基于毛细管连通率和水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型

碳酸盐岩非匀质性强,孔隙结构呈现出连通率低、迂曲度高的典型特征。而以往的渗透率分形模型假设岩石孔隙由相互不干扰的毛细管束组成,忽略了复杂成岩过程中胶结作用导致的毛细管连通性降低和迂曲度增大的情况,难以准确评估低渗碳酸盐岩的渗透特性。针对渗透率被高估的研究现状,利用满足阿波罗填充的等径颗粒致密堆积分形毛细管束模型,提出了毛细管连通率表征进出口毛细管过流面积损失,并在流体渗透路径几何迂曲度与孔隙度关系的基础上,引入曲折度指数来反映岩石的实际水力迂曲度,最终建立基于连通率、水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型。考虑曲折度指数的水力迂曲度计算值与试验压汞法测定值更为一致;基于毛细管连通率、实际水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型计算结果与细观测定及渗透试验数据吻合较好,表明提出的碳酸盐岩渗透率分形模型能够更好地预测碳酸盐岩真实渗透率。参数敏感性分析发现,孔隙度相同,粒径不同的碳酸盐岩,渗透率均随着孔径增加而增加;同时相同粒径岩石,渗透率随着孔隙度的增大而增大,但由于孔隙面积最小/最大值、孔隙面积分形维数均与孔隙度相关,渗透率与孔隙度的关系不是单纯的线性关系,渗透率随着孔隙度增大的增幅逐渐减小、敏感性逐渐降低。

泵闸施工期智能温控数据采集与管理系统研发

针对泵闸结构大体积混凝土,研发了功耗低、独立性强、施工干扰小且存取便捷的施工期智能温控数据采集与管理系统.针对DS18B20数字温度传感器,以Modbus协议为基础开发了基于VB.NET的温度采集系统,实现了对采集模块的自动编号以及采集与存储频率的自由调控;建立了含有多个温度测区表和流量表的SQL server数据库,方便数据存储、查询与管理;开发了基于B/S架构的Web温控信息管理平台,实时呈现大体积混凝土温控数据与相关图表.

横缝对高拱坝系统非线性地震响应的影响分析

对带横缝高拱坝系统非线性地震响应的影响进行了分析研究.坝体材料采用混凝土损伤塑性本构模型,采用指数型动接触本构模型模拟各个坝段之间的横缝接触作用,具体模拟了横缝张开、闭合和滑移非线性,研究了横缝条数分别为1,3,5,7,11,21,40条时高拱坝的地震响应;探讨了径向摩擦因数分别取0.0,0.2,0.4,0.6,0.8时,拱坝横缝的最大开度、径向位移响应变化规律.研究表明:7条横缝模拟时的最大开度与11、21和40条横缝模拟的结果接近;最大开度的横缝位置并非在大坝中部,而是在靠近左右两个坝肩位置的横缝处,7条横缝时最大开度出现在第1条横缝,11、21和40条横缝时最大开度均出现在第3条横缝处,且这4个最大开度横缝在大坝上的位置基本相同;缝面考虑径向摩擦的横缝开度要大于径向自由的横缝开度;径向完全自由时静荷载作用下的顺河向位移明显大于径向有摩擦的情况,且后者在地震荷载下的顺河向位移响应变幅要大于前者;摩擦因数增加到一定时,大坝的顺河向位移响应曲线基本一致.研究结果可供有关设计施工部门参考.

粗粒料静止侧压力系数及其变形特性试验

土体的静止侧压力系数K_0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K_0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,准确测量土体的K_0系数并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前,能研究粗颗粒土K_0的试验仪器极少,对K_0系数的研究成果相应地也很少,而关于粗颗粒土在不同初始孔隙比下K_0系数的变化规律的研究几乎空白。为研究粗颗粒土的静止侧压力系数在不同初始孔隙比下的变化规律,研制了一种新型K_0试验仪。该仪器既能用于测定粗颗粒土的K_0系数,也可用于一般黏土或砂土K_0的测定,且可用于高应力条件下。对某级配粗粒料进行了不同初始孔隙比状态下的K_0压缩试验。试验粗颗粒土的母岩为似斑花岗岩,颗粒粒径范围<20 mm。试样高度为8 cm,直径为10 cm,初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6,试验最大竖向压力为3.7 MPa。结果表明:当对试验粗粒料在K_0状态下加载时,侧向应力与竖向应力之间呈现较好的线性关系,K_0为常数。初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6时,K_0的范围为0.30~0.45,孔隙比对K_0系数的影响显著;粗粒料的静止侧压力系数随着初始孔隙比的增加而增加,且两者之间近似呈直线关系;不同初始孔隙比条件下,试样的体积应变与平均正应力(或竖向应力)之间可用幂函数拟合;提出能够反映不同初始孔隙比的粗粒料K_0条件下的应力应变关系经验公式。

