上软下硬黏土中四筒基础抗倾覆承载特性研究

随着海上风电向深远海发展,四筒基础发展潜力巨大。中国大多数海域存在较厚的上覆软土层,对基础抗倾覆承载能力有着重大影响。采用有限元软件ABAQUS建立上软下硬分层黏土模型,对四筒基础在单向水平荷载和弯矩荷载作用下的承载力特性进行研究。研究结果表明:四筒基础在水平、弯矩荷载作用下主要运动模式为转动,对边加载时,转动轴靠近受压筒且随着软土层厚度增加不断靠近四筒基础平面中心,但变化幅度较小;水平和弯矩极限承载力对于不同的筒间距和长径比具有相同的变化趋势,当软土层厚度h/筒高L≤3/4时,水平和弯矩承载力随着软土层厚度的增加近似线性降低,当h/L>3/4后,承载力降低速率明显减小。

水下滑坡运动诱导形成的内波特性及破坏分层特征

为改善湖库因季节性水温分层而导致的水质恶化现象,通过水下滑坡体扰动的方式人工诱导产生内波,探究了水下滑坡运动诱导形成的内波特性及其对水体温度分层结构的破坏特征,结果表明:水下滑坡破坏水体温度分层结构主要通过扰动引起上下层水体交换实现,在此过程中内波作用效果持久且较为平缓;滑坡倾角和滑坡体运动速度对分层水体破坏效果有重要影响;滑坡倾角为45°工况相较60°工况诱导的内波规模更大。

基于PSO-SVM的鹤盛溪流域山洪风险评价

为探究温州市鹤盛溪流域山洪风险空间分布,综合考虑山洪致灾因子、孕灾环境和承灾体3方面的山洪影响因子,建立基于粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)混合算法的山洪风险评价模型。选取准确度、灵敏度、特异性、F-score值、Kappa系数和受试者工作特征曲线等6个指标,采用学习矢量量化(LVQ)算法量化山洪影响因子对山洪灾害发生的影响程度,并将PSO-SVM混合算法模型与单一算法模型进行对比。结果表明:混合算法具有一定的迁移能力,能够更加准确地反映山洪风险的空间分布特征;验证集受试者工作特征曲线指标、Kappa系数和准确度分别为0.934、0.833、0.912,PSO-SVM混合算法模型能显著提高山洪风险评价精度。

水上光伏覆盖对明渠水质的影响规律研究

水上光伏带来的太阳短波辐照度变化对缓解输水明渠藻类增殖问题的效果亟需评估。以南水北调中线干渠为例,建立干渠安阳河节制闸至坟庄河节制闸渠段的水动力和水质模型,分析比较明渠水面悬浮式覆盖水上光伏带来的太阳短波辐照度变化和水上光伏不同覆盖位置对渠道水温和水质的影响规律。研究表明:在开展水上光伏项目时,渠道接收的太阳短波辐照度降低会使得水温、藻生物量和溶解氧含量下降,营养盐含量有所上升。太阳短波辐照度降低50%后,藻生物量开始逐渐降低。在覆盖率和透射率一定的情况下,不同覆盖位置情景下对藻生物量的削减峰值区别较小。当太阳短波辐照度由高到低逐渐变化时,流速变化对藻生物量的影响幅度呈先升高后下降趋势。

南水北调中线工程冬季输水冰情风险研究

针对南水北调中线工程冬季输水冰情的安全运行问题,以南水北调中线工程河北段为研究对象,以热平衡理论为出发点推导出目标单元渠段的整体总热量变化公式;采用单因素局部分析法选出风险评价指标,基于概率论构建了风险评价指标之间的联合概率密度函数,将气象事件发生概率、热量变化率与冰情风险等级一一对应,从而对渠道冰情进行风险评估。对2021年1月6—8日南水北调中线工程河北段输水渠道冰情风险分析结果表明:在整个热交换过程中,短波辐射、蒸发和对流热交换是影响热量变化的主要因素,且夜间渠道的热量散失明显大于白天,加大了夜间发生冰情的风险;沙河节制闸—渠末段虽然与其他渠段风险等级一样,但其单位面积热量损失明显高于其他渠段,接近于极高风险,应加强对该渠段的实时监测并做好冰情防护。

