基于PSO-SVR的海缆刚度预测模型研究

海缆刚度是表征海缆截面力学特性的重要指标。精细数值模拟方法可考虑层间接触、摩擦等非线性行为,实现刚度的精确获取。但在海缆的截面初步设计中需进行不同几何参数下刚度的对比分析,这一过程需投入大量的人力物力以完成多个对比模型的建模与计算。依托Nysted海上风电工程,建立海缆的有限元模型,采用正交试验法确定影响海缆抗拉刚度、逆时针抗扭刚度和顺时针抗扭刚度的主要因素;将主要影响因素作为粒子群优化算法-支持向量回归模型(PSO-SVR)的特征输入,分别建立海缆抗拉刚度、逆时针抗扭刚度和顺时针抗扭刚度的预测模型,并对比分析PSO-SVR模型与GRNN神经网络模型、BP神经网络模型的预测性能。计算结果表明:导体直径、钢丝直径、钢丝节距和铠装层数对海缆刚度的影响较大,而钢丝弹模对其影响较小;PSO-SVR模型的决定系数高于0.95且误差较低,预测效果均优于GRNN神经网络模型和BP神经网络模型,该预测模型可为海缆结构初步设计提供技术支撑。

基于能量守恒原理的海缆结构力学特性理论分析研究

基于能量守恒原理建立海缆在轴对称荷载作用下的3种力学分析理论模型,3种模型均可计入层间初始间隙,不同于螺旋层的变形考虑,模型1只考虑轴向变形,模型2在此基础上将径向变形考虑在内,模型3进一步计入局部弯曲和扭转;接着,通过具体实例验证理论模型的可靠性;最后,分析海缆的结构力学特性。研究结果表明:螺旋层的径向变形、局部弯曲和扭转对海缆轴对称力学响应影响较小,建议采用模型1进行分析;轴对称荷载作用下,螺旋层是主要的承载构件,且荷载的作用会导致层间发生分离,分离位置与荷载类型及方向有关;层间初始间隙越大,海缆刚度越小;铠装螺旋角度的增加会降低海缆抗拉刚度,增大顺/逆抗扭刚度;海缆的顺/逆扭转截面性能有所不同,其顺抗扭刚度较逆抗扭刚度大;外水压会增大海缆逆抗扭刚度,对抗拉刚度及顺抗扭刚度无影响。

海上单桩基础风机土体阻尼校核与预测方法研究

对长期承受动荷载作用的海上风机而言,土体阻尼是影响其疲劳寿命的重要因素之一,不同学者对其考虑方式尚未统一,同时土体阻尼的输入和校核结果间存在一定差异.针对这一问题,本文以江苏黄海某风机工程项目为依托,在ABAQUS软件中建立单桩基础式海上风机有限元计算模型,设计了包含风机结构壁厚、基础埋深、结构密度及土体阻尼等因素的系列计算方案,采用自由振动分析对土体阻尼输入与校核间差异性进行系统研究,并设计正交试验采用极差分析方法进行各因素的影响权重分析,在此基础上基于多参数非线性回归分析提出了综合拟合公式,并给出相应土体校核阻尼预测方法.结果表明:风机土体阻尼校核结果远小于其输入值,仅为后者的2%~15%;校核阻尼与风机结构壁厚、结构密度呈正相关关系,与基础埋深呈负相关关系,但当基础埋深达到8倍桩径后,则基本不再影响校核结果;以上各因素并非线性独立,三者共同作用决定土体阻尼校核结果,其中结构壁厚影响最为显著,其次为结构密度,最后为基础埋深;本文提出的以结构壁厚与校核结果间幂函数为基础的拟合经验公式,其拟合精度良好,可有效模拟各因素与校核阻尼间的关系,同时可为同类型风机土体阻尼校核预测提供数学基础.

