应用型本科人才培养“产教协同、理实融通、专创融合”模式的探索与实践——以水利类专业为例

新工科背景下的应用型本科人才培养以校企合作为纽带,全方位实施产教协同,开展专业课程改革,构建实践育人校企合作机制。通过创新实践教学方式方法,人才培养方案增设课内“非实验实践性教学”和“工程训练”等环节,全面推行毕业设计“真题真做”、校企“双导师制”,建立完整的实践教学体系。将实践教学和创新创业教育融为一体,促使产教协同“提质增效”,在理实融通的教学过程中提高学生的学习效果,在专业教育与创新创业教育融合中激发学生的创新活力,实现应用型人才的高质量培养。

泵站正向进水结构流场特性多目标优化研究

为提高引黄灌区水源含沙提水泵站进水结构流场稳定性,对泵站原型(泥沙淤积前)进水结构设计参数进行耦合协同优化。选取甘肃省景电灌区典型正向进水泵站为研究对象,确定流场特性评价指标与进水结构设计参数,基于仿真智能算法(PSO-BPNN)和多岛遗传算法(MIGA)构建PSO-BPNN-MIGA耦合优化模型,通过Realizable k-ε湍流模型耦合考虑相间滑移的Mixture多相流模型对最优方案进行模拟。由耦合优化模型得到的最优设计方案(OPT)为:扩散角θ=26.30°、总宽度B=26.46 m、底部纵坡i=1∶2.3、悬空高度C=1.05 m、淹没深度h_(s)=1.38 m、后壁距T=0.57 m;OPT方案评价指标预测值和计算值的偏差率均在10.00%以内;OPT方案下泵站进水结构内未出现明显旋涡回流区,泥沙淤积强度和淤积范围明显减少、水流流速较小、流线较为均匀。优化模型在泵站原型进水结构协调优化中较为可靠,可实现参数区间内的全局连续寻优,所得最优方案整体优化效果较好。本文提出的研究思路与方法可为类似泵站工程设计参数耦合协同优化提供参考方法借鉴。

早期受盐-冻耦合作用下掺玄武岩纤维混凝土耐久性劣化规律

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同)NaCl+5.0%Na_(2)SO_(4)复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用扫描电子显微镜、超声法缺陷检测和核磁共振孔径检测三种分析手段探究了玄武岩纤维在微观层面上对早期受盐-冻耦合作用下混凝土宏观性能的改善作用。研究结果表明:在早期受冻混凝土中掺加玄武岩纤维能够有效提高抗压强度,减小质量损失;随着纤维掺量的增加,抗压强度、相对动弹性模量呈先增加后降低的趋势;随着冻融循环次数的增加,不同体积掺量玄武岩纤维早期受冻混凝土试块的超声脉冲传播速度逐渐增大,各组试块的总孔隙率与冻融次数呈正相关,且掺加玄武岩纤维能增加无害孔,减少多害孔,从而提高混凝土抗冻耐久性;试验中纤维掺量为0.15%(体积分数)的试块表现最优越。该研究可为寒旱灌区早期受冻混凝土耐久性研究及后期维护提供参考。

盐-冻侵蚀环境下聚丙烯纤维混凝土的寿命预测

针对我国西北地区混凝土结构在盐-冻侵蚀下耐久性降低的问题,本研究选取不同聚丙烯纤维掺量(0、0.6、0.9、1.2、1.5 kg·m^(-3))的混凝土试件,将其分别放入清水、3%NaCl、5%Na_(2)SO_(4)溶液中进行冻融循环试验,分析试件质量损失率、动弹性模量和抗压强度的变化规律,并基于Weibull理论和灰色预测理论分别建立标准模型,对聚丙烯纤维混凝土结构的最大服役年限进行预测,同时结合SEM分析聚丙烯纤维对混凝土的作用机理。结果表明:清水冻融工况对混凝土造成的损伤要低于盐冻侵蚀,其中氯盐对混凝土的力学性能侵蚀破坏最为严重;聚丙烯纤维的渗入可以有效减缓冻融侵蚀作用下混凝土力学性能的衰减速率,削弱因外界侵蚀对抗压强度等带来的影响。当纤维掺量达到1.2 kg·m^(-3)时效果最优,灰色预测模型和Weibull两种模型的寿命预测结果大致相似,其中灰色预测模型只能根据现阶段所含有的数据进行大范围的推断,而Weibull模型预测结果较为精确。该结果可为混凝土的力学性能研究和选择较佳的模型预测混凝土服役寿命提供一定的理论指导和依据。

