基于不同失稳判据的黄土边坡稳定性数值计算分析

安全系数是边坡稳定性评价的一项重要指标,依据不同失稳判据计算得到的安全系数存在差异,会直接影响边坡稳定性状态的评价。以万花山治沟造地工程台阶型开挖边坡为对象,运用FLAC3D有限差分软件,采用强度折减法,选择计算不收敛判据、塑性区贯通判据、位移突变判据3种失稳判据,对黄土边坡安全系数进行数值计算。对比分析3种判据所得的分析结果及优缺点表明:3种失稳判据得出的安全系数大小排序为位移突变判据>计算不收敛判据>塑性区贯通判据。计算不收敛判据使用简便,求解快速,但不能展示折减过程坡体塑性区的变化情况;塑性区贯通判据不宜单独作为边坡失稳判据,需要结合不平衡力综合评估,但可以展示坡体剪切和拉伸塑性区;位移突变判据求解过程复杂,但能真实地反映坡体位移变化导致的临界破坏状态。建议类似工程优先选用求解过程快速的计算不收敛判据,然后结合塑性区贯通情况与坡体位移变化状态对边坡稳定性进行综合评价。

唐山矿0291工作面断层活化判别方法及稳定性评价

断层构造的存在破坏附近煤岩体的完整性,使得工作面在回采过程中较寻常地质回采时应力特征发生变化。为保障唐山矿0291工作面安全通过断层,考虑地应力大小与方向、断层面产状和断层力学参数等综合因素,构建了断层稳定性的判据方程,获得判据值f;当f小于0时,断层相对稳定,当f接近于0值时,该断层为临界不稳定状态。通过FLAC3D数值模拟软件建立0291工作面回采的数值模型,模拟结果表明:受采动影响,工作面超前5~30 m间应力集中现象明显,对工作面范围内断层的影响较大,应力峰值出现在工作面超前10 m位置。建立监测测点,提取工作面范围内的地应力数据,按照文中理论计算了唐山矿0291工作面内12条断层的f值,结果表明,该工作面内断层的f值均小于0,进而确定0291工作面内相对稳定,在回采过程中的活化可能较小。

考虑结构面震动劣化效应的岩质边坡块体动力稳定性评价

为解决岩质边坡块体在地震作用下的动力稳定性评价问题,基于结构面的循环剪切数值试验研究结构面的震动劣化效应,从而构建结构面震动劣化数学模型;结合坐标投影原理提出考虑结构面强度震动劣化效应的块体动力稳定性系数计算方法;基于数值分析法研究地震波波动特性对岩质边坡块体稳定性的影响,并进一步基于突变理论提出位移动力响应放大系数突变判据,最后形成一套以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数共同评价块体动力稳定性的评价体系,拓展地震作用下块体动力稳定性评价新思路。研究表明,结构面震动劣化效应不仅受循环剪切幅值、循环剪切次数及相对运动速度影响,还与起伏角度密切相关;通过算例证实了考虑结构面震动劣化的块体动力稳定性系数计算方法的准确性,所提出的以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数的共同评价体系更加安全可靠,将促进块体动力稳定性理论的发展,对边坡地质灾害的防治具有重要的科学意义和应用价值。

基于混合势函数的永磁同步风力发电机暂态稳定性分析

永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator,PMSG)作为海上风力发电的主要设备,是风电技术的重要发展方向。然而,PMSG在运行过程中,受到大扰动干扰会导致其暂态稳定性下降。因此,针对PMSG风机大扰动下的暂态稳定性阈值难以判定的问题,本文基于混合势函数理论,建立了PMSG风机系统简化后的混合势函数模型,并推导出PMSG风机在大扰动后的暂态稳定判据。通过仿真后的网侧电流波形和网侧功率波形验证了暂态稳定判据的准确性,并调整各参数数值以分析PMSG风机暂态稳定性与风机参数、故障深度、故障时间和风速的关联性。

包含串补的并网直驱风电场振荡稳定性及可行域分析

串补装置广泛存在于电力系统中,含串补的大规模直驱永磁同步发电机(PMSG)构成的风电场并网系统存在次同步振荡范畴的小干扰失稳风险。针对上述现象,该文首先构建包含PMSG网侧换流器控制模型、锁相环控制模型以及含有串补装置的线路动态模型的并网系统全阶模型及等效模型。然后在不同的时间尺度下对等效模型进行化简,运用劳斯-赫尔维茨判据求得各时间尺度场景下并网系统的稳定性判据,从机理上解释了并网系统中各运行参数和控制参数之间的联系及其对系统稳定性的影响。进一步通过一个包含15台PMSG风电机组的并网风电场验证了该文推导的稳定判据的正确性。最后基于可行域的分析,直观地讨论了串补线路和其他参数对系统稳定性的影响。