穿越岩溶地区隧洞施工开挖防渗措施研究

穿越岩溶地区隧洞在施工开挖期极易遭遇涌水突泥现象,如何选择合适的防渗措施减少隧洞渗流量一直是热点问题。依托某引调水工程,建立岩溶地区复杂地层三维有限元模型,重点考虑洞顶回填混凝土、洞周注浆圈、混凝土防渗墙3种防渗措施,研究了隧洞开挖过程中孔隙水压力及隧洞渗流量的变化规律,分析了防渗墙和注浆圈渗透系数对渗流特征的影响。结果表明:在本工程中,混凝土防渗墙对隧洞孔隙水压力分布的影响非常大,防渗墙之间水位降低程度明显,而洞周注浆圈对隧洞渗流量的影响最大,施工时要保证注浆圈的质量;孔隙水压力随着与隧洞中心水平距离增加而增加,随着与隧洞中心竖直距离增加呈现先增大后减小的变化趋势;随着注浆圈或防渗墙渗透系数增加,注浆圈或防渗墙区域内的孔压增长速率逐渐降低,隧洞渗流量不断增大。

超深埋隧洞防渗排水措施与衬砌外水压力分布规律

高外水压力是制约超深埋水工隧洞建设的关键性难题之一,以排水孔为中心的综合堵排措施是降低外水压力的主要举措。为克服传统排水孔实体单元法整体网格划分难度大和计算效率较低的问题,首先,基于ABAQUS平台开发了两节点排水孔线单元模型,并验证其在隧洞工程数值模拟分析中的正确性和有效性;其次,建立了考虑防渗排水措施的围岩-衬砌三维有限元模型,研究多种防渗排水措施下的隧洞渗流场及衬砌外水压力分布规律;最后,探讨了防渗灌浆圈与排水孔设计参数对外水压力分布的影响,提出了防渗灌浆圈与排水孔间隔布置的原则。研究结果表明:所开发的两节点排水孔线单元具有较高的精度,在排水孔数目繁多的模型中具有极高效率;排水孔数目越多、深度越大、排距越小,衬砌外水压力越低;排水孔能够有效降低衬砌的外水压力,而防渗灌浆圈降外压能力有限;在排水孔末端间隔一定厚度围岩后再施作防渗灌浆圈,可更有效发挥两者的降压作用。

结合SBAS-InSAR技术与瞬变电磁法在煤矿区沉降监测中的应用

煤矿长时间开采会导致上覆岩层在重力因素下产生刚性弯曲、断裂等,进而造成一系列安全隐患。如何高效地对煤矿区进行地表形变监测,对煤矿安全、自然生态有着十分重要的意义。文章结合小基线集干涉测量(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)技术与瞬变电磁测深法对煤矿区进行沉降监测。此外,采用标准差椭圆分析了沉降体空间形变规律与特征,利用长短时记忆网络(long short term memory network,LSTM)模型预测了沉降体形变趋势。分析结果表明:通过瞬变电磁法与干涉测量结合,地表形变范围基本与瞬变电磁反演的采空区吻合,标准差椭圆分析出形变中心向西南方移动376 m,沉降形态也在向似圆状过渡;LSTM模型可以预测两个月的形变,误差为2 mm,可以实现煤矿区形变趋势的短期预测。

临水强透水地层船闸基坑帷幕防渗与管井降水措施研究

临水强透水地层总是伴随着高地下水的特点,对于该地层的基坑施工易造成许多危害和不利影响,因此需要采用帷幕和管井的防渗降水措施,目前对于帷幕和管井的防渗降水效果的评价方式仍处于探索阶段。利用ABAQUS有限元计算软件,分别对帷幕和管井作用下的基坑渗流特征进行研究,采用单宽渗流量、帷幕降水深度、边坡水位作为帷幕防渗效果的评价标准,采用管井流量和边坡水位作为管井降水效果的评价标准,对帷幕深度和帷幕距基坑的距离以及管井深度、管井间距和管井半径进行敏感性分析,并对帷幕管井共同作用下帷幕和管井的防渗降水效果进行分析,为船闸基坑工程中帷幕和管井的布置方案提供设计依据。

