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基于隔离非线性法-黏弹性人工边界的结构高效抗震分析方法

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地震工程与工程振动 2024年第4期44卷 208-221页

作者：李佳龙任东兴李志远中冶成都勘察研究总院有限公司四川成都610023 中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心北京100038

黏弹性人工边界是解决土-结构动力相互作用问题的有效手段之一,但其在分析过程中通常需要进行大量的非线性动力时程计算,效率较低。建立采用黏弹性人工边界求解土-结构动力相互作用问题控制方程求解的高效计算方法,为此,引入隔离非线性... 详细信息

黏弹性人工边界是解决土-结构动力相互作用问题的有效手段之一,但其在分析过程中通常需要进行大量的非线性动力时程计算,效率较低。建立采用黏弹性人工边界求解土-结构动力相互作用问题控制方程求解的高效计算方法,为此,引入隔离非线性法高效求解思想,构造基于隔离非线性法-黏弹性人工边界的非线性土-结构动力相互作用分析模型,推导的动力控制方程在形式上与固定边界的隔离非线性动力控制方程基本一致,仅需将黏弹性人工边界的弹簧-阻尼器元件的刚度直接集成到近场土-结构模型的初始刚度矩阵与阻尼矩阵上即可。此外,结合Woodbury公式与组合近似法提出了改进Woodbury近似法,该改进方法能同时降低控制方程求解的时间复杂度与空间复杂度,实现了黏弹性人工边界求解土-结构动力相互作用问题动力控制方程的高效求解。研究方法同时保留了黏弹性人工边界与隔离非线性法的优点,数值算例验证了所提方法的正确性与高效性。

关键词：隔离非线性法黏弹性人工边界土-结构动力相互作用改进Woodbury近似法

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改良配方水泥搅拌桩现场试桩试验对比研究

工程勘察 2024年第6期52卷 1-6,33页

作者：刘俊宁吴雪婷马兵强范振军中国地质大学(武汉) 武汉430079 中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院郑州450001 中国水利水电第六工程局有限公司沈阳110179

水泥搅拌桩在深厚海相淤泥软土中成桩困难,改良配方的水泥搅拌桩研究具有重要的工程意义。本文针对珠海市横琴保税区一道路工程地质情况,研究了5种水泥搅拌桩(4种改良配方和1种未改良对比组)的试桩成桩效果,综合考虑桩身完整性及其强度... 详细信息

水泥搅拌桩在深厚海相淤泥软土中成桩困难,改良配方的水泥搅拌桩研究具有重要的工程意义。本文针对珠海市横琴保税区一道路工程地质情况,研究了5种水泥搅拌桩(4种改良配方和1种未改良对比组)的试桩成桩效果,综合考虑桩身完整性及其强度,对各方案成桩效果进行了定量对比分析。分析结果表明:随着软土层深度的增加,各方案试桩的桩身完整性和强度减小;当粉煤灰掺量为40%或矿渣掺量为31%时,改良的水泥搅拌桩无侧限抗压强度较纯水泥搅拌桩分别提高了104.95%和43.56%;在本场区内,粉煤灰掺量为40%的改良水泥搅拌桩较其它方案更具有适用性;而对于矿渣—水泥改良体系,当矿渣掺入量过高时,水泥搅拌桩的成桩效果随着矿渣掺入量的增加反而降低。

关键词：水泥搅拌桩粉煤灰矿渣淤泥成桩效果

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金山湖流域三水协同调控决策支持平台

节水灌溉 2024年

作者：杨澜张万顺周奉彭虹林亚楠陈刚李翱武汉大学资源与环境科学学院武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉大学中国发展战略与规划研究院武汉大学水利水电学院中铁第四勘察设计院集团有限公司

流域综合治理/三水协同调控是净化水体水质、消除水体黑臭、恢复水生生态系统健康/优化水资源调控、改善水环境质量、修复水生态系统的必要途径，快速高效精准的决策支持平台是实现流域综合治理/三水协同调控优化决策制定的重要工具/关... 详细信息