筒内间隙及土塞对海上风电多筒导管架基础承载力影响研究

多筒导管架基础结构凭借其施工便捷、适用性强、经济性优良等特点,在海上风电领域得到了广泛的应用.多筒基础结构在安装过程中,受海床平整度、区域内土质差异及筒内外渗流等影响,在基础筒体中会存在筒内间隙及筒内土塞现象,进而导致筒体有效埋深的不同,最终对服役期基础承载力产生一定的影响.本文借助室内模型试验及有限元分析的方法,研究了筒内间隙及土塞所引起的有效埋深对筒型基础承载力的影响规律.研究结果表明:通过试验对有限元进行修正后,不同工况下基础水平极限承载力模型试验结果与数值模拟结果相差在8.86%以内;多筒基础水平极限承载力随着筒内间隙高度和筒内土塞高度的增加而降低;当筒内间隙高度为0.10D、0.15D及0.20D时(D为筒型基础模型直径),水平极限承载力降低幅度分别为筒内无间隙工况的9.11%、16.72%和23.80%;当筒内土塞高度为0.10D、0.15D及0.20D时,水平极限承载力降低幅度分别为筒内无土塞工况的9.32%、17.16%和24.45%;当筒内间隙(土塞)高度为0.10D’、0.15D’及0.20D’时(D’为筒型基础原型直径)且竖向荷载分别超过竖向极限承载力的34.3%(33.5%)、33.8%(33.4%)和31.7%(31.9%)时,基础原型的弯矩承载力随竖向荷载的增大而降低.

基于DnCNN声音增强的高坝泄流微弱空化声音信号识别与提取

空化空蚀是水工建筑物泄洪安全监测的重要内容,但是高坝泄流期间产生的强泄流噪声会大幅减弱空化空蚀音频监测方法的效果甚至致其失效。针对该问题提出了基于降噪卷积神经网络(denoising convolutional neural network,DnCNN)声音增强的空化声信号增强方法,该方法依据语音增强思想,通过DnCNN实现带噪音频监测信号中空化声信号的增强。首先对该方法的实现原理和DnCNN网络结构进行了阐述,然后使用采集自空蚀和泄流试验的空化声信号和泄流噪声对该方法的效果进行验证,最后通过支持向量机信号多分类识别试验和单分类支持向量机空化声信号单分类识别试验对该方法的泛化性能和工程实用性进行评价。研究结果表明该方法能够有效提升带噪空化声信号的信噪比,极大地还原空化声信号的频谱结构特征,实现强泄流噪声中微弱空化声信号的识别与提取,同时该方法具有较强的泛化性能和较好的工程实用性。

粉质黏土中厚壁筒型基础沉放及受力分析

筒型基础具有海上施工效率高、建造成本低等优点,已成功应用于实际工程。为了进一步降低筒型基础结构的制造成本,避免建造、运输、安装过程中钢制筒裙的屈曲,文章研究并优化了混凝土筒壁和钢质内分舱板的组合式筒型基础结构。首先,针对厚壁筒型基础沉放安装难度增加问题,开展了室内试验,研究了粉质黏土中厚壁沉放阻力计算方法;然后,利用三维有限元模型对该组合式筒型基础在位状态下的结构受力进行了分析。研究结果表明:考虑形状和深度系数的端阻力计算公式可以用于该新型风电基础;混凝土筒壁+钢质内分舱板组合式筒型基础倾斜率、结构强度和自振频率满足设计要求,且在造价上更为经济。

CRB600H级箍筋混凝土短柱抗震性能研究

为研究高强箍筋混凝土柱抗震性能,通过对CRB600H级高强箍筋混凝土短柱低周往复加载试验展开数值模拟研究。利用OpenSEES中的Nonlinear Beam Column单元、零长度截面转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯-剪耦合效应的抗震数值分析模型。分析轴压比、剪跨比对CRB600H级箍筋柱的滞回性能、刚度退化、延性及耗能性能的影响,并以HRB400级箍筋柱进行对比分析,结果表明:轴压比越大的构件水平抗剪承载力,延性和耗能能力越差;剪跨比越大构件的水平抗剪承载力越低,延性和耗能能力越好;CRB600H级和HRB400级箍筋柱,两者承载力接近,CRB600H级箍筋柱延性和抗震性能更好。

成层土中海上风电筒型基础竖向承载影响深度研究

明确筒型基础在不同地质条件下的承载模式和竖向承载影响深度,对于筒型基础的承载力计算具有重要的意义。采用数值模拟分析方法,通过分层下探法,针对成层黏性土中筒型基础的竖向承载模式进行了分析,得到了成层黏性土中筒型基础承载力的变化规律以及筒型基础在成层黏性土中的影响深度;针对筒型基础是否穿刺上下黏性土层分界面的工况,分别开展了相关研究,并针对不同情况建立了相对应的影响深度经验公式;结合数值分析结果揭示了成层黏土地基中上下土层强度比和土层分界面位置对筒型基础竖向承载影响深度的作用规律。