盐冻条件下纤维混凝土耐久性及强度预测

为探明玄武岩纤维细石混凝土在盐冻条件下的耐久性,准确预测混凝土在非线性特征及外界多因素影响下的强度变化,以甘肃景电灌区盐碱地的水工建筑物群及其服役环境条件为验证原型,通过开展室内材料试验,改变冻融介质(清水、3%NaCl溶液、5%Na2SO4溶液)及玄武岩纤维体积掺量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%),初步探究玄武岩纤维细石混凝土在不同盐冻环境下的单轴抗压强度变化规律。基于室内试验结果,通过构建天牛须搜索算法(BAS)与BPNN结合的BAS-BP模型,预测了盐冻条件变化下玄武岩纤维细石混凝土的抗压强度;为验证BAS算法的准确性,同时构建经两个智能算法改进的BPNN模型,对不同模型计算得出的性能指标进行分析及误差对比。试验结果表明:适量的玄武岩纤维掺入可以提高细石混凝土的抗盐冻性能,纤维体积掺量为0.15%时,细石混凝土的各方面性能最优;NaCl溶液中的试件比Na2SO4溶液的冻融损伤更严重。模型预测误差对比表明,BAS-BP模型具有较好的准确性和稳定性。

传统工科专业的数字化升级路径与实践

产业升级驱动应用型高校的传统工业专业数字化升级并为其提供技术支持。传统工科专业实现高质量发展应从两方面着手:第一,人才培养体系适配产业升级对人才结构的需求;第二,传统工科专业升级以跨学科发展为基础。本文研究跨学科教育理论框架下的专业数字化升级路径,从组织框架、教学过程和评价方法三个维度,适配人才培养目标、课程体系、实践基础设施、管理评价制度,达到辅助教师终身学习、提升学生学习体验的目的。基于数字教育理论研究,实施数字化教学范式跃迁。以传统工科水利水电工程专业数字化升级为例,构建全过程沉浸式数字化实践平台,解决该专业实践教学点多面广、周期长、场景复杂的难题,同时适配课程评价管理制度。

泵站直边正向前池流态模拟与泥沙淤积预防措施

针对从高含沙河道取水的大型泵站直边正向前池泥沙淤积导致前池调节能力下降、泵站运行效率低下等问题,利用ICEM-CFD软件构建原型前池结构三维模型,采用FLUENT软件基于Standard k-ε湍流模型对前池流态进行模拟分析,并针对不良水流流态提出增设导流墩与压水板2种优化措施。结果表明,数值模拟结果与实际调查情况相一致,前池水流流态紊乱,泥沙淤积较严重,八字形导流墩可在一定程度上削减主回流区范围,但对前池水流仅起到分配作用,流场分布无明显改善;45°压水板能有效改善前池主流效应,两侧回流区明显减弱,在改善前池泥沙淤积问题的同时保证了水泵有利的进水条件。

改进的TOPSIS综合评价模型在河道整治方案优选中的应用

综合考虑社会效益、生态效益、经济效益,建立河道整治方案的优选评估指标体系,提出利用"垂面距离"代替"欧式距离"确定贴近度进行方案优选的综合评价方法,建立基于信息熵权的改进TOPSIS综合评价模型,并将该模型应用于乌海市摩尔沟河道整治方案的优选中。结果表明:改进的TOPSIS综合评价模型能较好地评价河道整治方案,方案优选结果与当地实际情况相符。

竖向进水管布置对泵站进水流态的影响模拟

基于定常不可压缩强曲率流体的RNG k-ε紊流数值模型,通过建立以水力损失最小和基于质量加权流速均匀度最大为优化目标的评价函数,设定适当的边界条件,利用三维非结构化六面体网格单元进行网格划分,采用有限体积法对控制方程进行离散,应用CFD软件Fluent对泵站进水池和水泵进水管内部流场进行数值模拟计算.为了模拟水泵竖向进水管布置的控制参数对泵站前池和水泵进水管口流态的影响,参照现行的泵站设计规范,分别模拟了管道内径为D的竖向进水管在不同后壁距和不同悬空高度时的进水流态,并绘制了水泵进水管口流速均匀度和水力损失关系曲线.研究表明,对于安装有卧式离心泵的大型提水泵站,合理的进水管后壁距与悬空高度可以保证良好的进水流态,促使水泵进口流速分布均匀,有效地防止前池内的泥沙淤积,并能确保水泵高效稳定运行.根据模拟计算结果,提出了设计时可供参考的进水管后壁距取值范围为(0.4～0.8)D,悬空高度的取值范围为(0.6～0.8)D.