流域综合治理/三水协同调控是净化水体水质、消除水体黑臭、恢复水生生态系统健康/优化水资源调控、改善水环境质量、修复水生态系统的必要途径，快速高效精准的决策支持平台是实现流域综合治理/三水协同调控优化决策制定的重要工具/关键抓手。针对金山湖流域面临的多水共治和水环境水生态安全保障等难题，为实现金山湖流域三水融合协同共治及其靶向精准高效决策，基于“空—地—水”一体化模型体系与流域智慧化管理平台技术成果，本文提出了决策支持平台体系结构。部署具有相对独立功能的数据中心、计算中心、控制中心以及业务中心，通过数据融合集成、模型集成等关键技术，构建了金山湖流域三水协同调控决策支持平台。平台实现了气象、水文和水质等多源异构数据的采集传输、存储管理及交换共享，集成了包括气象、陆地和水体模块的多过程耦合模型的按需调用、智能驱动以及水资源保障、水环境提升、水生态修复等多目标协同的调控治理方案设置、过程模拟、效果评估和最优决策等功能。为流域污染负荷控制—水体水力提升—生态功能恢复等多目标统筹、靶向治理的调控方案制定提供精准高效决策等技术服务，提高了流域水量水质水生态协同调控的决策能力与效率，支撑金山湖流域三水量、质、效协同发展。

关键词：金山湖流域三水协同共治靶向精准调控多源数据融合综合治理决策平台

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沥青混凝土面板与土工膜防渗连接方式研究

人民长江 2024年

作者：黄维雷显阳陆雪妮王樱畯朱晟孙檀坚国家能源局大坝安全监察中心中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司河海大学水利水电学院

抽水蓄能电站库盆常采用全库盆沥青混凝土面板防渗，对于库底填筑厚度大，填筑料差的工程，库底沥青混凝土面板较难适应基础变形，而土工膜材料适应变形能力好，也在多个抽水蓄能电站中应用，但沥青混凝土面板和土工膜两种防渗结构存在... 详细信息

抽水蓄能电站库盆常采用全库盆沥青混凝土面板防渗，对于库底填筑厚度大，填筑料差的工程，库底沥青混凝土面板较难适应基础变形，而土工膜材料适应变形能力好，也在多个抽水蓄能电站中应用，但沥青混凝土面板和土工膜两种防渗结构存在没法直接锚固等问题。句容抽水蓄能电站上水库采用库周沥青混凝土+库底土工膜相结合的防渗措施，在抽蓄电站中尚属首次结合运用，其中连接接头设计及施工难度较高，尚无成果经验借鉴。为此，本文通过采用三维有限元计算和模型试验相结合的方法，研究了适应高坝以及回填库盆大变形条件下的库周沥青混凝土面板+库底土工膜的3种接头连接型式，并根据计算结果选用在沥青混凝土面板底部设置混凝土连接板的方案。并据此提出有关建议，供类似工程参考。

关键词：沥青混凝土面板堆石坝土工膜库盆应力变形模型试验

重点工程建设单位中心实验室的作用与实施技术方案

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水利水电技术（中英文） 2024年第S1期55卷 290-295页

作者：冯炜徐乐毅邢小军纪国晋崔风奕中国水利水电科学研究院水利部水工程材料重点实验室北京100038 四川岷江港航电开发有限责任公司四川乐山614001

四川岷江龙溪口航电枢纽工程是水运重点工程,2021年获批为交通部“平安百年品质工程”,由此对工程的质量标准提出了更高的要求。如何保障工程的高质量建设,更好的监督管控参建单位的施工质量,建立建设单位的中心实验室是必然举措。阐述... 详细信息