拱坝水平拱圈的动力稳定条件研究

保证薄拱坝水平拱圈在地震作用下的稳定性是拱坝设计的前提.针对抛物线形水平拱圈,利用总势能不变值原理建立了水平拱圈扁拱模型的非线性振动方程;基于突变理论分析了扁拱的响应在特定条件下具有非线性突变特征,给出水平拱圈动力稳定的条件;通过与他人的实验和数值分析结果的对比分析,得出了水平拱圈不发生动力失稳破坏的“动力稳定裕度”限值为5.54,小于该限值即发生失稳破坏.本文提出的“动力稳定裕度”限值与他人对拱坝的地震分析结果吻合较好,因此该动力稳定裕度限值可为拱坝的抗震评估及初步设计提供有益的参考.

渗流作用下红层软岩流变力学特性试验与本构模型研究

滇中引水工程隧洞软岩大变形问题是十大世界级技术难题之一.以滇中引水工程柳家村隧道钙质泥岩为研究对象,开展了渗流作用下的三轴流变力学试验,研究了渗流作用影响下钙质泥岩流变变形规律及加速流变特征.结合钙质泥岩在不同渗压作用下的流变特性,引入比奥系数与损伤变量,基于非线性元件模型,建立反映不同渗流压力作用下钙质泥岩损伤流变特性的本构模型,对非线性损伤流变模型进行参数辨识,模型与流变试验结果匹配良好.研究成果对认识和掌握滇中红层软岩渗流流变力学特性具有重要理论意义和实用价值.

基于LSTM算法的表面粗糙度监测系统

加工过程中为避免因机床异常振动造成的零件表面粗糙度突变,提出一种基于LSTM算法的表面粗糙度监控模型,通过对主轴与台面安装传感器,实现机床振动量的实时采集并作为时序变量输入模型。在M-V5CN组合机床铣削U71Mn高锰钢样本集上证明该模型可有效训练,且RMSprop优化器相对于Adam与SGD算法优化器可更有效降低模型泛化性误差。最终在嵌入式开发板中预测最大绝对误差低至0.01μm,平均误差为0.005μm可在加工中对表面粗糙度进行有效监控。

缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数影响规律试验

准确把握粗颗粒土静止侧压力系数K_(0)对分析及设计土石坝等岩土工程具有十分重要的作用。由于缩尺效应的存在,粗颗粒土室内K_(0)试验结果往往无法正确反映其真实值。本文利用自行研制的大型K_(0)测试仪对某砂卵砾石料及堆石料进行大量试验,以研究分析缩尺效应对粗颗粒土K_(0)影响规律,找出消除缩尺效应影响的方法。通过改变试样颗粒的最大粒径d_(M)、缩尺方法、初始相对密实度D_(r0)等初始条件,设置24组试样,利用大型K_(0)测试仪对各组试样进行直剪试验,定量研究d_(M) 、缩尺方法和D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响规律,并探讨以室内试验数据推求现场粗粒土K_(0),从而消除缩尺效应的方法。结果表明:D_(r0)及缩尺方法不变时,粗颗粒土K_(0)随着d_(M) 的增加而显著减小,因此,缩尺效应会导致粗颗粒土K_(0)显著增高,且缩尺后土料d_(M) 越小,其K_(0)受影响程度越高;D_(r0)及d_(M)相同时,缩尺方法对粗颗粒土K_(0)有一定影响,采用等量替代法缩尺后,试样K_(0)值增加最小,因此,采用等量替代法缩尺可减小缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响;相比d_(M) ,D_(r0)对粗粒土K_(0)的影响更为显著,D_(r0)越大的土样,d_(M)对粗粒土K_(0)影响更明显。基于砂卵砾石料K_(0)试验结果及前人的研究,建立根据室内试验结果反推现场粗颗粒土料K_(0)的公式,以消除缩尺效应对粗颗粒土K_(0)的影响。利用堆石料K_(0)试验结果验证了该经验公式的准确性及适用性。

