水电站进水塔动水压力研究和探讨

基于理想流体,将进水塔简化成水中悬臂梁体系,推导了其受迫振动时的动力响应方程,给出了进水塔内外表面动水压力的解析表达式。与有限元法、水工抗震规范公式计算结果进行了对比,分析验证了该方法在进水塔结构上的适用性及准确性。结果表明:动水压力表达式与结构振型密切相关。该方法的动水压力曲线趋势与有限元方法相似,均在水面以下某深度处迅速变大及达到最大值后曲线值减小弯回,两者最终在塔体底部收于相近的值;最大值大于有限元法,其最大值处曲线折回明显,幅度较大。弹性模量和进水塔高度对动水压力的曲线形态和数值有重要影响。同时,输入激励荷载的频率对动水压力影响巨大,尤其频率与进水塔某阶频率相近时会导致动水压力的异常增大。该方法对分析进水塔动水压力具有参考价值。

基于速度势法的水电站进水塔弯曲自由振动解析解

介绍了基于速度势解析算法求解水电站进水塔在水中弯曲自由振动的方法。分析进水塔的主要受力特点,为引入流体速度势解析算法对结构进行简化和假设。以分布参数梁体系推导得到无水时进水塔弯曲自由振动频率方程,根据速度势拉普拉斯方程确定了所求解问题的边界条件,通过内外水压力表达式建立进水塔的弯曲自由振动方程。推导振动方程得到频率方程,经过数学软件编程求解,最终可得到结构振型和频率。推导过程表明流体速度势法是将水体转化成与塔体振型相关的质量附加于结构,从而影响结构的振动。与数值方法对比和探讨,分析了两者异同,提出本文方法适用范围。结果表明,本文解法可以引入内外含水矩形横截面进水塔的弯曲自由振动问题的求解,为下一步进水塔地震响应分析提供一种新的思路。

具有特殊裂隙面岩质高边坡地震反应分析

分析不连续裂隙面的受力状态和运动特性,利用罚函数和拉氏乘子方法引入不连续裂隙面的特定条件,基于广义变分原理建立裂隙岩体不连续系统理论框架体系,并应用于某岩质高边坡具有特殊不连续裂隙面倒楔形体的数值分析研究中。研究结果表明,岩质高边坡对地震波的放大作用不是线性增大的,在不同的高程处加速的峰值放大呈交错变化;岩质高边坡存在凌空面的放大作用,同一高程处坡面的加速度值都大于山体内部的响应值;不连续裂隙断层对边坡的地震响应具有重要影响,尤其是对裂隙周围岩体的影响更显著。研究结果为该工程的高边坡动力特性的认识和后期治理提供了重要的参考。

河床式水电站厂房地震响应软弱基岩弹模敏感性分析

针对水工抗震设计规范的修订情况,以某软弱基岩河床式水电站厂房为例,对中间标准机组段建立基础—厂房整体有限元模型,研究设计反应谱特征周期和下降段衰减系数变动对厂房结构地震动响应的影响,然后依据《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)定量分析软弱基岩弹模变化对河床式水电站厂房自振特性及静动力响应的影响规律。结果表明:由于反应谱特征周期与衰减系数的调整,该厂房依照《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)所得响应较《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073—2000)更为剧烈,第一主应力与总位移可分别提高36.3%和29.8%,增强程度不可忽视。基岩弹模低于5.0 GPa时,厂房对基岩弹模的变化十分敏感,较小的改变也会显著影响厂房在静动力荷载环境下的应力、位移和变形等响应;基岩弹模高于5.0 GPa时,厂房对其变化不再敏感。可见,必须重视软弱基岩弹性模量参数改变的情况,这种改变将对其上建筑物的静动力计算结果产生不可忽视的影响。

基于子结构试验的高强角钢受力性能研究

以哈密北750kV特高压输电塔工程为依托,将Q420单根角钢设计在输电塔架的塔腿中进行破坏性静力试验研究。根据试验结果分析子结构中高强等边角钢的受力性能、极限承载力、失稳形式及变形幅值等指标,并与单根角钢试验结果进行对比。试验研究表明,子结构中的高强等边角钢失稳破坏形态为弯扭屈曲,变形集中在底跨跨中部分,支撑杆件对高强角钢起到了约束作用,降低了高强角钢的长细比,提高了子结构的承载力。

