输电线路双摇臂落地抱杆起升动载系数理论研究

针对现有双摇臂落地抱杆的设计计算未考虑起升效应的问题,以双摇臂落地抱杆单吊点模型为例,通过对抱杆的质量与刚度进行等效,推导起升动载系数的数学表达式,并建立相应的有限元模型来验证其正确性,最后通过试验对表达式进行修正。研究表明:起升动载系数的数学表达式为φ_(2)=1+βv_(h)的形式,起升动载系数由等效系数β和起升速度vh决定。通过仿真计算得到,抱杆的位移随加载时间的变化而增大,在达到一定峰值后,因刚度和质量的影响会出现周期性波动。起升动载系数随等效系数、冲击速度的增加而增加,仿真值与理论值的最大相对误差为3.33%,验证了起升动载系数数学表达式的正确性。通过抱杆的起吊试验,采用最小二乘法对起升动载系数数学表达式进行修正,表达式为φ_(2)=1.007+0.05vh。研究结果为双摇臂落地抱杆提供了起升动载系数计算方法,完善了抱杆的设计计算体系,提升了双摇臂落地抱杆的计算准确性与使用安全性。

砂砾地层电力顶管施工引起的地面变形研究

文章针对砂砾地层电力顶管施工引起的地面变形开展研究。首先,基于现有散粒土的沉降理论计算公式,进行某砂砾地层电力隧道顶管施工引起地面变形的理论计算和分析;其次,通过理论分析和现场实测,得到砂砾地层顶管施工引起的地面变形规律;最后,在现有理论计算公式和监测数据的基础上,利用规划求解,提出适用于砂砾地层顶管施工引起地面变形的沉降槽宽度系数计算公式。研究结果表明,土体损失是引起地面沉降的主要影响因素,沉降计算时必须考虑土体损失在顶进过程中的动态变化;修正沉降槽宽度系数计算公式能够较好地适用于砂砾地层中顶管施工引起的地面沉降计算。

软黏土地层盾构隧道开挖面稳定性离心试验研究

针对软黏土地层中隧道开挖面稳定性开展离心模型试验,由远程控制模型推进模拟隧道开挖面被动渐进破坏。通过数字图像处理分析技术对开挖面被动渐进破坏模式进行了探究,结合相应数值模型对比,分析了开挖面极限支护压力以及地表变形规律。研究结果表明:在开挖面被动破坏状态下,隧道仰拱处首先出现与水平方向近似成45°+φ/2向上发展的滑动破裂带,当其发展接近隧道拱顶时,拱顶滑动破裂带形成,两滑动破裂带呈漏斗状向上逐步发展至地表;随着模型向前推进,开挖面压力前期呈现线性快速增长趋势,随后土压力增速逐步减小,开挖面压力值最终趋于稳定,分析确定软黏土地层开挖面被动破坏状态下的支护压力可控制在1～1.9倍的静止土压力;开挖面被动破坏会引起前方地表产生隆起。

基于区间概率优势决策模型的滑坡治理方案优选研究

滑坡灾害治理初步设计阶段的方案优选和科学处置,对于避免或减少生命财产损失具有重要的科学和工程意义。针对滑坡治理决策指标信息属性的复杂性、区间性与不确定性等特征,首先借鉴博弈决策论的Minimax算法优化思路,结合概率优势关系及粗糙集相关理论,提出滑坡灾害治理方案优选的区间概率优势关系决策模型,该模型考虑治理方案与理想方案之间的优势度及其属性值的概率测度,与方案属性值大小之间存在着等价关系;然后利用属性值优势关系求得权重量化值,同时基于离差最大化算法和推论2对治理方案进行排序和反演;最后通过工程案例仿真模拟进行验证。研究结果表明:优选方案可为滑坡工程项目治理提供借鉴和参考。

静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究

静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明:提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。

基于物理模型试验的杆塔基础滑坡防护措施效果研究

大量穿越山地丘陵区的高压输电线路杆塔基础常位于滑坡灾害高易发斜坡地段,施加适当防护措施提高其稳定性,是保障输电线路持续安全运行的关键。为研究不同防护措施对杆塔基础滑坡的防护效果,以湖北省巴东县燕子滑坡为地质原型,设计制作物理试验模型,分别开展了极端降雨条件下滑坡在无防护、施加抗滑桩与格构护坡时的物理模型试验,从试验角度揭示了滑坡变形破坏特征与不同防护措施的防护效果。试验结果表明:在2种极端降雨工况(50,100 mm/h)下,无防护的滑坡体历经了坡表冲刷、裂缝扩展、局部垮塌变形与整体滑动的演化过程;抗滑桩措施对滑坡整体的防护效果显著,滑坡整体处于稳定状态,杆塔基础变形较小,杆塔倾斜率满足规范,但坡表会出现冲刷垮塌现象;格构护坡措施能有效减少坡面冲刷和坡脚垮塌风险,但在持续强降雨条件下对杆塔基础的整体稳固作用稍弱。物理模型试验结果与滑坡历史变形和实际治理效果吻合,试验结论可为类似杆塔基础滑坡的破坏机理研究与防护工程设计提供借鉴。

