堤防工程失事模式及失事路径分析

针对堤防工程漫决、溃决、冲决、凌汛决口和人为扒决这5类主要失事模式,分析失事原因和机理,并列举近年来堤防工程失事典型案例。在此基础上,采用事故树分析法建立了不同失事模式下典型失事路径,研究传统堤防安全评价方法在堤防失事模式和路径识别中的作用,探讨包括传统堤防安全评价方法在内的堤防失事路径识别技术,建立融合传统堤防安全评价分析方法、事故树分析法的失事路径识别流程。

黄河防汛抢险技术虚拟试验场构建技术研究

黄河防汛抢险技术试验场由“虚”“实”两部分组成,虚拟平台是实体试验场的数字孪生体。以建设黄河防汛抢险技术虚拟试验场为目标,依托总体布置方案对场地结构进行分解,针对7组模块化构件,通过实体尺寸参数驱动三维模型,同时根据附加材质对不同构件分别进行多边形建模和曲面建模;采用C4D等工具构建三维场景;采用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法求解纳维—斯托克斯方程组,基于Realflow软件在蓄水池内生成流体粒子和网格,在时间、空间两个维度获取粒子水力要素;采用Octane render对三维场景和流体网格进行渲染。最终构建完成强真实感、高可信度的试验场虚拟场景。

堤防工程健康诊断技术初步研究

堤防工程健康诊断就是采取工程探测、检测或监测等手段获取堤防系统或单位堤段的基础诊断资料,通过构建堤防工程健康诊断指标体系,对堤防工程的健康状况进行诊断,包括专项诊断和综合诊断2个方面。从堤防病害及拟定堤防安全监测、检测和探测项目的角度出发,提出了堤防工程健康综合诊断的指标,堤防工程健康状况可划分为健康、亚健康、病变、危情4级。

堤防工程标准化管理内涵与评价体系框架构建

针对我国堤防工程管理工作面临的各种问题,在梳理分析试点地区标准化管理经验的基础上,阐述了堤防工程标准化管理内涵,以工程状况、安全管理、运行管护、管理保障、信息化建设5个维度组成五元结构模型,剖析了堤防工程运行管理工作要素,基于层次分析法和德尔菲法,以工程安全为底线、以提升能力为目标初步构建了堤防工程标准化管理评价体系。

基于雷达散射特征的堤防隐患诊断技术研究

结合堤防隐患的雷达散射特性,研究了不同堤防隐患在雷达波散射效应下的特征表现,分析了空洞、渗透、松散体、滑坡、裂缝、漏水等堤防隐患的雷达图谱。研究表明:堤防隐患的成像效果依赖于雷达设备的技术指标、测量参数和操作方法等因素,隐患图像解释的准确性依赖于图像处理技术。针对不同堤防隐患和设备物理参数,研究雷达波的散射特征,有助于更高精度地解析图像信息,是解决雷达波干扰多、衰减快、特征弱等问题的有效途径。结合雷达波的形态、波长、振幅、相位等特征信息,在对散射信号进行解释时采用二维时频分析的瞬态谱,并运用小波分析、Hilbert变换、Z变换等方法对图像进行去噪、增强、滤波处理,可对堤身探测范围内的隐患性状、分布、形态信息进行有效诊断。

基于地面激光雷达技术的堤防溃口模拟试验研究

堤防溃口模拟试验时,因模型较小且模型的堤防较软,易变形坍塌,致使常规测量技术难于捕捉到准确的堤防溃损信息。针对上述缺陷,引入非接触式数据获取方法,采用激光雷达仪对溃口模型进行扫描,然后进行点云数据处理。结果表明:激光雷达技术与传统的手工量测方法相比,具有速度快、精度高的优点,且避免了接触式量测的弊端,为模型试验的研究提供了新的方向。

无临设工程施工的沉桩方法及工法设计

传统的打桩(振动、冲击)技术,不仅需要打桩机,还需要施工车辆、大型附带设备及暂设工程,施工效率低、占地面积大,对生态环境影响大。以黄河堤岸刚性加固为需求导向,设计了无临设工程施工的沉桩方法,并开发出整套设备,该设备主要包含静压植桩机、动力单元、桩用起吊装置及桩材自走装置。该工法实现了无暂设工程施工,提高了作业效率,减小了对生态的影响。从工法特点、施工周期、施工成本、硬质地层适应性、成桩质量、占地面积和环境影响(CO_(2)排放)等方面对比分析了此方法与传统施工的优缺点。结果表明,该方法可广泛应用于坝决口封堵、堤防加固、植入式斜桩护岸、挡土墙、止水墙、基础和地基工程加固等方面。

