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不同波纹钢-混凝土板复合结构水下抗爆机理及损伤等级预测

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爆炸与冲击 2024年第6期44卷 73-89页

作者：曹克磊付乔峰赵瑜华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆机理,采用光滑粒子流体动力学与有限单元(FEM-SPH)耦合方法模拟混凝土板在水下接触爆炸下的损伤过程,并与试验结果对比,以验证数值方法的有效性;采用FEMSPH方法探究不同防护方案下墙面板毁... 详细信息

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆机理,采用光滑粒子流体动力学与有限单元(FEM-SPH)耦合方法模拟混凝土板在水下接触爆炸下的损伤过程,并与试验结果对比,以验证数值方法的有效性;采用FEMSPH方法探究不同防护方案下墙面板毁伤过程及失效模式,揭示其水下防爆机理,并构建出墙面板损伤等级预测曲线。研究结果表明:模拟结果与试验结果较为吻合,验证了模拟方法的有效性;在含12 mm厚波纹钢的复合结构(T-12)、含75°夹角的波纹钢复合结构(A-75)和含厚70 mm波纹钢的复合结构(WH-70)三种防护方案下,墙面板的毁伤范围较未加固墙面板最大降幅分别为83.0%、81.6%和82.5%;预测曲线可以直观评估出炸药量和复合结构中波纹钢波高变化对墙面板损伤等级的影响。

关键词：波纹钢-混凝土板复合结构毁伤演化特征水下抗爆机理损伤等级预测

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振动碾压下不规则卵石对防水毯的影响

工程科学与技术 2024年

作者：黄虎邱庆明曹克磊郭利霞宋元翔刘赵涵华北水利水电大学水利学院

为了评价施工碾压过程中不规则卵石对钠基膨润土防水毯的影响，建立了振动碾轮—卵石土保护层—钠基膨润土防水毯—掺灰卵石土支撑层的整体离散元模型。从细观动态角度对卵石的运移规律及其对防水毯的影响开展研究，并提出防水毯局部伸... 详细信息

为了评价施工碾压过程中不规则卵石对钠基膨润土防水毯的影响，建立了振动碾轮—卵石土保护层—钠基膨润土防水毯—掺灰卵石土支撑层的整体离散元模型。从细观动态角度对卵石的运移规律及其对防水毯的影响开展研究，并提出防水毯局部伸长率、卵石嵌入值和膨润土配位数三种评价指标，对防水毯的安全性开展评价。研究结果表明：碾压过程中不规则卵石会出现旋转、平移等运动形态，进而对防水毯产生挤压、顶托和嵌入等现象；二者间主要接触形式为点和面接触。在碾压全过程中，典型部位的防水毯局部最大伸长率为3.79%；卵石嵌入值最大值为2.1mm；膨润土配位数分布规律与卵石和防水毯的接触形式以及碾压遍数相关，在前7遍碾压过程中，配位数均大于理论极限值；随着碾压遍数增大，局部配位数小于理论极限值。综合三项评价指标结果，施工过程中有效控制碾压遍数可保证防水毯的完整性和防渗效果。

关键词：掺灰卵石土振动碾压离散元模型防水毯伸长率卵石嵌入值膨润土配位数

接触爆炸下波纹钢-混凝土板复合结构水下防爆效果评价

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含能材料 2024年

作者：曹克磊付乔峰张建伟黄锦林赵瑜广东省水利水电科学研究院华北水利水电大学水利学院华北水利水电大学土木与交通学院

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM-SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结... 详细信息

为探究不同波纹钢-混凝土板复合结构的水下抗爆防护效果,采用有限元-光滑粒子流体动力学耦合算法(FEM-SPH)建立水下多介质耦合爆炸模型;设计不同波纹钢-混凝土板复合结构防护方案,探究不同复合结构防护层(含3,6,9,12 mm厚波纹钢复合结构、含30°,45°,60°,75°波纹钢复合结构和含10,30,50,70 mm波高波纹钢复合结构)的水下削波吸能效果,并提出耗能分担率对复合结构进行防护效果评价。研究结果表明:混凝土板迎爆面与背爆面的模拟结果与试验结果较为吻合,验证了水下接触爆炸模拟过程;不同复合结构防护方案下,含12 mm厚波纹钢复合结构、含75°波纹钢复合结构和含70 mm波高波纹钢复合结构防护方案较无防护方案测点峰值压力最大降幅为63.2%,60%和57.9%,最大防护率分别为63.2%,60.0%和57.9%、耗能分担率为69.48%,66.26%和63.51%;最优型式(厚度为12 mm/夹角为75°/波高为70 mm)复合结构的削波吸能效果及防护效果均显著优于单一因素影响下的复合结构。研究成果可为不同波纹钢-混凝土板复合结构在水下抗爆防护领域的应用提供理论基础。