基坑围护结构变形对邻近既有隧道的影响及其安全保护距离研究

基坑围护结构变形会对坑外一定范围内的土体产生扰动,进而影响邻近既有隧道。为保证隧道的正常使用和安全,需要确定基坑与隧道的安全距离。本文以《基坑工程技术规范》中规定的围护结构最大变形值作为位移边界条件,用位移控制有限元法研究基坑围护结构变形对隧道的扰动规律,分析基坑与隧道不同的相对位置和基坑等级对隧道的影响。研究结果表明:基坑侧方土体的扰动范围受基坑宽度影响较小,而主要受基坑深度(对应不同基坑等级)影响明显。基坑越深土体的扰动范围越大,其形状大致呈"倒三角形"。最后,根据15 mm扰动控制量划定了基坑邻近隧道所需的保护距离,为建立隧道保护标准提供参考。

输电线路内悬浮抱杆起升动载系数的研究

输电线路内悬浮抱杆因使用安装方便而被广泛应用于输电线路的施工过程。然而内悬浮抱杆动力学特性的研究尚不完善,因此有必要建立内悬浮抱杆起升动载系数的动力学模型。根据位移与刚度的关系,对内悬浮抱杆的等效刚度进行求解;利用动能等效的原理,对内悬浮抱杆的等效质量进行求解。根据等效刚度和等效质量的求解结果,计算得到起升动载系数的表达式,并利用有限元软件进行仿真验证。结果表明起升动载系数能够很好地反映内悬浮抱杆的起升动载特性,可为内悬浮抱杆的设计计算提供理论依据和设计规范的修订提供一定的参考。

1660 mm^2碳纤维导线用放线滑车底径优化研究

放线滑车是输电线路张力放线的重要工器具,滑车底径过小可导致碳纤维导线出现散股等损伤,为保证碳纤维导线工程放线的顺利开展,需对放线滑车的底径进行优化研究。以1 660 mm^2大截面碳纤维导线为例,利用有限元仿真软件建立导线过滑车仿真模型与导线散股判据,得到滑车底径对导线损伤的影响及滑车底径优化值,并进行验证。结果表明,股线塑性变形是导致导线出现散股问题的重要原因。试验结果与仿真结果具有一致性,说明仿真模型具有一定的准确性,为不同型号导线用滑车底径的优化研究提供了新的方法。

悬索式跨越架用纤维绳动力学参数试验及理论研究

针对悬索式跨越架用纤维绳缺乏动力学参数,无法开展相关仿真分析等问题,以跨度110 m的纤维绳索为研究对象,搭建动力学特性试验平台,开展纤维绳索在冲击载荷为0.5吨、0.75吨和1吨的动力学试验,研究纤维绳的动力学特性,并结合建立的柔性纤维绳索动力学控制方程,分析纤维绳索的刚度及阻尼大小。试验获取的纤维绳张力随载荷作用时间逐渐减弱,属于低阻尼体系;纤维绳张力随冲击载荷的增大而增大,载荷放大系数随冲击载荷的增大略微减小,但平均水平为13.0;纤维绳索前几个周期的峰值张力、振动周期与载荷冲击位置无关。理论分析得到纤维绳刚度为360 N/m,张力衰减系数为0.2 s-1,振动周期约为2.0 s,理论值与试验结果基本吻合。研究首次获得的悬索式跨越架用纤维绳动力学参数为后续的仿真分析与工程应用提供了有力支撑。

基于ZG30CrMo后处理的轻型化金具研究

为了减轻金具质量,提升金具的安全裕度,开展了高强材料金具的研制工作。结果表明,在借鉴我国±800 k V直流和1 000 k V交流工程连接金具设计、制造、建设及运行经验基础上,结合输电线路连接金具的特点,通过材料遴选、三维建模、力学性能、热处理仿真及锻造成型仿真分析、力学性能试验研究,成功研制了基于ZG30Cr Mo材料经过热处理和锻造仿真的轻型化金具,金具可减重12%,技术经济效益显著。