波浪作用对海上漂浮式光伏光照辐射能的影响

海上漂浮式光伏是应对光伏开发与土地资源之间矛盾的有效方式,但在波浪作用下,漂浮式海上光伏结构的光伏板将时刻随波浪摇动,使得光伏板的对日角度不断变化,这将对光伏板的发电量具有较大影响。本文推导了光伏板在规则波作用下光照辐射能计算公式,总结提出了“时均倾角”概念,并通过地处渤海湾的算例,计算了同纬度规则波下不同光伏板倾角的海上光伏与最佳光伏板倾角的陆地光伏之间所受辐照能的效率比。根据计算结果,发现不同倾角的光伏板所受辐射能受波浪影响的规律基本一致,都随时均倾角增大而减小,并给出了算例光伏板运动幅值的建议标准,为海上光伏浮体结构研发提供了水动力响应的设计参考边界。

固废底泥水下应用抗分散性能研究

为了实现固废底泥在水下应用时不发生分散,通过开展水下抗分散试验和黏度试验,研究了影响底泥水下抗分散性的因素,提出了使用底泥黏度来量化其水下抗分散性的方法。研究结果表明:黏度是影响固化底泥水下抗分散性的内在因素,注浆高度是影响固化底泥水下抗分散性的外在因素,黏度越大,注浆高度越小,则抗分散性能越强。羟丙基甲基纤维素的增黏效果优于瓜尔豆胶和聚丙烯酰胺,更适用于固化底泥的水下应用,pH值法和透光度法可用于表征固化底泥的水下抗分散性能。底泥黏度小于3.7 Pa·s时,水下注浆易发生下落扩散和触底碰撞扩散;底泥黏度介于3.7~22.0 Pa·s时,水下注浆只发生轻微触底碰撞扩散;底泥黏度大于22.0 Pa·s时,水下注浆不易发生扩散。固化底泥在水下应用时,推荐其黏度为3.7~22.0 Pa·s、注浆高度在30 cm以内。

基于集对分析法的寒区输水工程冬季安全运行评价

为了对高寒地区输水工程冬季安全运行进行客观评价,及时掌握工程实时运行状态,以北疆某输水工程渠首段为例,建立寒区输水工程冬季安全运行评价指标体系,采用熵值法确定各指标权重,同时采用集对分析法构建冬季安全运行评价模型;随后,通过计算多元联系数和减法集对势对各级指标进行不确定分析,以确定该输水工程的安全运行等级;最后,将计算结果与采用模糊评价法得出的评价结果进行比较。结果显示:采用集对分析法计算的结果与模糊评价法完全一致,属于较安全等级,与实际情况吻合,表明基于集对分析法的安全评价模型有较好的准确性和合理性。此外,通过减法集对势的计算可以得出整个工程评价系统趋于同势,处于健康状态,发展趋势良好;而明渠的排冰设施指标风险性最大,处于病态,具有较大的脆弱性,是渠道冬季安全运行主要调控和维护的对象,需要对其进行加强防护。采用集对分析法评价可以为寒区输水工程冬季安全运行管理提供一定的科学依据和技术支持。

基于PSO-水量平衡-BP耦合模型的短期水位预测

为降低水电站长期运行过程中频繁的无规律动作对于水头高、库容小、调节性能差的水电站造成的损害,最大限度利用水头优势增发电量,提高水电站运行的效益性和安全性,提出了一种机理与数据混合驱动的水位预测方法。该方法通过PSO(Particle Swarm Optimization)算法优化耦合BP(Back Propagation)神经网络和水量平衡模型,其中,数据驱动模型提供基准值,水量平衡机理模型修正水位趋势的合理性;将该方法应用于沙坪二级水电站的水位预测,对比分析水量平衡模型、BP神经网络模型和耦合模型预测结果。结果表明:提出的耦合模型有效避免了机理模型的累积误差和数据驱动的反常性;相对于水量平衡模型和BP神经网络模型,该耦合模型具有较高的预测精度和实用性,其平均绝对百分比误差MAPE和拟合优度R 2分别为0.0013和0.97,预测幅度更贴近真实水位。研究成果可为水电站面对短期的水位变化提前做出反应提供理论依据。