关键词：水下接触爆炸波纹钢-混凝土板复合结构削波吸能效果防护效果评价

基于声发射检测CSG材料损伤演变及裂纹识别

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建筑材料学报 2024年第6期27卷 565-572页

作者：黄虎刘赵涵邱庆明曹克磊郭利霞华北水利水电大学水利学院河南郑州450046

为了从细观角度揭示胶凝砂砾石(CSG)材料损伤演变机制和裂纹的分类演化规律,结合声发射测试技术,采用Geiger时差定位法、上升角-平均频率法和高斯混合模型,对CSG材料的裂纹类型进行识别.结果表明:CSG材料的破坏过程可分为原始裂纹闭合... 详细信息

为了从细观角度揭示胶凝砂砾石(CSG)材料损伤演变机制和裂纹的分类演化规律,结合声发射测试技术,采用Geiger时差定位法、上升角-平均频率法和高斯混合模型,对CSG材料的裂纹类型进行识别.结果表明:CSG材料的破坏过程可分为原始裂纹闭合、新生裂纹扩展、裂纹聚结和峰后破坏4个阶段;声发射事件的三维定位直观反映了裂纹萌生、扩展直至贯通的动态演化过程;通过裂纹类型识别,加载前期试件以剪切裂纹为主,后期拉伸裂纹占比增加,在临近破坏前,高水胶比时剪切裂纹与拉伸裂纹比约为2∶1,低水胶比时约为1∶1.

关键词：胶凝砂砾石材料声发射时空演化高斯混合模型裂纹类型

波纹钢厚度对复合结构损伤特性及抗爆性能的影响

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水电能源科学 2024年第2期42卷 47-51,133页

作者：赵瑜付乔峰曹克磊张建伟汤长兴华北水利水电大学水利学院河南郑州450045 华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045 天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350

为探究不同厚度波纹钢加固混凝土板的抗爆性能,采用FEM-SPH耦合方法建立接触爆炸荷载下波纹钢-混凝土板复合结构三维精细化数值仿真模型,对比分析爆炸试验模拟结果与试验结果;探究波纹钢厚度变化对复合结构动力响应、损伤演化特征及毁... 详细信息

为探究不同厚度波纹钢加固混凝土板的抗爆性能,采用FEM-SPH耦合方法建立接触爆炸荷载下波纹钢-混凝土板复合结构三维精细化数值仿真模型,对比分析爆炸试验模拟结果与试验结果;探究波纹钢厚度变化对复合结构动力响应、损伤演化特征及毁伤模式的影响,揭示复合结构中冲击波的传播机理,并对复合结构毁伤预测并评价。研究结果表明,波纹钢-混凝土板复合结构中混凝土板爆坑直径的模拟结果与试验结果高度吻合;复合结构中波纹钢跨中位移、峰值应力和应变随波纹钢厚度增加而减小,而能量吸收值随波纹钢厚度增加而增大;复合结构的损伤范围随波纹钢厚度增大逐渐缩小,其破坏模式为混凝土板的爆坑和贯穿破坏;预测公式可以很好地算出混凝土板爆坑直径和深度,复合结构抗爆性能随波纹钢厚度增加而提高。研究成果可为波纹钢-混凝土板复合结构在结构抗爆防护领域的应用提供理论基础。

关键词：接触爆炸波纹钢-混凝土板复合结构波纹钢厚度损伤特性毁伤预测抗爆性能

基于SVD-TE的高拱坝泄流振动传递路径识别

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 69-76,101页

作者：李紫瑜张建伟黄锦林曹克磊江琦杨灿华北水利水电大学水利学院河南郑州450046 黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心河南郑州450046 广东省水利水电科学研究院广东广州510610

针对泄流激励下高拱坝坝身振动机理不明确、振动传递路径复杂的问题,提出基于奇异值分解法和传递熵法的振动传递路径的识别方法。基于拉西瓦拱坝水弹性模型表深孔联合泄流工况的实测数据,开展拱坝振动传递路径的研究。首先,基于SVD算法... 详细信息

针对泄流激励下高拱坝坝身振动机理不明确、振动传递路径复杂的问题,提出基于奇异值分解法和传递熵法的振动传递路径的识别方法。基于拉西瓦拱坝水弹性模型表深孔联合泄流工况的实测数据,开展拱坝振动传递路径的研究。首先,基于SVD算法对拉西瓦拱坝坝身测点振动位移数据降噪处理;然后,运用传递熵算法,根据测点振动信息探索高拱坝泄流振动的主要振动传递路径,并结合已有研究成果验证振动传递路径的准确性。研究结果表明:拉西瓦拱坝在表深孔联合泄流工况下,泄流荷载诱发的振动主要由泄流孔处垂向传递至坝顶,泄流孔向拱冠梁顶部的信息传递率为48.7%;水垫塘冲击荷载与涌浪荷载诱发的振动主要由坝肩向坝中部水平传递,坝肩向1/4和3/4拱冠处的信息传递率分别为32.33%和37.58%;泄流振动在坝体处的传递路径有3条:泄流孔→拱冠梁顶部→1/4(3/4)拱冠、泄流孔→1/4(3/4)拱冠、水垫塘→坝肩→1/4(3/4)拱冠。本研究成果可为高拱坝泄流振动传递路径提供理论依据,为类似工程的振动机理分析提供参考。