典型格构式跨越架的安全评价方法研究

特高压工程跨越施工中的跨越架危险点多,施工风险大,在设计、安装与运行等方面存在缺陷,会给电力跨越施工带来极大的安全隐患。为提高特高压电力施工安全性,根据相关技术标准及管理文件,制定了完整的安全评价方法,明确了评估单位、建设单位、施工单位、监理单位的责任,评价方法分为资料审查、安全评估、现场检验与评估报告出具,形成了完整的跨越架安全评估方法、安全评估工程流程及相关要求。评价方法科学高效,可有效降低格构式跨越架在施工过程中的风险。

表面构型对输电导线覆冰碰撞特性的影响分析

导线结冰严重影响着电网运行安全,局部碰撞系数是表征输电导线覆冰增长速率的关键指标,以往对传统钢芯铝绞线或其简化圆柱模型的覆冰增长特性进行了分析,碳纤维复合芯导线(Aluminum Conductor Composite Core,ACCC)作为一种发展迅速的新型导线,其局部碰撞系数和覆冰增长过程鲜有研究。首先基于商用有限元软件Fluent实现了对覆冰增长数值模拟,并通过与模拟试验结果对比,验证了仿真方法的有效性。随后,利用经过验证的数值模拟方法,对ACCC模型和简化的圆导线模型的覆冰增长特性进行了对比研究,模拟得到了二者表面的液滴碰撞系数分布,讨论了不同的雨滴中值直径和风速变化对碰撞系数的影响,获取了ACCC模型的结冰冰形。结果表明:风速低时ACCC模型的局部碰撞系数显著小于圆模型,覆冰初期,冰形受导线表面构型影响十分显著;当导线表面被覆冰完全包裹后,圆模型冰形比ACCC模型冰形阻力系数整体低15.3%,且在多个风攻角下呈现驰骋不稳定性。研究结果对于获取ACCC覆冰增长特性,了解不同表面构型导线覆冰致灾机理具有重要价值。

电力与通信共享铁塔的关键技术与商业模式

5G通信时代的到来为各大运营商的发展提供了新机遇,同时也带来了新的挑战。5G通信的大规模建设需要越来越多的铁塔资源进行支撑,但由铁塔公司自行投资建设铁塔面临着土地资源有限、建设周期长、资金压力大等诸多困难。将通信基站的天线挂载在电力铁塔上,可以不新建通信铁塔实现通信信号更广覆盖。共享铁塔的建设需要考虑设备安装及运维、防雷接地、电磁干扰等方面的关键问题,在关键技术的基础上首次提出直接租赁、间接租赁和合资建设3种共享商业模式。为比较共享铁塔与不共享铁塔对于参与各方在经济方面的差异,基于实际算例结合差额净现值法对不同商业模式中电网公司、铁塔公司和第三方公司在共享铁塔中获得的收益进行了分析研究,通过比较不同租金和出资份额下各方的收益差异,总结出共享铁塔年租金和出资份额的变化规律与可行区间。

不同排水条件间歇循环荷载作用下软黏土变形特性试验研究

以往研究中通常采用间歇加载循环三轴试验来研究交通荷载作用下软黏土的变形特性。但交通荷载引起的土单元应力场中,水平应力和轴向应力循环变化。而且在循环加载阶段和间歇停振阶段,土体孔隙水均可以排出。因此,通过对软黏土开展两类循环三轴试验,即不排水和部分排水条件下的间歇加载循环三轴试验,研究了间歇循环荷载作用下软黏土变形特性,分析了循环围压和排水条件对软黏土累积轴向变形的影响。试验结果表明,累积轴向应变受循环围压和排水条件影响显著。累积应变增量随加载阶段的增加而减小,但不同循环围压下应变增量的衰减程度不同;在部分排水条件下,应变增量随循环围压增加而增大,而在不排水条件下则下降;另一方面,相较于不排水条件,部分排水条件下应变增量的衰减程度更为显著;同时,不同试验条件下应变增量的差异性在第一个加载阶段中较为明显,而在后续加载阶段中则可以忽略。基于上述试验结果,提出了一个考虑循环围压和排水条件影响的预测间歇循环荷载作用下软黏土累积应变的表达式,预测结果与实测值较为吻合。上述研究成果有助于加深对间歇循环荷载作用下软黏土力学性质的认识。