土石围堰防渗墙快速施工时泥浆渗透特性及渗透系数反演方法研究

土石围堰防渗墙施工过程中的固壁泥浆具有一定的防渗能力。如果工程中出现一些突发事件严重影响施工进度,为了确保主体建筑物施工进度,工程中可以采用围堰防渗墙施工过程中提前进行基坑抽水的施工策略,但此时固壁泥浆的防渗能力以及堰体稳定是否满足要求还有待研究。利用ABAQUS有限元计算软件,以渗流量为评价参数,研究了围堰不透水层深度、泥浆渗透系数以及泥浆影响带对围堰防渗能力的影响。并在此基础上,提出了基于围堰渗流量的泥浆渗透系数反演方法,为围堰防渗墙施工与基坑提前排水同时进行的施工策略研究提供了重要的依据。研究成果可为类似工程提供参考。

我国农业现代化研究热点与趋势分析

本研究利用CiteSpace-6.2.R3软件对1998—2022年CSSCI数据库中1424篇农业现代化研究论文进行共被引文献分析。此外,中国科学院亚热带农业生态研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心和中国科学院东北地理与农业生态研究所开展了大量与农业现代化相关的研究,本研究在CSSCI数据库文献基础上结合3个研究机构1980—2023年间的研究论文进行关键词共现分析,探索该领域的知识基础和前沿趋势。研究发现:1)基于CSSCI数据库,农业现代化研究演化路径呈现出由探索农业现代化道路可行路径、分析农业现代化与(新型)城镇化、工业化及信息化的协调耦合和互动影响,到关注农业社会化服务问题、农业经营主体问题、乡村振兴内涵价值以及小农户地位作用等多层次、多角度的发展脉络。以小农户为主体的相关领域构成了农业现代化最新的研究前沿之一。2)CNKI数据库文献关于农业现代化研究主要由农业遥感技术应用研究、生猪生态饲养现代化研究、湿地生态研究、喀斯特生态系统提升与科技扶贫、华北地区高效农业技术研究、黑土地肥力维持与提升研究、水稻抗逆境育种研究和红壤丘陵区农田生态系统研究8大主题构成。3)农业现代化的概念和实践呈现时间序列的动态演变特征,人与自然、社会经济系统协同互动成为新趋势。4)中国科学院3个研究机构在不同历史时期形成的多种技术成果、方案示范对我国农业发展发挥了重要的引领作用,其研究文献及学术著作是该领域值得参考和学习的宝贵财富。未来农业现代化的研究,需重点关注3个研究机构等在农业现代化道路探索中所做出的重要贡献。

H_(2)O对合成气火焰热释放特性及NO生成路径的化学影响

利用Chemkin软件研究了H_(2)O的化学效应对不同含氢量的合成气(H_(2)/CO体积比=10∶90和50∶50)火焰温度、热释放特性及NO生成路径的影响规律。结果表明,尽管H_(2)O相比N_(2)具有更高的比热容,但是其能够直接参加化学反应,促进了OH和HO_(2)自由基的生成,提升了H+O_(2)+H_(2)O=HO_(2)+H_(2)O、H+HO_(2)=2OH、OH+CO=H+CO_(2)、OH+H_(2)=H+H_(2)O等反应的热释放速率,导致H_(2)O的化学效应能够提升合成气火焰温度,且对低氢含量的合成气火焰温度提升作用更加明显。不论H_(2)/CO比例高低,H_(2)O的化学效应均促进了热力型NO生成,抑制了NNH路径对NO生成的贡献;在高氢含量的合成气(H_(2)/CO=50∶50)火焰中H_(2)O的化学效应促进了N_(2)O路径对NO生成,但是抑制了低氢含量的合成气(H_(2)/CO=10∶90)火焰中N_(2)O向NO的转化。