关键词：拱坝泄流振动奇异值分解传递熵

TBM引水隧洞组合结构联合承载特性及荷载分担率研究

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广东水利水电 2024年第1期 31-38页

作者：方腾卫杨孟张建伟陈磊曹克磊广东省水利电力勘测设计研究院有限公司广州510170 广东华隧建设集团股份有限公司广州510228 华北水利水电大学水利学院郑州450046

为探究TBM引水隧洞在Ⅴ类围岩条件下组合结构联合承载特性影响及荷载分担率研究,基于有限元软件,依托榕江关埠引水隧洞工程,建立三维计算模型,开展管片的施工开挖及受力,对计算结果进行特性分析。结果表明:TBM隧洞施工开挖开始至结束地... 详细信息

为探究TBM引水隧洞在Ⅴ类围岩条件下组合结构联合承载特性影响及荷载分担率研究,基于有限元软件,依托榕江关埠引水隧洞工程,建立三维计算模型,开展管片的施工开挖及受力,对计算结果进行特性分析。结果表明:TBM隧洞施工开挖开始至结束地表的断面竖向沉降值逐渐增加,且开挖的开始和结束阶段是较为危险阶段,实际工程中应给予重视监测;组合结构联合承载中管片的竖向位移和最大压应力均小于管片单独承载,且外压工况下管片压应力最大,最大值为18.22 MPa,均满足相应的规范要求;外压控制下主要由管片承担荷载,钢圈和锚杆作为储备力分担荷载,其中管片平均承担93.06%,内张钢圈平均分担6.11%,锚杆平均分担0.84%。因此组合结构可为引水隧洞工程中管片的安全设计提供参考。

关键词：组合结构有限元施工开挖管片应力荷载分担

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基于原型观测的穿堤管道振源特性辨识研究

广东水利水电 2024年第4期 1-8页

作者：张建伟刘迪江琦黄锦林李火坤曹克磊华北水利水电大学水利学院郑州450046 广东省水利水电科学研究院广州510635 南昌大学工程建设学院南昌330031

穿堤管道作为一种新型的引调水结构,明晰其管道振动激励源和组成成分,对于保证其结构安全运行至关重要。以北江大堤穿堤管道为研究对象,基于原型观测数据,对管道开机、运行和关机3种工况下各分频组成以及能量占总能量比重进行统计,进而... 详细信息

穿堤管道作为一种新型的引调水结构,明晰其管道振动激励源和组成成分,对于保证其结构安全运行至关重要。以北江大堤穿堤管道为研究对象,基于原型观测数据,对管道开机、运行和关机3种工况下各分频组成以及能量占总能量比重进行统计,进而明晰穿堤管道振源组成及其对管道振动的影响。研究结果表明:引起穿堤管道振动的主振源为转轮叶片引起的叶频145 Hz和24.8 Hz的转频倍频。机组开机过程中,叶频成分占比41.3%,转频倍频成分占比29.4%;机组稳定运行时,叶频占比降低至22.6%,而转频倍频占比增加至42.7%,说明机组运行引起的高次谐波成为主振源;机组关机阶段,叶频成分持续下降至20.5%,转频倍频成分持续增加至49.7%;低频成分在3种工况下均占比较少。为保证管道稳定运行,对于穿堤管道应重点关注高次谐波激励引起的管道振动。

关键词：穿堤管道振源辨识泵站引调水激励源

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渡槽结构运行健康诊断及病损修复关键技术

治黄科技信息 2024年第1期 16-17页

作者：李海燕曹克磊张志斌苏波马国胜张帆周峰梅王瑞巧江琦赵卫辉张建伟周松石蕊王梁李素平河南中原黄河工程有限公司华北水利水电大学

1研究背景。渡槽工程作为农业灌溉、城乡供水、跨流域调水的关键性水利工程,具有线路长、建设标准低、运行周期长、跨越地区地质情况复杂等特点,在我国供水保障、农业灌溉等方面发挥了重要作用,也是解决我国水资源时空分布不均问题的关... 详细信息

1研究背景。渡槽工程作为农业灌溉、城乡供水、跨流域调水的关键性水利工程,具有线路长、建设标准低、运行周期长、跨越地区地质情况复杂等特点,在我国供水保障、农业灌溉等方面发挥了重要作用,也是解决我国水资源时空分布不均问题的关键举措。

关键词：跨流域调水水资源时空供水保障渡槽结构健康诊断渡槽工程农业灌溉城乡供水