受侵蚀混凝土耐久性衰减影响因素试验研究

针对地处滨海和盐渍区的混凝土建筑物长期遭受干湿循环和有害化学离子侵蚀的双重作用,导致混凝土耐久性衰减的问题,采用现场调查、室内加速试验、理论分析等相结合的研究方法,进行干湿循环下硫酸盐、复合盐(硫酸盐+氯盐)、水三种不同侵蚀条件的对比试验,以试件的相对动弹性模量为评价指标,研究不同侵蚀方式、侵蚀介质、水灰比、及粉煤灰掺加对受侵蚀混凝土耐久性能衰减的影响规律,研究结果表明:干湿循环能够促进硫酸盐对混凝土的侵蚀;干湿循环与硫酸盐侵蚀条件下,硫酸盐的侵蚀作用较复合盐的侵蚀作用明显,掺入20%粉煤灰对于增强混凝土抗盐结晶侵蚀性能有一定的积极效用。

硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用下混凝土材料耐久性研究

针对我国西北寒旱地区水工混凝土结构长期遭受冻融及盐离子腐蚀等侵蚀破坏造成混凝土结构耐久性衰减问题,结合工程实际采用理论分析与室内加速试验相结合的方法开展硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用下混凝土耐久性试验,探究硫酸盐侵蚀-冻融循环作用下混凝土材料动弹性模量、质量以及抗压强度等耐久性指标变化规律。结果表明:混凝土材料在硫酸盐侵蚀-冻融循环作用下,其动弹性模量、质量以及抗压强度等耐久性指标显著下降,选用水胶比为0.35的混凝土材料能更好地抵抗硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用破坏。试验结果与实际工况相吻合,为硫酸盐侵蚀-冻融循环环境下混凝土材料的耐久性研究提供参考依据。

基于改进支持向量机的盐碱地信息精确提取方法研究

【目的】探索无人机遥感下可以精确提取盐碱地信息的方法。【方法】以甘肃省景泰川电力提灌灌区一期灌区为研究区,采用Trimble UX5固定机翼无人机采集研究区遥感数据,提出了一种基于Ada Boost算法的改进支持向量机(SVM)分类的新方法,以实现盐碱地信息的精确提取。【结果】与传统SVM分类相比,改进SVM分类精度提升显著,总精度最高达96.55%,Kappa系数为0.957 3。改进前后不同类型盐碱地提取面积与实测面积相比,最大误差为5.4%,平均误差为2.16%。【结论】该文提出的基于改进支持向量机分类方法可有效提高遥感影像的分类精度。

干旱区扬水灌溉对灌区地下水盐演化的影响

利用甘肃景电灌区15年地下水水位动态及水质监测资料,分析了干旱区扬水灌溉对封闭型水文地质单元和开敞型水文地质单元地下水盐演化的影响.结果表明:高扬程提水灌区内的水盐运移主要受控于灌溉水入渗,呈径流滞缓、水盐积累的特点;灌溉水入渗带、溶质迁移带和潜水排泄带的地下水矿化度受入渗—溶滤过程的影响呈振荡变化型;封闭型水文地质单元的汇水聚盐带地下水矿化度和土壤含盐量均呈逐年上升趋势,是灌区内土壤次生盐碱化形成的主要原因.

基于可拓学理论的坝坡稳定性评价方法

以物元模型的可拓学理论为基础,提出了针对大坝坝坡稳定性评价的可拓学评价方法,通过构造物元关联函数及物元关联度,确定物元经典域、节域,建立大坝坝坡稳定的可拓学评价模型,采用乘积标度法分析确定权重来定量评价和预测大坝坝坡稳定性。通过应用该评价模型对工程实例进行评价,并与二维有限元方法计算结果进行比较和验证,结果表明可拓学评价方法的评价结果与数值计算结果吻合良好。因此可拓学评价方法应用于土石坝坝坡稳定性评价是可行的,与传统评价方法相比,具有计算简单、便捷实用等特点,可在同类工程的坝坡稳定性评价和预测中应用。