基于无人机LiDAR仿地飞行技术的高陡边坡危岩体快速识别方法

我国西南地区山高谷深、斜坡高陡,危岩落石灾害极为发育,高陡边坡危岩落石由于高差大、坡面陡,具有显著的突发性,因此快速、准确、便捷地解译与识别危岩体源头成为高陡岩质边坡风险分析的首要问题。当前探测手段的进步使基于影像的地质灾害解译逐步从目视识别向人机交互式识别方向发展。其中,无人机激光雷达(LiDAR)系统通过融合无人机载体与LiDAR测量技术的优势,广泛应用于地质灾害调查中,同时仿地飞行技术的引入可以使无人机LiDAR系统适应复杂的地形,快速获取高精度、高密度的点云数据。基于以上技术对攀枝花某铁矿露天采场东侧边坡开展了无人机调查,通过获取高精度DOM影像和三维点云模型,量化提取点云模型中露头坡面粗糙度、倾向等危岩体几何特征参数作为DOM影像的补充材料,提出了一套基于DOM影像和几何特征的危岩体人机交互式识别方法。通过对东侧边坡危岩体的应用表明:提出的人机交互式识别方法通过在DOM影像的基础上叠加露头坡面几何特征,对悬空危岩体的识别精度优于目视识别,可以显著提高危岩体识别的效率和准确性。提出的方法通过结合创新的遥感技术,为高陡岩质边坡危岩体识别提供了快速便捷的方案。

梯田式填筑-降雨时序作用下沟谷区高填方地基变形与边坡稳定性分析

山区城镇化建设力度逐步加大,削山填沟工程广泛分布,高填方地基沉降变形与边坡稳定性是安全建设重要的问题之一。基于典型沟谷区高填方梯田式填筑模型,结合流固耦合方法和极限平衡理论提出了梯田式填筑—降雨时序作用下沟谷区高填方地基变形与边坡稳定性分析方法,然后通过室内试验确定填筑体力学参数,分析梯田式填筑过程中高填方边坡内部响应规律,最后从多角度分析降雨时序作用下高填方地基变形与边坡稳定性时空演化规律,同时结合现场深部监测数据验证模拟结果的合理性,并将其运用到湖北省十堰市郧西县扶贫产业园项目。结果表明:填筑体随含石量增加,黏聚力总体呈波动式下降趋势,内摩擦角相对变化不大,饱和作用下试样抗剪强度具有显著弱化作用;填筑时步过程中,填筑层对边坡变形影响具有一定的时空限制范围;降雨时序作用下,填方区降雨影响深度为距地表12 m范围附近,结合现场长期监测数据,与模拟结果较为相似。研究成果能为削山填沟高填方边坡风险评估与地质灾害防治提供技术与实践经验。

输电导线结冰数值模拟与影响因素分析

通过建立二维输电导线结冰模型实现结冰冰形预测。空气流场和对流换热通过Fluent软件计算,采用基于拉格朗日法的离散相模型计算输电导线表面水滴收集系数,利用Fluent的用户自定义函数(user-defined function,UDF)编程求解Messinger热力学模型,计算得到了输电导线表面结冰冰形与结冰厚度。研究中考虑了风速、水滴中值体积直径、温度、空气含水量和风向角等因素对输电导线结冰特性的影响。通过UDF实现导线的强迫振动,着重分析了输电导线振动对结冰特性的影响,得到了振动幅度和振动频率对局部水滴收集系数和结冰冰形的影响规律。

考虑土-结构相互作用的特高压变压器抗震性能分析

特高压变压器是变电站内重要的电气设施,进行变压器抗震计算时一般把地基基础考虑为绝对刚性,忽略了土体的影响。本文研究基于有限元数值仿真建立了土体-变压器的抗震分析模型,该模型考虑了土体在地震载荷下的非线性力学行为,并研究了变压器刚度及阻尼比变化对变压器抗震性能的影响。结果表明:数值模型与试验结果的频率误差在10%以内;在土体非线性力学行为影响下,随着地震峰值加速度的增加,特高压变压器的地震响应呈现出非线性增加的趋势;在0.2 g、0.4 g、0.8 g(g为重力加速度)地震激励下高压套管应力与试验误差分别为3.3%、2.6%、5.6%,说明了仿真分析力学模型的有效性。随着变压器刚度的增加,作为变压器薄弱环节的高压套管应力减小;阻尼比增加,设备的地震响应先增加后减小。研究成果可为特高压变压的抗震设计提供指导。

多功能高速远程滑坡运动堆积过程物理模型试验装置设计与应用

高速远程滑坡运动堆积过程影响因素众多,在物理模型试验装置研发过程中应满足多因素变化需求,从而实现多功能目的.该试验装置初始状态下(垂直角度=20°,水平角度=0°)长3.40m,宽0.56m,高1.35m.设计有滑体体积调节、上滑槽坡度调节和下滑槽水平角度调节三大模块.材料上采用了3mm厚不锈钢钢板与8mm厚钢化玻璃2种材料,使用耐久性较好,并且采用分部件组装形式,安装有万向轮,便于实验仪器的搬运.基于砂子与卵石颗粒材料,应用所研发装置,初步开展了高速远程滑坡运动堆积过程物理模型试验,简要分析了滑体坡度、水平角度、滑体高度及基底材质等参数对滑动距离的影响规律.