基于拓展禁区判据的光伏接入牵引供电系统低频稳定性分析

在“双碳”愿景下,光伏通过铁路功率调节器接入牵引供电系统具有良好的发展前景,但光伏接入会对系统的低频稳定性产生影响。针对这一问题,首先建立了光伏-车-网耦合系统小信号阻抗模型,得到了该系统的回比矩阵;然后针对禁区判据进行拓展,提出了拓展禁区判据并给出了判据形式;最后利用拓展禁区判据分析了铁路功率调节器控制器参数等系统参数对低频稳定性的影响,并搭建MATLAB/Simulink测试模型和StarSim半实物实验平台进行了验证。结果表明,与禁区判据相比,拓展禁区判据能更准确地判断光伏-车-网耦合系统低频稳定状态,降低了一定的保守性。

基于Nyquist稳定判据的磨合过程稳定性研究

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副磨合磨损试验,采集磨合过程中摩擦振动信号,应用Nyquist稳定判据,通过摩擦振动Nyquist曲线对磨合系统稳定性进行分析.结果表明:摩擦振动Nyquist曲线反映了磨合系统稳定性变化.当摩擦副磨合开始时(0～10 min),摩擦振动Nyquist曲线不包围(-1,j0)点,磨合系统处于稳定磨损阶段;在摩擦副磨合进行过程中(10～40 min),摩擦振动Nyquist曲线包围(-1,j0),磨合系统处于不稳定磨损阶段;当摩擦副达到磨合时(40 min后),摩擦振动Nyquist曲线不包围(-1,j0),磨合系统处于稳定磨损阶段.因此,磨合系统的特性可揭示磨合过程稳定性变化规律.

基于掘进参数的隧道围岩稳定性判识方法研究

为解决隧道开挖面围岩状态难以预知、超前处置不及时导致全断面隧道掘进机被卡被困的问题,通过引松供水、引汉济渭等不同隧道工程装备掘进参数与隧道围岩参数统计分析,建立贯入指数、贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系。统计结果表明:隧道掘进机贯入指数与隧道围岩总评分呈指数函数关系,贯通指数与隧道围岩总评分呈对数函数关系。在此基础上,提出基于贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法,并根据滇中引水隧道工程现场围岩揭露情况对该方法的围岩类别判识结果进行验证。验证结果显示围岩判识类别与实际围岩类别基本一致,表明了该判识方法的有效性和准确性。

乃奎斯特(Nyquist)稳定性判据新公式及其应用

对乃奎斯特稳定性判据进行了较深入的研究,指出了原乃奎斯特判据在推导及应用方面的不足,从而推导出乃奎斯特稳定性判据的新公式。借助于此公式,可以明确地判定某线性定常系统是属于渐近稳定,还是临界稳定,还是发散不稳定。本文给出具有代表性的一些例题,说明如何利用稳定性判据新公式判定某一线性定常系统的稳定性。

土体内侵蚀稳定性分形判据

涌水突泥是隧道开挖过程中一种最为常见且危害巨大的地质灾害形式。当隧道开挖至岩溶或断层等地质构造时,会在渗透作用下引起致灾体内的细颗粒流失,并逐渐形成优势通道,进而诱发渗透失稳型涌水突泥。准确判断土体内侵蚀稳定性对预防该类型涌水突泥至关重要。研究利用土体级配的分形特性,推导已有常用判据的分形表达式,并根据现有试验结果,提出了一种具有较高精度的分形判据。研究成果可为隧道渗透失稳型涌水突泥的防治提供理论依据。