深埋软岩隧洞让位支护原理及应用技术框架

软岩大变形问题是深埋软岩隧洞面临的重大工程挑战和核心关键技术问题.本文总结了从采取刚性支护硬顶的方法发展到采用柔性支护利用围岩自承能力的让压方法的历程,通过分析国内外软岩大变形案例,以滇中引水工程为例,总结滇中软岩变形特征,认为滇中深埋软岩隧洞大变形问题,如采用以防止冲击地压和解决不均压问题的让压锚杆支护,将有一定的局限性,甚至无效.滇中深埋软岩隧洞软岩大变形问题往往还与赋存地质物理环境高外水压力作用有关.文中提出复杂地质条件下深埋软岩隧洞让位支护理论与技术方法,让位支护理论与让压支护理论基础和原理不同,其不是让抵抗冲击地压为目标,而是让变形位移为核心,软岩隧洞施工中“持续变形、边支边让”为核心思想,在保证水工隧洞安全稳定的条件下充分释放岩体的主体变形能,保障软岩隧洞支护、衬砌的安全稳定.该理论方法可在变形力学机理上解决软岩大变形和高外水压力强作用的关键核心技术问题.文中给出了软岩隧洞让位支护系统技术方法,包括系统让位锚杆、让位锚索、约束混凝土、可缩动钢拱架结构及其让位支护体系技术.

基于有限元的重力坝抗滑稳定静动力可靠度快速求解方法

重力坝的抗滑稳定是重力坝工程能够安全运行的关键,其抗滑稳定的可靠度研究是当前水利工程领域的重要研究课题.为了解决采用蒙特卡罗法求解可靠指标时计算效率低、采用响应面法时求解精度不高问题,本文提出一种基于有限元的改进一次二阶矩法进行重力坝抗滑稳定可靠度计算.首先,将坝基岩体抗剪断强度参数视为随机变量,定义功能函数为抗滑稳定极限平衡状态下阻滑力与滑动力的差值,在极限平衡状态条件下推导了功能函数中随机变量的偏导数;然后考虑地震荷载作用的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法计算抗滑稳定静动力可靠指标并将此方法应用于某重力坝工程的抗滑稳定分析中.研究结果表明,该方法在保证计算精度的情况下具有更高的求解效率和收敛速度,故可为类似工程的抗滑稳定静动力可靠度分析提供方法借鉴.

基于CVaR的高比例光伏区域综合能源系统优化调度

在“双碳”目标的驱动下,以光伏为代表的分布式能源正大规模接入配电系统与配气系统,二者间的耦合也更加紧密,为低碳可持续能源系统的构建带来了新的机遇,然而,由于分布式能源的随机性,其不可避免地造成了两个系统间潜在的运行风险。基于此,本文提出了一种高比例光伏渗透率下区域综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先,在高光伏渗透率的前提下,建立了考虑储能设备的电–气区域综合能源系统日前调度模型,利用二阶锥松弛将模型线性化。其次,基于CVaR风险评估模型的理论基础,建立并简化了损失函数。接着,在实时调度过程中考虑CVaR风险评估模型,建立了考虑CVaR风险评估的区域综合能源系统实时调度模型,以平衡不同风险态度下新能源不确定性导致的风险成本。最后,将上述两个模型合并,建立区域综合能源系统日前–实时多时间尺度调度模型,分析区域电力系统与区域天然气系统之间的相互作用与能量流动。算例分析中,设计了不同的负荷强度方案对模型进行验证,分析了不同方案下系统购电量与不同设备运行参数的变化。结果表明,所提模型可以有效缓解因新能源随机波动带来的运行风险,同时考虑耦合设备的运行调控能够促进区域综合能源系统的耦合运行并取得良好的经济效益。