进水塔塔背回填抗震设计优化研究与动态响应

为分析塔背不同回填材料与不同回填厚度对进水塔动态响应的影响,建立6种回填材料与4种回填厚度相互组合下的数值试验模型,对进水塔进行动力分析。对比进水塔关键部位的应力与位移发现:回填材料的不同对塔背与回填交界区域应力有一定影响,石渣回填时,此区域应力最大值有很大减小,接触面应力分布状态也发生了变化;回填厚度对塔顶位移的影响不大。根据数值试验的计算结果与分析规律,合理使用石渣回填,设计了一种新的回填型式。此型式下塔背与回填交界区域不在为集中应力发生的部位;接触面最大应力大幅减小,相同部位的应力值减小;大应力区位置向下偏移,且区域变大、变宽,说明新回填型式改善了进水塔结构的应力状态,对其安全很有利。将提出的回填方法应用于某泄洪洞进水塔结构中,对比分析了新回填型式与原回填型式两种情况下此进水塔塔背与回填交界角点应力时程曲线、塔背与回填接触面应力云图与损伤云图。结果表明新回填型式下进水塔与回填接触面的动态响应得到了很大改善,该方法对进水塔结构的抗震与安全具有重要意义,可供类似工程借鉴。

超高输电塔结构设计安全性研究

采用结构大变形和三维梁单元理论探讨了超高输电塔结构的设计安全性。重点研究了电力行业通用分析设计程序TTA在超高塔中的适用性。西安南郊同塔750 kV、330 kV四回路超高输电塔结构的分析结果表明:TTA程序设计的西安南郊输电塔结构,大变形的影响不显著,采用较简单的小变形分析是可以满足设计要求的;采用TTA程序分析设计的超高输电塔结构,刚度和强度均可满足工程要求,程序的适用性是可以保证的,但塔体结构的最大应力ANSYS分析的结果要略大于TTA程序,应引起工程设计的注意。

基于深度确定性策略梯度算法的智能水下机器人局部路径规划

路径规划是智能水下机器人技术研究的核心内容之一,是实现其自主航行和作业的关键环节。基于水下机器人的运动学模型,将深度确定性策略梯度(DDPG)算法应用于水下机器人的局部路径规划中,通过构造适当的奖励信号和设置合理的训练评估条件,使算法适用于水下机器人的运动学模型。仿真试验验证了采用DDPG算法训练的水下机器人能够在航道水域环境中安全快速地规划和避开障碍物,实现自主安全航行。

基于正交试验法的土质边坡稳定性影响因素敏感性分析

边坡的稳定性问题普遍存在于日常基础工程的建设过程中,一旦发生滑坡就会造成重大的损失,而影响土质边坡稳定性的因素众多,因此全面分析各因素对于边坡稳定性影响的敏感性十分必要。本文基于正交试验法,研究了重度γ、黏聚力c、内摩擦角φ、坡角α、坡高H、弹性模量E及泊松比μ七个因素对土质边坡稳定性影响的敏感性,同时采用极差分析和方差分析法对正交试验结果进行了分析。研究结果表明,对于试验指标Fs,坡角α的敏感性最高,影响高度显著,其次是坡高H、内摩擦角φ、黏聚力c及重度γ,影响一般显著,而泊松比μ及弹性模量E的敏感性低,影响不显著。本文的研究成果可全面、高效地指导边坡防护措施的实施,对于边坡滑坡的治理具有重要意义。

'追赶超越'背景下西安深化改革的思考

随着'一带一路'战略、国家中心城市规划和西安市城市总体规划等实施,古城西安又一次被委以重任,迎来新的机遇和挑战.贯彻落实'四个全面',继续深化改革,实现西安'追赶超越',要加强领导干部队伍建设;结合城市特点,探寻深化改革的新举措、新途径;紧抓西安深化改革新要求,攻坚克难.紧随全国改革大潮,享受国家和陕西关于西安发展的政策红利,激发成为西部领头羊角色的热情,释放西安城市发展潜力.