信息能源系统的信-物融合稳定性分析

尽管信息物理系统的稳定性已经得到了广泛的研究,但大部分的学者皆关注于通信网络延时或攻击下的信息物理系统的稳定性问题,无网络通信的信息物理系统的信物融合稳定性分析策略亟待提出.其中,内嵌数字控制系统的并网逆变器系统是一种最简单、最典型的信息能源系统.同时,从效率的角度出发,逆变器的开关/采样频率总是选择尽可能低的频率,其势必产生系统固有延迟时间(控制理论中称为时间延迟).这种延迟时间往往容易引起系统的低频/次同步振荡,弱电网将加剧此现象.为此,提出一种信息能源系统的信-物融合稳定性分析技术.首先,基于柏德近似方法,建立了具有等效延迟时间的信息物理系统阻抗模型.该等效延迟时间由三部分组成,即信息/物理层的采样延迟时间、信息层的计算延迟时间和物理层的脉宽调制延迟时间,其有效地反映了信息-物理相互融合作用的影响.进而设计了稳定禁止区域判据,利用空间映射使开关/采样频率求解过程转化为Hurwitz矩阵辨识问题.在这些空间映射的基础上,最小开关/采样频率通过自适应步长搜索算法获得.最后,仿真和实验结果验证了该方法的有效性.

基于相平面法的车辆行驶稳定性判定方法

文中基于相平面分析方法研究车辆行驶稳定性,根据相图变化规律确定车辆稳定性判定方法.首先,利用实车试验数据建立了非线性单轨车辆仿真模型,并以此建立了β-β·相图作为判定稳定性的依据;然后,分析了现有相图稳定区域划分方法的不足,提出改进的五特征值菱形稳定区域划分方法,根据相图的变化规律选用了随平衡点移动的菱形区域作为稳定区域;通过大量仿真建立了全工况下稳定区域的特征值的查表数据库,分析了特征值及稳定区域的变化规律;最后,将基于相平面法的车辆稳定性判定结果作为稳定性算法介入控制的依据,仿真结果表明,该判定方法可以为稳定性算法提供准确的依据,提高车辆稳定性.

多分类支持向量机在滑坡稳定性判识中的应用

如何准确地判识和评价滑坡的稳定性一直是滑坡研究中的关键问题。基于多分类支持向量机的基本理论,利用三峡库区的37个典型滑坡(27个训练样本,10个测试样本),建立了滑坡稳定性判识的多分类支持向量机模型,并与距离判别分析方法进行了比较。结果表明,SVM模型对测试样本和训练样本的判识准确率均达到100%,而距离判别法对测试样本和训练样本的判识准确率分别为80%和77.8%,前者的判识精度明显优于后者。在此基础上,将SVM模型运用于溪洛渡库区牛滚凼滑坡的稳定性判识中,结果与实际情况吻合较好。

Nyquist稳定判据及其在相对稳定性计算中的应用

Nyquist判据是经典控制理论中的重要方法,本文针对奈奎斯特判据的数学基础、应用稳定判据的两种情况以及利用奈氏稳定判据判别系统稳定性的一般步骤等容易出错的地方进行了详细的讲解,并指出该判据还可用于分析闭环极点在特定区域内的分布情况,从而满足系统相对稳定性的要求,最后用例子说明我们的结论。

新能源发电并网系统的同步参考坐标系阻抗模型及其稳定性判别方法

近年来,新能源发电并网系统中出现了新型的次同步振荡问题。为应对该问题,迫切需要开展适用于新能源发电并网系统的建模和稳定性判别方法研究。首先以一个简单的直驱风机–交流并网系统为例,分别推导了直驱风机和交流电网基于同步参考坐标系(synchronous reference frame,SRF)的阻抗模型,进而构建了系统整体的SRF阻抗模型;然后,基于该模型提出一种新的稳定性量化分析方法,并通过数学推导证明其有效性;最后,采用时域仿真和特征值分析验证了模型和判稳方法的有效性和精确性。所提方法具有针对实际复杂新能源并网系统开展阻抗网络建模和稳定性量化分析的潜力。

基于G-范数和sum-范数的三相交流级联系统稳定性判据

在三相交流级联系统中,源模块以及负载模块之间的相互作用将导致整个系统性能下降,甚至有可能导致系统不稳定,尤其是在含有恒功率负载的系统中表现尤为明显。通过分析系统的小信号模型可以看出,模块之间由于相互耦合而产生的稳定性问题和子模块的端口阻抗以及导纳有着直接关系。因此,基于子模块端口阻抗以及导纳的稳定性判据是分析系统级稳定性问题的有效方法。目前,基于子模块阻抗以及导纳的稳定性判据已经广泛应用于直流系统。但是,由于交流系统和直流系统在系统特性上的内在差异,目前广泛应用于直流系统的稳定性判据无法直接使用于交流系统。根据交流系统的系统特性,提出一种基于端口阻抗以及导纳矩阵的G-范数和sum-范数的稳定性判据。且根据矩阵计算的特点,对所提出的稳定性判据做进一步改进,以减少判据的保守性。最终,将所提判据和现有的范数判据进行保守性的比较,可以看出,所提判据的保守性最小,更利于实际应用。