大豆脲酶诱导碳酸钙固化黄河泥沙水稳定性试验研究

随着国家“交通强国”战略的提出,沿黄工程建设发展迅速,填筑用土需求剧增。黄河泥沙作为填筑材料的可行性已被证实,但其在多雨地区的服役性能需要改善,探索一种生态、高效的泥沙加固方法提高其水稳定性十分关键。本文基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术固化黄河泥沙的方法,分别开展了常规浸水条件和干湿循环条件下固化黄河泥沙的水稳定性试验,研究了浸水后试样的质量损失及强度折损情况,分析了干湿循环对固化后黄河泥沙试样强度软化系数的影响规律。结果表明:采用EICP技术固化的黄河泥沙试样浸水崩解过程相比原状试样更加缓慢;胶结液浓度1.5 mol/L的黄河泥沙试样长期(56 d)浸水后,几乎保持完整,质量损失率仅为6.36%,强度折损率仅为6.21%;10次干湿循环后,不同胶结液浓度处理后的黄河泥沙试样均出现了不同程度的颗粒松散和脱落现象,胶结液浓度1.5 mol/L、灌浆10次的黄河泥沙试样的抗压强度损失仅为9.96%,抗干湿循环能力最强。利用EICP技术可以有效的固化黄河泥沙并提升其水稳定性,这对推进黄河泥沙的资源化利用进程十分重要。

基于LES的水工钢闸门流激振动数值模拟研究

针对钢闸门流激振动机制的复杂性以及钢闸门流激振动在工程实际中的多发性,以二维平板钢闸门为例,基于ADINA有限元分析软件,建立了不同开度的流场有限元模型和固体有限元模型,探究了不同开度时水工钢闸门动力响应规律,阐明了单、双向流固耦合作用下钢闸门动力响应差异,揭示了水工钢闸门流激振动机制。结果表明:1)随着开度的增大,流场不同位置处脉动压力逐渐减小,钢闸门附近旋涡脱落的频率逐渐降低;2)对于水工钢闸门而言,可以采用单向流固耦合代替双向流固耦合进行计算;3)水工钢闸门流激振动产生的机制主要是钢闸门周围旋涡脱落频率与钢闸门结构第一阶自振频率一致或相近,导致钢闸门发生了共振。

冲刷及整治工程叠加作用下武汉河段滩槽调整特征与成因

大型水库的修建引起了坝下游的滩槽调整,进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究滩槽调整的驱动机制,采用1952—2022年水沙和1959—2021年地形观测资料,以长江武汉河段为例,分析了床沙组成、来水来沙及整治工程等因素的影响。研究表明:①武汉河段枯水河槽冲刷量占全河槽冲刷量的90.4%,断面趋向窄深化,河相系数减小。不同江心洲及汊道冲淤出现差异性调整,2001—2021年,铁板洲和白沙洲洲体面积分别减少了63.1%和61.5%,潜洲和天兴洲洲体面积分别增大了212.3%和14.5%;2013年后,铁板洲左右汊均冲,天兴洲汊道左淤右冲。②来沙量锐减,河床以0.125 mm≤d<0.25 mm的细沙居多,抗冲性较弱,是冲刷加剧的先决条件;三峡水库的削峰补枯作用加剧了枯水倾向汊河的冲刷幅度;整治工程改变了滩槽冲淤的横向分布,是江心洲差异性调整的主导因素,也是天兴洲保持左淤右冲的重要原因。③三峡水库蓄水前,洲滩之间演变联动性强;三峡水库蓄水后,来沙减少和中水期时间延长导致洲滩冲刷萎缩,洲滩之间演变联动性变弱;整治工程实施后,工程保持了心滩稳定且其缓流滞沙效应提高了抗冲性,心滩淤长的同时限制了边滩发育,叠加来沙进一步减少,边滩之间、心滩之间演变联动性进一步变弱,边滩与心滩之间演变联动性再次增强。

开敞式防洪闸闸室结构抗震安全分析及加固措施研究

以处于地震基本烈度8度区的某开敞式防洪闸为例,基于有限元分析软件,采用时程分析法对闸室结构抗震能力进行了分析。针对闸室上部启闭机房结构存在的抗震缺陷,制定了不同的抗震加固方案,通过不同加固方案抗震能力对比分析,比选了较优加固方案,并在较优方案基础上,探究了连通梁截面尺寸对闸室结构加固效果的内在影响规律。结果表明:地震作用下防洪闸闸室结构启闭机房排架柱折角位置处出现较大拉应力区,其最大拉应力超过了结构承载能力,不满足抗震安全需求;在各排架柱之间增设连通梁可降低启闭机房结构动力响应,但设计过程中为避免启闭机房结构产生鞭梢效应,不宜在顶部位置增设;连通梁截面尺寸对启闭机房排架柱结构抗震能力影响显著,实际工程中可通过控制截面尺寸达到理想的抗震加固效果。

微芯桩监测技术在黄河丁坝根石走失预警中的应用

黄河下游丁坝根石走失问题频发,传统监测方法成效有限。为提高根石走失预警的准确性和科学性,创新性地将微芯桩监测设备应用在黄河神堤控导工程13#、14#、15#、20#坝,监测根石走失情况以及坝体倾斜角度、振动冲击合加速度等变化情况。微芯桩监测系统利用物联网一体化感知技术,通过感知终端实现对水下根石运行状态的24 h全天候监测。应用情况表明,丁坝基础石料在水流或者外力作用下产生滑移,使丁坝发生轻微的位移、倾斜或振动时,微芯桩能灵敏地捕捉到这些指标信息,监测精度较高。