深埋隧洞高外水压力研究进展

随着深埋隧洞工程建设,高外水压力问题日益凸显,已成为工程建设面临的最大挑战,高外水压力作用机理和渗控措施是高外水压力问题中的关键.本文从外水压力理论计算方法、外水压力模型试验、深埋隧洞渗控措施三方面综述了国内外高外水压力研究进展.在外水压力理论计算方法方面,研究重点包括折减系数法、解析法和数值法等,旨在探讨深埋隧洞围岩、灌浆圈、衬砌等参数对外水压力的影响.在外水压力物理模型试验方面,基于原型洞室相似和相似材料的试验,主要研究隧洞渗流场分布、外水压力大小以及围岩及衬砌力学与渗流特性等对于隧洞工程安全的影响;在深埋隧洞渗控措施方面,讨论了采用减小灌浆圈渗透性、增大衬砌强度等“堵”的方法,以及施作排水孔、排水洞等“排”的方法.提出了深埋隧洞高外水压力研究拟进一步的研究方向,主要包括:研究工程地质和水文地质结构模型,引入参数场描述水文地质模型,针对深埋隧洞高外水压力研究的岩体分类,揭示不同外水压力条件下深埋隧洞围岩-灌浆圈-衬砌支护结构与外水压力互馈作用及耦合作用机理,构建深埋隧洞现场原位智能化外水压力监测体系,开展深埋隧洞高外水压力风险防控研究,为高外水压力作用下深埋隧洞工程施工及运行提供技术支撑和参考.

基于现场载荷试验的压实土石填筑料变形参数反演

为了解现场压实土石填筑料的变形特性,开展了5组不同土石填筑料的平板载荷试验,并采用改进加速遗传算法对试验结果进行了反演分析,得到了“薄层重碾”作用下压实土石填筑料的邓肯E-B模型参数.在此基础上,对句容抽蓄上水库库盆填筑过程进行了数值模拟.结果表明:现场压实后的土石填筑料处于超固结状态,其在初始加载阶段产生的沉降较小;由于缩尺效应影响,室内三轴试验试样与现场原级配土石填筑料的力学性状存在较大差别,现场压实土石填筑料的K和K_(b)更大,卸荷模量系数K_(ur)为K的1.56~2.33倍,加载函数初值S_(0)在0.3~0.42之间;利用三轴试验参数计算得到的库盆测点沉降明显大于实测值,而基于反演参数的计算结果与实测值基本一致,说明基于平板载荷试验结果反演确定现场压实土石填筑料变形参数的方法是合理可行的.

考虑渗流场作用的重力坝坝基物理力学参数有限元智能反演分析

针对因不考虑渗流场影响导致对软岩地基上混凝土坝的反演结果出现与工程实际情况不符的问题,本文在有限元计算时考虑坝基渗流场作用,比较不同坝基弹性模量下渗流场对重力坝位移的影响情况;探讨基于灰狼算法的某重力坝坝基弹性模量有限元反演方法的可行性,在重力坝坝基力学参数反演分析中考虑渗流场作用,研究渗流场对反演结果的影响,为科学合理地评价软基上重力坝的安全性提供真实依据.研究结果表明:当坝基为软岩时考虑渗流场作用的反演结果更符合工程实际情况.针对本文的重力坝工程,当其坝基的弹性模量处于3~6 GPa时,建议考虑渗流场的作用;当坝基的弹性模量小于3 GPa时,应考虑渗流场对坝基造成的影响.

富水区深埋隧洞不同渗控措施下的外水压力解析计算方法研究

为了探究富水区深埋隧洞高外水压力作用规律,研究不同支护形式对于外水压力作用规律带来的影响,本文基于等效连续介质渗流模型和无限含水层井流理论,推导了采用复合支护方式下隧洞的外水压力解析计算公式,并通过解析退化以验证公式的正确性.在此基础上,给出复合支护方式的外水压力折减系数解析计算公式.结合外水压力折减系数解析计算公式,对地下水作用水头、衬砌厚度及渗透性、固结灌浆圈厚度及渗透性等因素对外水压力作用规律的影响进行了探究,绘制关系曲线对外水压力的作用规律进行了总结.为保障富水区深埋隧洞工程施工及后期运营安全和富水区水工隧洞工程设计提供了分析手段和参考支持.

重复冲击下高温后橡胶自密实混凝土动态力学性能

混凝土结构在服役期间经常因承受多次冲击荷载作用而发生破坏,基于此,针对橡胶自密实混凝土(RSCC),采用霍普金森压杆装置(SHPB)开展重复冲击压缩试验,研究在重复冲击作用下RSCC的动态力学特性演化。本试验准备橡胶掺量为10%、20%和30%的RSCC试样各1组,准备1组普通自密实混凝土(NSCC)试样作为对照组,研究橡胶掺量和高温作用对RSCC重复冲击性能的影响机制。结果表明:150℃高温作用对NSCC和RSCC重复冲击性能影响小,重复冲击性能与常温试样具有一致性。橡胶的掺入有效改善了NSCC的脆性,减小了冲击荷载在试样内部产生的应力,重复冲击次数随着橡胶掺量的增加呈上升趋势,RSCC重复冲击性能优于NSCC。300℃高温作用后,NSCC承载能力增加,但仍表现出脆性破坏特征;而RSCC重复冲击性能显著退化,峰值应力下降,抵抗冲击荷载重复作用次数减少,且橡胶掺量越大,性能衰退越明显。此外,在常温及150℃高温作用下,RSCC比NSCC吸收能量能力更强;而300℃高温作用后,RSCC能量吸收性能衰退,比NSCC累计单位体积吸收能量低。