四川岷江龙溪口航电枢纽工程是水运重点工程,2021年获批为交通部“平安百年品质工程”,由此对工程的质量标准提出了更高的要求。如何保障工程的高质量建设,更好的监督管控参建单位的施工质量,建立建设单位的中心实验室是必然举措。阐述了四川大型航电枢纽工程第一个建设单位中心实验室发挥的作用和采用全过程质量管理体系的实施技术方案,展望了向智能试验检测的转变,建议以“中西医结合、优势互补”的手段为工程建设的全过程健康保驾护航。相关理念为后续岷江航电枢纽工程以及其他水运重点工程的中心实验室建设提供借鉴。

关键词：品质工程中心实验室试验检测质量体系智能检测

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考虑异形孔的泡沫混凝土单轴压缩离散元模拟

复合材料学报 2024年第7期41卷 3726-3736页

作者：周程涛陈波高志涵陈家林陈锴河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098 河海大学水利水电学院南京210098 国家能源局大坝安全监察中心杭州311122 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122

为了研究异形孔隙对泡沫混凝土单轴压缩特性的影响,本文对密度等级500 kg/m^(3)的泡沫混凝土开展了X射线计算机断层扫描(X-CT)试验及单轴压缩-声发射联合试验,基于实测孔结构特征建立了不同非球形颗粒占比的三维细观离散元模型并模拟了... 详细信息

为了研究异形孔隙对泡沫混凝土单轴压缩特性的影响,本文对密度等级500 kg/m^(3)的泡沫混凝土开展了X射线计算机断层扫描(X-CT)试验及单轴压缩-声发射联合试验,基于实测孔结构特征建立了不同非球形颗粒占比的三维细观离散元模型并模拟了单轴压缩过程。结果表明:离散元模型模拟的单轴压缩损伤过程与声发射试验结果基本一致,具有明显的阶段特征;异形颗粒离散元模型能表征初步密实阶段应力-应变曲线的振荡,模拟出应力消散阶段基质的剪切和互锁,在建立泡沫混凝土离散元模型时,应考虑孔隙形状的影响;离散元模型的抗压强度随模型中孔隙非球形率的提高而线性衰减,相关系数达0.94。

关键词：泡沫混凝土离散元法孔隙结构非球形颗粒单轴压缩声发射

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基于深度学习的推移质颗粒识别优化算法研究

工程科学与技术 2024年

作者：王浩杨飞奇张磊吴伟谢皓南赵琳浙江省河口海岸重点实验室福州大学土木工程学院中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国长江三峡集团有限公司长江生态环境工程研究中心

推移质运动规律对河床演变具有重要影响，是河流动力学研究的重点和难点。本文开展中低水流条件下的推移质平衡输沙试验，将灰度相减方法和深度学习方法相结合，旨在提出一种优化的推移质运动颗粒识别算法，并在此基础上应用粒子跟踪测... 详细信息

推移质运动规律对河床演变具有重要影响，是河流动力学研究的重点和难点。本文开展中低水流条件下的推移质平衡输沙试验，将灰度相减方法和深度学习方法相结合，旨在提出一种优化的推移质运动颗粒识别算法，并在此基础上应用粒子跟踪测速技术(Paticle Tracking Velocimetry，PTV)和卡尔曼滤波算法计算推移质颗粒运动轨迹，从而建立紊流相干结构与颗粒运动强度关系。为清晰捕捉运动距离较小颗粒，对YOLOv5(You Only Look Once)目标检测模型网络结构进行卷积块改进、增加注意力机制和优化损失函数处理，以增强其在推移质颗粒识别任务中对极小目标的检测性能。结果表明：（1）灰度相减方法可识别运动距离较大的颗粒，改进YOLOv5模型则能够更好识别运动距离较小的颗粒，通过合并优化两种方法，在本文设置的试验工况下可更准确识别推移质运动颗粒和运动轨迹。（2）中低水流强度条件下，推移质泥沙颗粒运动强度受紊流相干结构影响沿水槽横向方向呈现间隔条带结构。并且随着水流强度增加，条带结构逐渐由密集变得稀疏，其宽度也由窄转宽，当水流强度继续增大时紊动掺混剧烈，条带结构遭到破坏逐渐消失。（3）总体看来泥沙颗粒运动多集中在水槽中间区域，边壁处运动较少，沙条带结构呈现中间宽两边窄的空间分布特征，表明条带结构形成原因是受紊流大尺度相干结构的影响，而非二次流结构。

