉动压力等指标均优于斜切挑坎,岸边最大压力点高程与基岩抗冲流速等值线最低点高程相近;采用散粒体模拟陡峻边坡,边坡冲刷形态与定床岸边流速规律呈现较好的相关性,能较好地反映陡峻基岩边坡受水流冲刷作用的破坏范围。研究成果对类似工程的岸坡支护分区划分、防护深度确定和支护结构型式的设计具有一定的借鉴意义。

洛宁抽水蓄能电站排水廊道TBM掘进参数分析

与围岩类别相适应的TBM掘进参数可有效提高其掘进效率。以洛宁抽水蓄能电站排水廊道开挖工程为依托,统计分析了TBM施工参数随时间的变化规律,进而采用回归分析法,探讨了围岩类别与掘进参数的相关性。通过对比现场开挖揭露的地质情况,表明TBM掘进参数与围岩岩性具有较强的相关性,可根据两者之间的相关关系确定与围岩类别相适应的TBM掘进参数。

特大型岩溶地段隧道爆破施工技术

以那丘隧道3种特殊岩溶断面为例,从炮孔布置、装药结构和起爆网络等3个方面提出了爆破设计方案,同时对钻孔、装药填塞、超欠挖控制等施工要点进行了阐述。现场施工效果证明了针对特殊岩溶断面所提出的爆破设计方案和施工方法合理,可为类似特大岩溶隧道爆破施工提供依据和指导。

孤立波作用下单排桩附近床面冲刷实验研究

为揭示海啸波冲击下桩式防波堤的桩基附近泥沙冲刷特性,文章通过物理模型实验研究了孤立波作用下单排桩柱结构附近床面的局部冲刷问题,测试了入射波高和水深对冲刷坑形态发展的影响。结果表明:床面冲刷主要发生在相邻柱体的间隙处;在冲刷过程的前期阶段,排桩不同间隙附近床面冲刷的演变存在一定的差异;到冲刷后期,各间隙床面三维形态上的差异逐渐消失;达到冲刷平衡后,在间隙附近形成显著的冲刷坑,冲刷坑的下游则出现淤积的沙坝;沿间隙中心线剖面上的最大冲刷深度出现在柱中心偏下游位置,最大淤积高度出现在柱中心下游的几倍圆柱直径范围内。冲刷坑沿槽宽方向的发展随着波高的增大而增大,随着水深的增大变化不明显;平衡剖面上最大冲刷深度、最大淤积高度和冲刷坑水平长度亦随着波高的增大而显著增加。试验成果可为进一步建立相应的三维泥沙冲刷数值模型提供校核依据。

基于BIM+GIS的大坝安全监测信息可视化展示技术研究

为了解决传统大坝监测信息三维可视化程度低,展示不够直观、形象等问题,采用BIM+GIS技术,将监测信息展示从传统二维空间拓展到三维空间。对BIM建模、模型轻量化、三维可视化展示以及系统功能设计进行了研究,通过在桃源水电站的应用实例表明,BIM+GIS技术能够实现大坝安全监测信息三维可视化展示,展示效果更为形象、生动,具有广泛应用前景。

基于时序InSAR技术的三峡大坝及周边地区形变监测

相对于需要投入大量人力物力且耗时较长的传统测量手段,采用InSAR技术进行大坝变形监测精度和范围都有了很大提升,全天候、全时间段可工作的特性也使观测周期大大缩短。基于PS-InSAR技术,利用2018年1月6日~2020年4月25日期间的66景哨兵1号卫星影像对三峡大坝周边的地表形变进行变形监测,分析并提取三峡大坝及周边地区的形变情况,研究三峡大坝及周边地区近年来形变的时间和空间演变特质,找出重点沉降区域,有助于维护大坝的安全。

山东半岛近海波浪能资源状况初步分析

运用数值模拟手段模拟了渤、黄海的波浪场并对模拟结果进行了验证,根据数值模拟的10年波浪数据分析了山东半岛周边海域的波浪能特征。研究表明:山东半岛近海波浪能资源分布不均匀,半岛东部海域波浪能较大,稳定性也较好,年平均波能流密度基本在2.0 kW/m以上;整个山东半岛近海的波能流密度分布具有明显的季节性特征,夏季波能流密度最小,冬季波能流密度最大;半岛近海一半以上时间都处于小于0.5 kW/m的较低波能流密度状态,并且波能流密度有逐年增大的趋势。

基于“天空地”一体化技术的安全监测系统建设与应用

西藏江达县白格村金沙江右岸于2018年10月11日和2018年11月3日先后发生2次大规模滑坡—堰塞湖堵江事件,溃堰洪水对下游拉哇库区不良地质体的稳定性造成不同程度的影响。为保障下游水电站建设安全,对拉哇库区主要不良地质体建立了基于星载InSAR技术、无人机技术和地面传感器实时监测的“天空地”一体化监测预警体系,以多维空间采集技术获取变形信息,通过智能监控平台对信息及时进行处理、分析和可视化呈现,利用平台、短信等方式向相关人员进行分级告警,取得了较好的应用效果。

岩性对砂石加工高浓度废水动态辐流沉降特性的影响

为探明岩性对水电工程砂石加工高浓度废水辐流池动态沉降特性的影响,以白鹤滩水电站砂石加工系统废水处理工程辐流池为例,基于动态沉降试验模型律,建立废水动态辐流沉降大比尺物理模型试验,分析以玄武岩和灰岩为料源的砂石骨料加工废水动态辐流沉降规律。试验表明:采用PAM和PAC联合投加可改善废水沉降浓缩效果,出水悬浮物去除率高于99%;玄武岩废水工况下,辐流池中部流速较高,固体颗粒呈现沿水深线性沉降浓缩的去除模式;灰岩废水工况下,辐流池底部流速较高,固体颗粒呈现先沿水深快速沉降,后在底层逐渐浓缩的去除模式;相较于灰岩废水,玄武岩废水自然沉降性能较差,辐流沉淀过程中对排泥速率控制的要求更高。研究成果可为水电工程绿色施工提供技术支撑。