平卧“支撑拱”锁固滑坡动力学机理与稳定性判据

滑坡在渐进性变形过程中,因滑床或滑坡侧翼位置局部未贯通部位的存在,或滑坡启动以后受前进方向“束口状”地形的约束,滑体变形受限制或运动制动,不能充分失能,从而在这些受限约束部位形成由松散岩土体组成的平卧“支撑拱”结构。“支撑拱”结构的形成,相当于滑坡变形的锁固段,它一方面阻挡拱后向下滑移的堆积物,使它在这一带压密、隆起,成为滑体中的应力集中部位;同时又通过拱圈将滑体中心的部分下滑推力传递至两侧拱座,使拱座成为应力相对更为集中的部位。一旦土体中孔隙水压力的增高,使土拱与拱座基岩接触面间的抗剪强度降低到一定程度,将导致某一个拱座失稳被突破,整个拱圈崩溃,进而引起“支撑拱”上部滑体的突然滑动。根据物理模型实验应力分析,滑体中“支捧拱”结构表现为拱顶凸向坡体上方的“最大主应力拱”,而在其上方一定高度范围内还出现拱顶凸向坡体下方的“最小主应力拱”,据此建立了“支撑拱”的计算模型。假定滑坡岩土体为刚塑性体,在考虑滑体自重力、滑面抗剪强度与滑坡两翼摩阻力的共同作用下,以及最小主应力拱引起的滑体中应力重分布的情况下,确定了“支撑拱”(最大主应力拱)上的均布荷载;根据拱的塑性极限平衡条件,建立了拱稳定性的判据;并定量分析了拱效应出现的条件、拱保持最大与?

极限工况下车辆行驶的稳定性判据

极限工况下车辆行驶的稳定性判据是车辆稳定性控制系统的基础,决定了车辆稳定性控制系统介入的时机。选取横摆角速度法、侧向加速度法、独立转向梯度法、转向半径法四种基于线性2自由度车辆模型的稳定性判据。选取质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面分析车辆行驶的稳定性,提出改进的五参数菱形法确定车辆状态稳定区域,以此作为基于非线性车辆模型的稳定性判据。以轮胎力法为基准判据,针对各判据介入的时效性,设计稳定性判据对比方法,在建立的Carsim&Matlab/Simulink车辆联合仿真平台上,通过多种工况对各稳定性判据进行验证及对比。结果表明所建立的各判据对车辆行驶状态的判定效果存在显著差异,其中横摆角速度法、转向半径法和五参数菱形法的准确性较高,且之间存在互补性。

基于改进的势能界面判据实时预测电力系统稳定性

提出了一种电力系统实时快速的暂态稳定预测分析方法,该方法由实测和预测分析相结合,取代了传统暂稳分析方法中的解析推理。基于同步多参量测量装置实时采集和测量得到的数据,利用时差方法(TD法)与具有遗忘因子的BP算法相结合的混合算法直接对这些时间序列数据进行多步预测,导出了利用这些预测的状态量数据的多机系统失步快速预测判据及计算公式,给出了失步预测的构成方案。多种故障条件下的模拟计算结果表明:系统呈 现首摆失稳模式时,失步预测方案给出的稳定边界与使用全部状态量离线数值积分计算所得稳定边界相一致。

倾倒型黄土崩塌稳定性判据及其影响范围研究

倾倒型黄土崩塌是黄土地区常见的一种灾害。根据倾倒型黄土崩塌的形成特征,分别由静力平衡条件的临界状态与塑性流动临界状态得到倾倒型崩塌垂直裂隙长度的上、下限解;根据摩尔库仑准则,得到崩塌体底面产状。由以上结果确定倾倒型崩塌体的几何特征;再根据力的平衡、力矩平衡条件,建立倾倒型黄土崩塌的稳定性判据,实现对倾倒型黄土崩塌的稳定性评价。根据发生倾倒变形的条件,建立了倾倒型崩塌体的运动学方程。通过求解,可再现倾倒型黄土崩塌发生后的运动轨迹,确定崩塌体的致灾范围。研究结果揭示了倾倒型崩塌体的形成机制,为确定倾倒式黄土崩塌治理方法及确定建设项目的安全距离的确定提供理论依据。