关键词：推移质灰度相减 YOLOv5 颗粒运动轨迹条带结构

海上风电单桩基础小变位水平静力承载特性研究

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岩土工程学报 2024年

作者：王卫张紫涛于光明张雪东张泽超宋建正张政中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室

针对海上风电桩径9m的超大直径单桩基础，采用离心模型试验与数值仿真相结合方法，研究砂土地基中不同锚固深度工况下单桩基础在小变位条件下的水平静力承载特性。结果表明，随锚固深度增加，桩身旋转中心逐渐下移，且桩身水平位移与倾... 详细信息

针对海上风电桩径9m的超大直径单桩基础，采用离心模型试验与数值仿真相结合方法，研究砂土地基中不同锚固深度工况下单桩基础在小变位条件下的水平静力承载特性。结果表明，随锚固深度增加，桩身旋转中心逐渐下移，且桩身水平位移与倾角沿桩身分布的非线性趋势逐渐增强。不同锚固深度工况下桩侧p-y曲线间的差异随深度逐渐加大，在趋势上，p-y曲线随锚固深度增大由外凸型向内凹型转变；在量值上，同一深度处初始割线模量间可相差4倍。这一差异的原因在于，同一深度处桩体发生相同侧位移时，锚固更浅的桩体周围土体内部径向位移、环向位移的影响范围较小，土体应变较大，进而呈现较大的水平抗力。研究成果有助于深化对大直径单桩基础承载机制的认识，进而为桩体设计优化提供理论基础。

关键词：离心模型试验有限差分法单桩基础 p-y曲线锚固深度

改进LSTM在金沙江流域中长期径流预报研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第S1期55卷 28-38页

作者：袁旦谭尧耕朱艳霞高超刘珂董宁澎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 中国水利水电科学研究院北京100080 水利部信息中心北京100053 中国电建集团昆明勘测设计研究院云南昆明650041

径流非平稳性及超参数率定容易陷入“维数灾”的问题限制了神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)在中长期径流预报中的应用,针对上述问题,采取“分解-预测-重构”的思路,在数据预处理阶段采用变分模态分解(Variational Mode Decomposi... 详细信息

径流非平稳性及超参数率定容易陷入“维数灾”的问题限制了神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)在中长期径流预报中的应用,针对上述问题,采取“分解-预测-重构”的思路,在数据预处理阶段采用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)进行分解重构,耦合PSO(Particle Swarm Optimization)、SSA(Sparrow Search Algorithm)优化算法长短期记忆神经网络(LSTM),构建VMD-PSO-LSTM、VMD-SSA-LSTM、VMD-LSTM和LSTM四类模型进行对比试验研究,并探讨时滞步长对预报精度的影响。将模型应用于金沙江流域石鼓水文站月平均径流预报:(1)VMD-PSO-LSTM预报精度略高于VMD-SSA-LSTM,其次是VMD-LSTM,最后是LSTM。VMD-PSO-LSTM预报成果的MAE、MAPE、NSE、QR、RMSE分别为160.4、0.135、0.949、0.811、252.8;VMD-PSO-LSTM预报成果评价指标MAE、MAPE和RMSE分别比LSTM模型减小53.92%、50.67%、55.86%;NSE、QR分别比LSTM模型提升28.34%、84.48%;(2)在一定范围内,时滞步长越大,MAE、MAPE和RMSE增大,NSE、QR下降。【结论】对径流时间序列预处理,能够降低时间序列的非平稳性;加入优化算法能够在超参数空间中寻找到较优超参数组合,使得LSTM拟合能力较强,同时保持一定的泛化能力,从而提高预报精度。此外,时滞步长是影响预报精度的重要因素,加入优化算法能降低模型对时滞步长的敏感性。

关键词：径流预报 VMD LSTM SSA 时滞步长