铺设排水板的水工隧洞组合衬砌受力特性研究

为研究铺设排水板的水工隧洞组合衬砌结构受力特性,基于有限元软件ABAQUS建立围岩-组合衬砌整体三维数值模型,考虑围岩的约束作用、结构交界面接触非线性和自密实混凝土开裂非线性,研究内水压作用下组合衬砌钢管、自密实混凝土、管片、螺栓等结构的受力特征以及排水板材料属性对组合衬砌结构承载性能的影响。研究结果表明:衬砌充水运行时,钢管发生“横椭圆”膨胀变形,整体出现上抬趋势,排水板端部钢管处于弯剪受力状态,整体应力水平较低;自密实混凝土在排水板端部开裂后发生错动,环向分布多条贯穿裂缝;管片变形主要发生在无排水板铺设区域,环向以受拉为主,而环向螺栓有较大的安全裕度;排水板材料属性对组合衬砌承载性能影响显著,随着其弹性模量略微增加,钢管各部位内水压承载比明显降低,自密实混凝土底部发生开裂,管片环向拉应力持续增大,组合衬砌出现整体联合承载趋势,对管片受力较为不利,后期优化设计应以控制排水板弹性模量为主,建议其弹性模量取值不超过10 MPa,以保证衬砌结构安全运行。研究成果可为水工隧洞组合衬砌结构设计提供参考。

山区公路沥青路面基面层滑移破坏研究

针对山区公路沥青路面常见的基面层滑移破坏,为了提出有效的防治对策,首先,进行了现场调查和非均布荷载作用下的三维有限元计算。分析认为基面层滑移破坏的主要原因是沥青面层厚度较小、超载、高温、路线频繁的变坡以及施工质量较差;从而采用不同的层间处理措施进行了层间滑移室内模拟试验,并对不同温度下的层间抗剪强度进行了比较。结果表明:SBR乳化沥青具有较好的层间粘结能力和温度稳定性。最后,确定了层间抗剪设计指标,提出了基面层间采用SBR乳化沥青处理、进行层间抗剪验算、提高施工质量以及合理设计路线等防止基面层滑移的技术措施。

高温-高含冰量冻土压缩变形特性研究

高温-高含冰量冻土属于塑性冻土,荷载作用下具有较强的压缩性.为了研究高温-高含冰量冻土的压缩变形特性,采用恒温-变载的试验方法得到了不同温度(-0.3、-0.5、-0.7、-1.0、-1.5℃),不同含水量(40%、80%、120%)条件下冻土试样的体积压缩系数.结果表明:1)高温-高含冰量冻土具有极大的压缩性,青藏黏土40%含水量试样在-0.3℃时的体积压缩系数可达0.328 MPa-1,属于高压缩性土;2)高温-高含冰量冻土在压缩过程中存在渗滤变形,且主要发生于加载的初始阶段;3)温度与含冰量是影响高温-高含冰量冻土压缩性的主要因素,它们决定了冻土中体积未冻水的含量,从而控制了冻土的压缩性;4)在试验条件下,高温-高含冰量冻土的压缩性随着温度的升高而增大,随着含水量的增大而减小.高温时含水量对压缩性的影响比较显著,低温时影响较小.

市域能源碳排放影响因素分析及减碳机制研究——以福建省为例

选取福建省市域作为研究对象,应用扩展型的STIRPAT-PLS模型对2010～2016年福建省市域碳排放影响因子进行实证分析,探讨驱动福建省市域碳排放量增长的主要影响因素和各因素的影响程度,明确碳排放控制的主要领域.结果表明:总人口、城镇化率、人均GDP、第二产业比重和能源强度对碳排放量增加有正向驱动作用,而第三产业比重对碳排放量增加有负向驱动作用.总人口、城镇化率以及第二产业比重对碳排放量增长的贡献最大.据此,建议福建当前及未来时期减碳重点应是采取优化能源结构和促进产业结构升级,加速发展清洁、再生能源与提高能源效率相并重等策略.

