考虑降雨-洪水-泥沙作用下的淤地坝溃决致灾风险评估

淤地坝一旦遭遇极端降雨极易导致洪水漫顶溃决,将对下游人民群众造成极大威胁,亟需开展淤地坝溃决风险定量评估。现有研究忽略泥沙对溃决致灾过程的影响。本研究通过分析降雨诱发的泥沙对溃决致灾的影响过程,揭示降雨-洪水-泥沙作用下的溃决致灾机制,建立考虑降雨-洪水-泥沙作用下的淤地坝溃决致灾风险定量评估模型,将传统的“降雨-洪水”研究发展为“降雨-洪水-泥沙”,实现溃决坝体的精准判定和风险定量评估。将模型应用于王茂沟流域两次溃决案例,并评估不同重现期降雨量的溃决致灾风险。结果表明:考虑泥沙对溃决致灾过程的影响,判定关地沟3坝、背塔沟坝和康和沟3坝溃决,判定结果与实际溃决情况吻合,忽略泥沙影响则背塔沟坝的溃决判定存在差异。与忽略泥沙对溃决致灾的作用相比,考虑泥沙作用2017-7-26降雨下关地沟3坝、背塔沟坝和康和沟3坝起溃时间分别提前11 min、13 min和7 min,有利于及时发出预警,快速撤离两岸群众,提升了淤地坝预警的准确度。不同重现期降雨量下,关地沟3坝10年一遇溃决流量为4.82 m^(3)/s,200年一遇溃决流量为5.97m^(3)/s。黄柏沟2坝和关地沟4坝在目前淤积情况下,可抵御200年一遇降雨。

秸秆纤维加筋黄土三轴剪切特性试验

为了探明秸秆纤维加筋黄土的剪切力学特性,开展三轴剪切试验和电镜扫描试验,研究纤维掺量、纤维长度和土体含水率对秸秆纤维加筋黄土应力-应变特性和抗剪强度的影响,并分析加筋机理。结果表明:加入秸秆纤维主要通过增加土体黏聚力以有效提升黄土的抗剪强度,但不会改变黄土偏应力-应变曲线的类型及特征,仍表现为应变硬化型;秸秆纤维的最佳掺量和长度分别为0.3%和10 mm,当纤维掺量和长度超过最佳值时,土体中存在过多的软弱结构面会削弱加筋土体的整体性,筋土间黏结和摩擦作用降低,土体抗剪强度减小;加筋黄土的最佳含水率为素黄土的最优含水率,含水率超过最佳值后,筋土表面结合水膜增厚,筋土间润滑作用增强、摩擦力减弱,土体抗剪强度降低。

考虑墙趾阻力的加筋土挡墙的数值分析与筋材拉力计算方法

现行加筋土挡墙设计规范由于忽略了墙趾阻力对挡墙内部稳定性的贡献,计算的筋材拉力值远大于实测值,在设计上过于保守.本文对55座假定的模块式加筋土挡墙开展数值模拟,研究工作应力条件下筋材最大拉力随墙趾阻力的变化规律及其影响因素,在此基础上,采用响应面模型提出考虑墙趾阻力的筋材拉力计算方法,并用现场挡墙实测数据对该方法进行验证.结果表明,随着墙趾阻力增大,挡墙下部1/3高度范围内的筋材最大拉力值减小;墙趾阻力对筋材拉力的影响随着挡墙高度和填土内摩擦角的增加而减弱,随墙面仰角的增加而增强,受筋材刚度和间距影响不大;本文提出的方法可以合理预测加筋土挡墙在工作应力状态下的筋材拉力,并能反映出墙趾阻力使挡墙底部筋材拉力减小的现象.