配水枢纽水力控制的仿真研究

配水枢纽是长距离调水工程和大中型灌区中一种常见的水工建筑物,是连接引水工程和配水工程的中枢。若配水枢纽库容足够大,可视为常水位边界,引水工程和配水工程的水力过渡过程分别计算;否则,需要耦合引水工程、配水枢纽和配水工程,对整个输水系统进行数值仿真。本文通过理论分析构建了配水枢纽进流、出流、溢流复杂运行条件下的质量和能量守恒方程,给出了牛顿-辛普森离散方法和基于Preissmann四点隐式差分的计算程序,建立了配水枢纽的理论模型;针对可能碰到的多进水、多出水、有压无压耦合等工况,给出了数值求解方法。以引汉济渭工程黄池沟配水枢纽作为典型案例,研究了南干线和北干线配水流量调节的水力过渡过程,给出了黄池沟、南干线、北干线的流量、水位变化,以及越岭隧洞的影响范围及变化量值,可为工程的运行调度提供参考。

Morison方程在进水塔动水压力计算中的应用

地震时水体会对水工结构产生动水压力,如何简便高效地考虑动水压力作用是进水塔动力响应分析的基础。引入计算深水桥墩波浪力时广泛采用的Morison方程,对其进行扩展,使其可以用于矩形截面的进水塔。推导过程表明,塔内外动水压力均转化为附加质量,附加质量分布与塔体截面形状有直接关系,与水深无关。通过实例将本文方法与水工抗震标准中进水塔附加质量法进行比较,并通过计算动水压力证明了提出方法的适用性。

黄金峡泵站水泵母材泥沙磨损试验研究

水泵的泥沙磨损问题是泵站运行管理过程中需要重点考虑的问题之一,在含沙水流冲刷作用下,水泵过流部件易产生明显磨损,从而缩短水泵的使用寿命,降低泵站的运行效率。以引汉济渭工程黄金峡水利枢纽为例,通过在水力机械磨蚀测试系统——旋转圆盘循环工位上进行泥沙磨损试验,探究磨损部件不同备选材料的泥沙磨损特性,结果表明:材料磨损深度随测点半径的增大而增大,泥沙中值粒径的大小对磨损的影响显著,磨损深度随泥沙中值粒径增大而增大。同时根据试验结果,构建了材料磨损率关系式,估算了备选材料的磨损量,比选出了合适的水泵母材。最终,基于研究成果提出了减小水泵泥沙磨损的措施建议,对减缓水泵磨损,降低泵站后期运行和维护费用具有重要意义。

引汉济渭工程初期运行充水过程虚拟流量法数值模拟

充水过程是长距离输水隧洞调度运行的典型工况之一,往往水力过渡过程比较复杂,难以手工计算。针对引汉济渭工程初期运行安全调度的现实需求,对首次充水的水力过渡过程采用数值方法进行研究。建立了输水隧洞调度模型,采用虚拟流量法分别对加大供水区和保证供水区两种工况进行了数值模拟计算,分析了不同供水流量的首次充水特性。结果表明,首次充水供水流量分别为70 m^(3)/s和18 m^(3)/s时越岭段首端(桩号0+000)、1/4里程(桩号20+450)、中点(桩号40+900)、3/4里程(桩号61+350)流量和水深都平稳增大,沿程不会出现明满流或隧洞脱空等不利现象。

秦岭隧洞深部岩石力学性能及声发射特征研究

通过对引汉济渭工程秦岭输水隧洞深部三类岩石片麻岩、花岗岩和石英片岩开展围压水平为0、5、10、15 MPa下的三轴压缩试验,分析研究了其力学性能变化,对深部花岗岩试件进行了单轴一次循环加卸载,并同步监测声发射变化,分析了声发射振铃计数、声发射能量和应力的特征规律。结果表明:秦岭隧洞深部片麻岩、花岗岩和石英片岩三类岩石试件的峰值强度和弹性模量均随着围压的增大而逐渐增大,弹性模量增幅随围压增大有所减小。围压一定时,花岗岩的强度和弹性模量均最大,但随着围压的增大,强度相差幅度有所减小,花岗岩的黏聚力和内摩擦角最大;花岗岩试件加载破坏后应力陡降,呈脆性破坏,岩爆倾向性较强;卸载再加载时,其累计声发射振铃计数和累积能量增长迅速,振铃计数率和能量率随应力增大迅速跃升,声发射活动剧烈,卸载会加速岩石受荷不稳定破坏的进程;冲击倾向性较高的岩石在单轴受压时释放较多的能量。