干旱区扬水灌溉对区域地下水动态特征的影响分析

受季节性人工灌溉的影响,干旱扬水灌区不同运移带的地下水具有独特的时空动态特性。以甘肃省景电一期灌区为研究区,利用其1982-2011年地下水位实时监测数据,分析灌区地下水时空变化规律,探索干旱扬黄灌区不同地下水运动带的地下水动态特性。研究表明,灌区内的潜水汇聚带与潜水运移带年际地下水位具有明显的上升趋势,地势比较低洼的潜水汇聚带甚至出现地下水出露现象,而灌溉水入渗带与潜水排泄带地下水位处于相对平衡状态;灌区内不同地下水运动带年内的地下水位变化过程具有显著差异性,这种差异主要是受灌溉过程及区域局部开采共同作用影响;灌区地下水空间动态以自西南向东北运移为主。

基于灰色理论的混凝土耐久性能衰减预测研究

针对我国漫长海岸线、西部大面积盐渍土地区的混凝土建筑物硫酸盐、氯盐等有害化学离子侵蚀,并遭受干湿循环的"超叠加效应",致使建筑物提前出现开裂、剥落等的危害,严重威胁着混凝土建筑物的正常运行及使用寿命的问题,提出了混凝土耐久性能衰减预测研究。通过试验所得的数据,以动弹性模量作为混凝土耐久性能衰减评价参数指标,运用灰色系统理论建立了干湿循环下硫酸盐侵蚀混凝土的力学性能GM(1,1)预测模型,得到该模型预测的平均相对误差值。分析结果表明:基于灰色理论的预测模型精度高,适用性好,为类似环境下混凝土侵蚀破坏的预测提供了参考。

冻融作用下粉煤灰引气混凝土动弹性模量的衰减规律研究

针对我国西北寒旱区水工混凝土结构长期遭受冻融循环作用导致耐久性能衰减的问题,以研究冻融作用下混凝土力学性能变化规律为目标,依据实际工程,采用室内加速试验与理论分析方法,以试块相对动弹性模量为评价指标,研究了混凝土水胶比、粉煤灰掺量、引气剂掺量及冻融循环次数对混凝土耐久性衰减的影响规律,采用回归分析法建立了混凝土动弹性模量损失的衰减模型,并基于该模型构建冻融循环作用下混凝土的寿命预测模型。结果表明:以初始动弹性模量的60%(2.424×10~4MPa)为破坏条件,甘肃省景泰川提灌工程二期总干渠5#渡槽的混凝土能经历1 502次快速冻融循环,渡槽材料耐久性安全运行年限为153年。研究成果为冻融环境下混凝土结构的寿命预测提供了参考和依据。

大型高扬程泵站出水塔结构振动模态分析

针对大型高扬程泵站出水塔结构在运行过程中存在的振动问题,以甘肃省景泰川电力提灌二期总干六泵站出水塔结构为例,构建ANSYS环境下的泵站出水塔三维有限元仿真模型,在正常工作状态下采用子空间迭代法进行基于环境激励的模态参数辨识,并获取其模态振型,分析了泵站出水塔结构的振动特性。结果表明:该出水塔结构在运行期的基频为9.91 Hz,主振方向为垂直压力管道法线方向;结构的模态振型基本按照横向-竖向-扭转的规律进行,且主要发生在结构中部镂空立柱部位。数值分析结果与现场DASP测试结果基本相符,表明有限元子空间迭代法模拟分析结果有效可靠,实现方便。研究成果能为大型高扬程泵站出水塔的更新改造设计提供理论依据,同时能为灌区水工结构的模态参数辨识提供技术参考。

灌区水工混凝土建筑物受硫酸盐侵蚀破坏机理研究

经过对甘肃景电工程和宁夏扶贫扬黄灌溉工程等大型提灌工程混凝土建筑物附近地下水的分析和研究,发现硫酸盐是此类混凝土建筑物侵蚀破坏的主要介质,地下水中的硫酸盐与混凝土内部的一些不稳定或亚稳定的物质发生反应,产生体积膨胀是导致混凝土结构破坏的主要原因。

硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用下混凝土力学性能研究

针对西北旱寒区混凝土结构在冻融破坏及盐离子侵蚀作用下力学性能不断降低的问题,采用室内循环加速试验和理论分析相结合的方法,依据实际工程情况开展硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用下混凝土力学性能试验,分别考虑引气剂量、粉煤灰掺量及水胶比3个因素,探究硫酸盐侵蚀-冻融循环复合作用下混凝土材料抗压强度指标变化规律。结果表明:引气剂掺量及粉煤灰掺量对力学性能影响较大,水胶比影响较小;加入适量的引气剂和粉煤灰能提高混凝土的抗冻抗侵蚀能力。