基于改进边缘检测的钢箱梁疲劳裂纹识别及量化方法研究

钢箱梁内部场景复杂,疲劳裂纹图像识别容易受到背景干扰.针对传统图像处理方法的识别局限性,提出了一种基于改进边缘检测算法的疲劳裂纹识别与量化方法.首先,通过边缘检测算法识别出裂纹特征点,并通过形态学处理提取出裂纹骨架线.其次,采用单目视觉方法进行裂纹的特征量化.通过张氏标定法,建立了相机成像模型,从而将裂纹特征点由像素坐标映射至空间坐标.最终,开展了疲劳裂纹识别与量化试验,将改进边缘检测算法与传统图像处理方法进行比较,并评估裂纹特征量化精度.研究结果表明:改进边缘检测算法通过引入双边滤波函数,可以在抑制焊缝噪声干扰的同时保留裂纹边缘特征,相比于传统边缘检测和自适应阈值分割算法,更适用于钢箱梁识别场景.在试验条件下,疲劳裂纹长度测量误差控制在5%以内.

福建某碾压混凝土重力坝温控仿真及温控标准研究

亚热带地区高温季节气温与热带相似,且昼夜温差大,对大坝混凝土温控防裂较为不利.本文以福建省某典型碾压混凝土重力坝工程为例,采用有限元法开展了大坝混凝土温控措施及温控标准研究.基于稳定温度场计算结果,依托规范并参考相似工程提出相应温控标准;通过不同方案对浇筑温度、冷却水温和水管间距等温控措施进行了敏感性分析,并据此给出了推荐温控方案.仿真结果表明不采取温控措施时各区最高温度均不能满足控制要求;最高温度对浇筑温度较为敏感,但只控制浇筑温度时,后期内部温度下降缓慢,可能在低温季节产生较大的内外温差而导致表面开裂;综合考虑浇筑温度及通水冷却,可有效降低最高温度及后期内外温差.研究成果可为亚热带地区的类似工程提供参考.

基于博弈论组合赋权的陆上风电项目风险评价研究

陆上风电项目资金投入大、建设周期紧、影响因素广,风险评价研究对于项目的高质量完成有着重要的现实意义.目前国内风电项目风险评价研究相对较少,且研究方法多以主观定性为主.为科学评价陆上风电项目的风险等级,本文从政策风险、环境与生态风险、技术风险、建设施工风险、经济风险、管理风险、社会风险7个方面构建陆上风电项目风险评价指标体系,利用博弈论组合赋权法和改进灰色TOPSIS法构建风险评价模型.经实例验证,综合权重较高的风险指标与项目实际吻合度较高,该评价方法能够真实有效地判定项目所处风险等级,评价结果对陆上风电项目风险评价具有较好的参考价值和指导意义.

基于独立分量分析的黏土欧拉数与物理力学指标关系研究

为了分析欧拉数与物理力学指标的关系,首先采用室内土工试验测定了不同黏土的孔隙比、黏聚力、内摩擦角,通过选择测试土块、确定放大倍率、图像处理和细观特征参数提取等4个步骤测试黏土欧拉数;然后基于独立分量分析(ICA)方法,利用Matlab编制计算程序,建立了黏土欧拉数与孔隙比、黏聚力和内摩擦角的关系式;最后对关系式进行验证.结果表明:欧拉数越大,联结带数目越多,颗粒接触较为紧密,凝结趋势较强,宏观上表现为孔隙比越小,强度指标越大;ICA方法能够对所获取的解混信号进行正交化和归一化处理,去除黏土物理力学指标间的多重共线性,关系式系数矩阵的条件数恒等于1,获取的待定系数值最稳定;回归方程相关系数为0.978 0,验证组试验值与计算值误差仅为0.67%.该关系式具有较高稳定性、相关性和准确性,有助于为准确预测欧拉数和分析细观结构特征提供条件.