基于加速加载试验的沥青路面车辙预估研究

根据加速加载车辙试验结果,采用"亚层变形叠加"的基本思想,对室内永久变形预估模型进行了标定,确定了包含温度、作用次数、剪应力、材料抗剪强度、速度等主要因素的车辙预估模型.结果表明,提出的车辙模型能够较精确地模拟环道路面的车辙变形规律,该预估方法可为沥青路面车辙方面的相关研究及沥青路面的设计提供参考.

水工隧洞组合衬砌结构开裂特性研究

为研究铺设排水板的水工隧洞组合衬砌结构开裂特性,从结构变形协调的角度推导了多层厚壁圆筒模型理论公式。以珠江三角洲水资源配置工程某水工隧洞为依托,对无排水板铺设方案和全排水板铺设方案下组合衬砌进行受力分析;基于有限元软件LUSAS建立数值计算模型,采用塑性损伤多裂缝混凝土本构模型,探究排水板局部铺设下组合衬砌钢管变形和应力演化特征以及自密实混凝土的开裂特性。结果表明:无排水板方案下钢管只承载较小比例的内水压,全排水板方案下钢管承载约1/3的内水压,此时自密实混凝土均已达到开裂水平;开裂非线性分析表明,在自密实混凝土损伤开裂后钢管位移最大值位于腰部下侧靠近排水板末端,排水板铺设区域钢管应力达到屈服强度的1/3,未充分发挥承载能力;自密实混凝土裂缝发育大致表现为弹性阶段、起裂阶段、拓展阶段、波动阶段等4个阶段,新的表面裂缝产生后会迅速贯穿、拓展,并造成周围相邻两条裂缝轻微闭合,贯穿裂缝主要位于排水板铺设区域。研究成果可为组合衬砌结构优化设计提供参考。

多年冻土区斜坡地带锥柱基础初始回冻过程模型试验

青海—西藏±400 kV直流联网工程沿线穿越多年冻土区565 km,其塔基将不可避免地遇到大量的冻土工程地质问题。锥柱型基础具有承载能力强并可消减切向冻胀力的特点,因而成为该条线路多年冻土区杆塔基础的主要形式。本文以青藏±400 kV直流联网工程为背景,对多年冻土地区斜坡地带锥柱型基础在回冻过程中的稳定性开展研究。主要通过相似比为1∶10的室内模型试验,监测地基土回冻过程中基础所受的冻胀应力,以及基础位移在水平与垂直方向的变化规律,并基于试验结果和研究现状对工程设计、施工与维护提出建议。试验结果显示:在冻结过程中随着地基土温度的降低冻胀力逐渐增大,基础顶部的水平冻胀力最大达到130 kPa,基础底部的法向冻胀力最大可达80 kPa。冻结过程中基础有冻拔现象,最大为5.5 mm。试验中基础顶部的水平位移最大达到3.8 mm。

基于改进力导向模型的生态节点布局优化

在西北干旱半干旱生态脆弱区,构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,提高景观之间的连通性。而生态节点的布局优化能够降低能量损耗,增加稳定性,对维持区域生态环境安全稳定具有重要意义。以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,在现有生态网络基础上,改进了H&V算法的力导向(force-directed)模型,通过优化生态节点的布局对生态网络进行优化。研究结果表明,在磴口县选取的局部研究区内,与H&V算法相比,改进force-directed模型优化的生态节点布局覆盖率达到90.79%,提升了4.08个百分点;平均聚类系数升高至0.071,是未改进H&V算法的1.4倍;分布均匀度降低至2.629,比未改进H&V算法降低了0.629。通过模型优化使得网络结构清晰、生态节点布局均匀,节点覆盖率更高,表明优化后生态网络结构更为稳定。

有限元强度折减法在导流隧洞堵头稳定性分析中的应用

在总结国内外导流隧洞封堵设计一般原则的基础上,对堵头稳定性校核的两种常用数值计算方法进行了探讨分析,引入了材料强度折减法概念,根据弹塑性有限元数值分析结果,建议采用等效塑性应变作为潜在滑动面破坏的判断标准,并根据塑性区的范围和连通情况对堵头的稳定性进行综合评价。