新形势下堤防工程管理存在问题与对策探讨

在对堤防工程管理和国内外研究现状调研的基础上,分析了堤防工程管理存在的主要问题,从堤防工程的自身特点、法规体系、技术支撑等方面剖析了原因,提出了强化堤防工程风险—生态—文化一体化管理理念、为建设幸福河提供安全保障的管理目标,并从法规体系完善、关键技术研发、两个抓手落实、监管平台建设等方面探讨了新形势下的堤防工程管理对策和建议。

黄河堤防隐患探测技术研发及展望

堤防防患探测方法主要有人工探测、地质钻探和地球物理勘探3种。其中地球物理勘探是快速无损探测的首选方法,包括电法、电磁法、弹性波法等。黄委所属有关单位与相关高校合作,研制了HGH-Ⅲ型、ZDT-1型、FD-2000型、JT-1型等堤防隐患探测仪。今后应加强隐患探测结果的正反演研究、开展综合探测、建立探测评估体系等。

边坡固结植生生态防护技术试验研究及应用

为了使西北寒旱地区工程边坡在恶劣立地条件下尽快实现生态恢复,以新疆某水电站引水渠道右岸开挖形成的砂砾石边坡和盐碱质黄土边坡为工程背景,开展了固结植生生态防护技术试验研究。通过室内试验确定有利于植物生长的护坡复合基材各组分的最佳配比,并进行现场应用试验,验证了固结植生生态防护技术的效果。研究表明:复合基材混合物中高摩尔比脲甲醛缓释肥是影响护坡植物长势的主导因素,含水量为次要影响因素;边坡固结植生生态防护技术应用效果良好,草种萌芽率高,植被覆盖度高;边坡植物根系具有加筋及锚固作用,可显著提高边坡稳定性。

基于J2EE平台的堤防工程信息管理系统设计与实现

为进一步加强和规范堤防运行管理,实现动态掌握工程管理状况,研发建设了基于J2EE平台、B/S结构的全国堤防工程信息管理系统,并对系统建设目标、系统架构和系统功能进行了详细设计,有效提高了堤防工程信息化管理水平和工作效率。

我国典型堤防工程管理现状调查分析

在对我国堤防工程运行管理现状进行调研的基础上,重点分析了黑龙江、上海、江苏、安徽、福建、河南、湖北、新疆等8省(自治区、直辖市)644个水管单位1420段3级及以上堤防的管理资料,分析了堤防工程管理体制与机构设置、运行机制与安全管理等方面存在的问题,提出了加强行业管理的对策和建议。

黄河下游堤防安全管理技术探讨

黄河下游堤防的安全涉及堤防本身、穿堤建筑物、河道整治工程等。黄河下游存在"二级悬河",而且堤防多为沙性土构成,平时大多又不偎水,堤身、堤基存在的隐患难以显露,一旦洪水漫滩出槽,将可能引起渗水、崩塌等险情,对堤防安全构成严重威胁,有必要加强堤防安全监测预警工作。针对堤防隐患探测及安全监测、穿堤建筑物土石结合部渗水监测、河道整治工程根石探测与监测、堤防安全评估等存在的问题,探讨了解决途径。

滏阳河污染堤防土体力学性能研究

通过室内试验,考察了去离子水和滏阳河水对滏阳河堤防土体物理力学性能的影响、土体矿物成分及微观形貌的改变。结果表明:(1)滏阳河当地水浸泡后土体塑性指数和有效黏聚力均小于去离子水浸泡后的土体,有效内摩擦角则大于去离子水浸泡后的土体;(2)不同浸泡条件下,土体应力应变关系曲线变化规律基本一致,均呈应变硬化现象,各级围压下,邯郸滏阳河当地水浸泡土体后的剪切峰值均大于去离子水浸泡后的土体;(3)去离子水及滏阳河水与土体间发生相互作用,改变土体的矿物成分含量,使其微观形貌及孔隙特征发生明显变化,最终导致土体的宏观力学特性改变。

堤防溃口冲刷试验中三维激光扫描技术的应用

采用非接触式数据获取方法,利用三维激光扫描仪对堤防溃口土体进行扫描,然后结合ArcGIS进行逆向建模,得出堤防溃口冲刷模型剖面图及时段冲刷量,并与实测冲刷量进行了对比。结果表明:①采用三维激光扫描技术能够方便快捷地获取堤防冲刷模型表面的点云数据,并可准确地在计算机中建立起以点云为基础的数字化冲刷过程模型;②三维激光扫描系统不需要与目标物体接触,获取的数据可以方便地与其他软件进行交互处理,克服了接触式量测的缺点;③数值模拟计算的冲刷量和实测冲刷量较为吻合。