考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析

基于土水耦合机制,耦合溃口水力学、溃口扩展、溃口侵蚀、洪水调节模型,提出了考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析方法,并应用于红石岩堰塞坝案例,定量分析了不同开挖措施导致的溃决洪峰流量、洪峰时间、总泄洪量以及对下游梯级水库群的风险效应。结果表明,若单一考虑坝址的溃决洪水,不同开挖措施的溃决洪峰流量及溃决时间相差不多,溃决洪峰流量差值在360m3/s范围内变化。当开挖的引流槽宽度增加时,堰塞坝洪峰流量降低,总泄洪量增加,到达洪峰时间相差不多,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间推迟。当深度增加时,堰塞坝溃决洪峰流量、总泄洪量降低,到达洪峰时间提前,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间提前。以下游梯级水库群不翻坝为首要风险安全控制标准,可确定引流槽开挖最优方案为宽20m、深10m。

考虑倾斜侧滑面的高陡岩质边坡块体稳定性分析

边坡稳定影响因素中较少考虑侧滑面对稳定性的影响。针对东庄水利枢纽水垫塘右岸区段高陡岩质边坡为研究对象,考虑坡内块体倾斜侧滑面的影响,采用ANSYS软件模拟施工开挖和支护,并选用强度折减法对规范规定的三种工况下边坡的变形情况进行分析和整体稳定性评价。结果表明:坡内的潜在滑动块体在不支护的条件下,地震工况的安全系数均满足要求,正常运用工况和泄洪雾雨工况的安全系数不满足要求。采用系统锚索加固后,三种工况下的块体安全系数均满足设计标准。

碾压混凝土坝小温差的中后期通水冷却

通水冷却是减少碾压混凝土坝温度裂缝的主要措施,但通常后期冷却即在混凝土龄期120 d后快速降低水温,容易引起较大的自生应力和拉应力,小温差冷却可将中后期冷却开始时间提前,有效降低温度应力。但不同中后期通水冷却方式产生的温度应力相差较大,如何将小温差方式合理运用在坝体中后期冷却中需要精细分析。运用自行开发的浮动网格法三维有限元温控仿真程序对碾压混凝土坝的小温差中后期冷却方式开展研究。结果表明:当采用小温差的中后期通水冷却时,坝体温度和温度应力明显降低。当混凝土龄期结束后立即开始通水冷却,并且在中后期冷却时开展多档通水冷却,缓慢降低通水温度,可有效降低坝体温度和温度应力,为实际工程提供有利参考。

填充节理直剪试验颗粒流模拟

针对天然节理岩体的安全问题,为了揭示填充物对节理剪切特性的影响规律,通过颗粒流程序(PFC)建立了填充节理试样,对岩石的宏观力学参数进行了标定,并编制了能够施加恒定法向压力的伺服模块和裂纹扩展监测模块。对比了填充节理与闭合节理的剪切特征差异,设置了8种不同填充度和4种不同法向应力方案。结果显示:因填充物在“岩石-填充物-岩石”接触效应中起到了缓冲作用,填充节理的剪切强度和破坏程度小于闭合节理。当填充度为0.25时,剪切应力峰值在5 MPa和14 MPa时为11.61 MPa和21.10 MPa,相比闭合节理分别降低36.86%和32.38%。这表明填充物对节理的剪切强度的影响不容忽视。随着节理填充度的增加,剪切强度非线性降低,并逐渐接近填充物自身的剪切强度;随着法向应力的增大,剪切强度线性增加。试样破坏图示和裂纹数量化结果表明,填充度的增加能够弱化试样的破坏而法向应力的增大能够加剧试样的破坏。进一步考虑了填充物摩擦性质的差异,发现其对试样的剪切强度和裂纹发育均有所影响。

基于GWO-TVF-EMD方法的行星齿轮箱齿面剥落故障诊断

针对时变滤波经验模态分解(TVF-EMD)方法的不足之处,将样本熵作为适应度函数,采用灰狼优化(GWO)算法对带宽阈值和B样条阶数核心参数进行寻优,得到最优组合解,对不同的故障冲击试验振动信号进行分解。对本征模态函数(IMF)分量选取过程进行优化,采用多个加权指标对所有IMF分量进行计算,最终选取最优IMF分量,再通过包络谱分析提取出行星轮齿面剥落故障特征。在行星齿轮箱故障试验中,利用方均根法对剥落故障进行初步识别,根据GWO-TVF-EMD法分解得到各剥落故障信号最优IMF分量,使用包络谱分析明显判断出行星齿轮的故障频率。该方法能够提取3种不同程度齿面剥落故障的细节特征,理论值与实际值的相对误差为1.68%。