复合筒型基础负压沉放调平允许压差研究

针对复合筒型基础负压沉放调平工况中分舱间允许压差的研究较少,以某海上风电项目中复合筒型基础沉放安装为背景,采用极限应力控制方法开展复合筒型基础不同沉放深度处的调平允许压差Δp的定量分析,通过数值模拟方法计算有无土体模型的分舱板屈服的临界压差,提出复合筒型基础调平过程允许压差的选择方法。结果表明:复合筒型基础沉放过程中调平允许压差应采用分舱板极限应力与屈曲的最小值,分舱板设置加强肋可有效提高调平允许压差Δp,推荐使用带土体模型应力控制方法计算调平允许压差。

不同截面形式振子的流致振动试验

Bernitsas开创性地提出了涡激振动能量转化机的基本概念.VIVACE具有启动流速低、能量密度大等优势,具有良好的开发前景.本文基于VIVACE的基本理念,进行了圆形、正三角形、正方形及正六边形4种截面形式振子的流致振动对比试验研究,目的在于比较不同截面振子的涡激振动与驰振响应特点,并基于此研究适用于流致振动能量开发的振子截面形式.结果表明:4种振子中,圆形截面振子的振动突显"自限制"涡激振动特点,而其他截面振子则并未出现;4种振子中,圆形与正三角形较其他两种截面形式更适用于能量开发,其中圆形截面适用于低流速及流速变化不大的环境条件,正三角形截面适用于流速较高及流速变化较大的环境条件.

抑制模态混叠的HHT结构模态参数识别方法研究

针对传统经验模态分解法(EMD)的模态混叠问题,在分析模态混叠产生机理的基础上,提出基于互补总体平均经验模态分解(CEEMD)与信号调频(FM)结合的组合分解方法(FM-CEEMD),并通过仿真信号验证了FM-CEEMD分解方法的有效性。将FM-CEEMD分解取代传统EMD分解应用于希尔伯特-黄变换(HHT),得到抑制模态混叠的改进HHT结构模态参数识别方法。仿真试验与实际拱坝识别结果表明:提出的改进HHT法不仅能避免模态信息丢失、提高模态参数识别精度,同时也适用于实际水利工程模态识别研究。

流致振动发电的效率

本文为了解流致振动发电功率与振幅、频率、发电机参数及负荷间的强耦合关系,本文建立了水力-振子-电机-负荷耦合运动模型,推导了流致振动发电效率的理论方程,阐明了影响发电效率的控制因素,并提出了最优发电效率的分析方法与发电机的选配原则。结果表明:发电机对振子的阻力可视为系统总阻尼的一部分;系统的发电效率决定于系统的上限效率与上限能量的利用率的乘积;通过分别确定上限效率及上限能量利用率与折合阻尼系数间关系,可确定最优的发电效率及负荷条件;发电机的选配原则为在保证经济性的前提下,尽量使最优上限效率与最优上限能量利用率的折合阻尼系数相等。

中国高坝枢纽泄洪雾化研究进展与前沿

高坝枢纽泄洪安全防护是水利工程领域的重要课题之一。具有高水头、大流量、窄河谷特征的中国高坝枢纽,泄洪伴生的雾化问题非常突出。面向中国水电工程向高海拔低气压地区发展的现实需求,复杂环境下的泄洪雾化机理、以及高精度的遥测预测方法和科学化的危害防治技术急需突破。文章基于国内外相关研究成果和工程实践应用,构建了中国高坝枢纽雾雨场源及防护体系;凝炼了当前高坝枢纽泄洪雾化的发展成果和技术瓶颈;全面阐释了关键科学技术问题的突破方法。研究成果以推进泄洪雾化研究从经验走向科学,为重大水利水电工程设计及其长期安全运行提供理论和技术支撑。

海上风机结构振动监测试验与特性分析

以某海上风电试验样机为研究对象,基于现场原型观测获取整体风机结构在停机、正常运行、开(停)机及台风工况下的振动响应数据,系统地分析海上风机结构在不同运行状态下的振动响应时频域特性与变化规律,探讨影响海上风机结构振动的关键因素及其对风机振动安全性的影响规律.结果表明:在风机处于停机状态下,结构振动随环境风速的增加而显著增大;而运行状态时,叶轮转速对结构振动影响效应明显,对振动变化起到主导作用.海上风机在开(停)机过渡过程中振动显著大于正常运行状态,台风期风机在额定转速运行时的振动超过实测最大风速时停机工况的响应.塔筒顶部与基础顶部振动响应同步性说明整体风机具有很好的变形协调性.