秦岭输水隧洞越岭段施工围岩变形有限元分析

引汉济渭秦岭输水隧洞越岭段的地质结构复杂、埋深大,对不良地质洞段岩体的稳定性进行分析研究十分必要。假定不良地质隧洞围岩及衬砌结构的材料为连续弹性介质,采用Drucker-Prager本构模型,利用弹塑性非线性有限元法对秦岭输水隧洞不良地质洞段的Ⅳ、Ⅴ类围岩施工中的开挖、支护过程进行模拟分析,得到了施工过程中纯开挖和初期支护工况下隧洞围岩塑性变形规律,为秦岭腹地不良地质洞段水工隧洞设计和施工过程选取可靠、安全、经济的支护方式提供参考。

内蒙古近547a旱涝演变及驱动力分析

内蒙古气候干燥少雨,旱灾频发。在常年干旱的气候背景下,会出现雨急量大的超长暴雨,造成相当严重的水灾,水灾是仅次于旱灾的内蒙古第二大灾。旱涝引发的灾害占各类自然灾害总损失的80%以上,从旱涝灾害的角度出发,研究内蒙古旱涝演变特征、规律及驱动力的影响。对内蒙古近547 a的旱涝等级序列进行重新构建,采用M-K检验、B-G算法、CEEMDAN、交叉小波和马尔科夫链数学模型分析旱涝的演变规律及变化特征。结果表明:1470—2016年内蒙古旱涝序列以0.012/(10 a)的速率从干旱频发期向洪涝频发期演变,可划分为3个时期,并呈现上升—下降—上升的趋势。旱涝序列各分量周期显示出不同的年际振荡和年代际波动,旱涝转移优势状态总体趋于正常。在共振周期上,相比NAO、PDO、ENSO等气候因子,SSN和AO对内蒙古旱涝的影响较大。

基于ABAQUS-Python无限元的动力人工边界研究

结构在地震数值模拟中会产生地基辐射阻尼问题,目前广泛采用的人工边界能够有效解决该问题,然而实现一般比较繁琐。基于无限元动力边界原理和波在弹性介质中传播理论,推导了剪切波和压缩波入射情况下,人工边界各侧面节点的等效荷载时程表达式。借助ABAQUS有限元软件中无限单元,给出了无限元-有限元联合建模方法,利用软件内嵌的Python脚本语言进行开发编程,实现边界节点上荷载幅值的自动生成和施加。算例结果分析表明,该方法计算结果精度较高,能够有效解决地基辐射阻尼问题。

深埋水工隧洞岩爆微震监测预警研究

为了避免或降低潜在的岩爆风险,以陕西省引汉济渭工程秦岭输水隧洞为研究对象,采用加拿大ESG微震监测技术获取分析岩爆监测信息,对TBM隧洞微震监测设备的安装、传感器阵列布置、数据无线传输的方案进行了优化。通过长期监测结果和实际开挖情况对比发现:TBM洞段和钻爆法洞段80%以上的岩爆可提前预测,准确率分别达到90.96%和83.3%。

考虑接触非线性的进水塔动力响应分析

进水塔处于水利枢纽的咽喉部位,在地震时确保其安全对整个工程意义巨大。进水塔塔后高回填在地震时可能与进水塔分开、接触或滑移有关,通过引入接触单元考虑两者之间的相互作用。采用动力时程分析方法研究了塔体结构薄弱位置处应力、应变特点及规律,对水电站进水塔结构与塔后回填混凝土的接触部位进行了地震反应分析研究。分析结果表明,在地震作用下,塔体与塔后回填材料的接触部分在结构薄弱位置易发生应力集中甚至开裂,且呈规律性变化,研究结论基本符合理论预期目标。