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斜切挑坎横向压力差研究

中国水利水电科学研究院学报(中英文) 2025年

作者：冉雨博刘超邓军卫望汝隆强四川大学水利水电学院四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室

斜切挑坎在挑流设计中是一种常用的挑坎体型，能使水流在纵向上充分扩散，避免水流集中冲击于同一位置。斜切体型设计会使挑射水流在运动过程中在横向方向上呈现扩散角度增大的现象，但对此现象的深入研究较少。研究发现，挑坎出口横向... 详细信息

斜切挑坎在挑流设计中是一种常用的挑坎体型，能使水流在纵向上充分扩散，避免水流集中冲击于同一位置。斜切体型设计会使挑射水流在运动过程中在横向方向上呈现扩散角度增大的现象，但对此现象的深入研究较少。研究发现，挑坎出口横向流速跟边墙侧与悬空侧之间的横向压力差有关，而根据自由抛射体理论，挑坎出口流速决定了水舌的运动轨迹。本文主要针对长边侧与短边侧之间的横向压力差进行研究，探究斜切挑坎横向压力差受挑坎尺寸与来流条件的影响，为后续斜切挑坎水舌横向扩散研究提供相关参考依据。本文使用数值模拟方法对不同挑坎尺寸与来流条件下斜切挑坎的出流情况进行模拟，分析了斜切挑坎内横向压力差的分布特征，以及挑坎尺寸与来流条件对横向压力差的影响。发现最大横向压力差位于斜切挑坎短边边墙末端底板位置，横向压力差与斜切角度、来流流速、来流水深呈正相关，与挑坎半径呈负相关，并拟合了最大横向压力差与挑坎尺寸、来流条件有关的计算式。研究成果对斜切挑坎挑流水力设计具有一定的借鉴意义。

关键词：挑流消能斜切挑坎数值模拟挑坎出口压力差

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基于聚类分析的堤防溃口水力边界特征值研究

水力发电学报 2019年第4期38卷 75-86页

作者：马洪福孙东坡刘明潇董明家华北水利水电大学水利学院水力学及河流研究所郑州450045

在进行堤防溃口发生机理研究和开展堵口技术研究时,确定典型堤防溃口水力边界特征值是整个研究的重要基础和前提。而实际堤防溃口由于复杂多变,实测资料数据少且不齐全,难以准确获取典型溃口水力边界条件。本文利用收集到的100多组国内... 详细信息

在进行堤防溃口发生机理研究和开展堵口技术研究时,确定典型堤防溃口水力边界特征值是整个研究的重要基础和前提。而实际堤防溃口由于复杂多变,实测资料数据少且不齐全,难以准确获取典型溃口水力边界条件。本文利用收集到的100多组国内外堤防/土坝溃口实例和试验数据,基于聚类分析方法建立了溃口水力边界特征值间的相关关系,对缺失值进行了关联拟合补值;同时通过对溃口无量纲化特征值的概率密度统计分析,得出概化典型溃口水力边界参数与相关方程。分析表明:溃口宽多在20～100 m,口门水头多在4～12 m,口门流速多在2～8 m/s,分布概率均在64%～71%。溃口宽深比和弗劳德数的概率密度均服从正态分布特征,溃口宽深比取3～8的分布频率约为55%,弗劳德数取0.4～0.8对应的分布频率约为60%。

关键词：堤防溃口水力边界特征聚类分析缺失值概率密度

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基于分子动力学模拟的钢筋阻锈剂研究进展

硅酸盐学报 2025年第1期53卷 225-240页

作者：李伟华陈铎文付泉铭陈记豪郑海兵陈爱玖华北水利水电大学土木与交通学院河南省科学院化学研究所河南省科学院

钢筋阻锈剂因施工方便、经济有效等优势成为人们控制钢筋腐蚀，延长钢筋混凝土结构使用寿命的主要手段之一。深入研究阻锈剂作用机理，开发新型腐蚀防护材料对于钢筋混凝土结构耐久性提升和节约资源具有重要的实际意义。随着计算机技术... 详细信息

钢筋阻锈剂因施工方便、经济有效等优势成为人们控制钢筋腐蚀，延长钢筋混凝土结构使用寿命的主要手段之一。深入研究阻锈剂作用机理，开发新型腐蚀防护材料对于钢筋混凝土结构耐久性提升和节约资源具有重要的实际意义。随着计算机技术不断进步，分子动力学模拟在阻锈剂研究中被广泛应用，可以从原子层面阐述阻锈剂作用机理，实现材料调控和试验设计。本综述概述了分子动力学模拟基本原理、常用公式和应用流程，重点综述了近年来分子动力学模拟在钢筋阻锈剂机理研究和性能筛选中的应用研究现状。最后，对分子动力学模拟在钢筋阻锈剂中的研究及应用进行展望，以期为模拟技术在钢筋阻锈剂发展进步中提供理论支撑。

关键词：分子动力学模拟钢筋混凝土钢筋阻锈剂阻锈机理

基于智能优化算法和Bi-LSTM神经网络的盾构隧道刀盘扭矩智能预测方法

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中国科学:技术科学 2025年

作者：孔凡超刘懿晗刘士吉路德春杜修力华北电力大学水利与水电工程学院北京工业大学岩土与地下工程研究所

智能预测合理的刀盘扭矩可有效降低盾构隧道开挖对地层的扰动并减小刀盘磨损,对于盾构安全高效施工具有重要意义.本文基于智能优化算法和深度学习神经网络,提出了盾构隧道刀盘扭矩时序智能预测方法.采用Bi-LSTM神经网络作为深度学习预... 详细信息

智能预测合理的刀盘扭矩可有效降低盾构隧道开挖对地层的扰动并减小刀盘磨损,对于盾构安全高效施工具有重要意义.本文基于智能优化算法和深度学习神经网络,提出了盾构隧道刀盘扭矩时序智能预测方法.采用Bi-LSTM神经网络作为深度学习预测模型,分别联合粒子群优化算法(PSO)、遗传优化算法(GA)、饥饿游戏搜索算法(HGS)和麻雀搜索算法(SSA)智能确定Bi-LSTM神经网络的3个超参数,即学习率、神经元数量和丢弃率,进而获得了盾构隧道刀盘扭矩智能预测方法.智能模型预测值与实测值的均方根误差作为4种优化算法的适应度函数,数据预处理采用归一化方法降低不同参数间的量级差异影响.智能预测模型的输入考虑了15个参数对刀盘扭矩的影响,包括1个隧道几何参数、6个地质力学参数和8个盾构掘进参数.结合盾构隧道现场实测数据,从精度、效率和稳定性3个角度评价4种优化算法寻优Bi-LSTM神经网络超参数的性能,结果表明相比于其他3种优化算法, HGS方法具有较好的稳定性、较快的效率和较高的计算精度,是确定Bi-LSTM超参数的适用性方法.

关键词： Bi-LSTM神经网络超参数启发式智能优化算法刀盘扭矩性能分析

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射流扰动对明渠底泥的清淤效果研究

武汉大学学报（工学版） 2021年第4期54卷 307-314页

作者：陈建刘琴琴刘明潇孙羽李晓晨华北水利水电大学水利学院水力学及河流研究所河南郑州450046

围绕密闭空腔与风刀射流相结合的环保清淤装置的清淤效果进行研究,采用水槽模型试验研究了不停水状态下射流扰动对明渠底泥起动的影响规律,建立了射流流速、射流角度和清淤效果的相关关系。试验结果表明,当采用30 mm宽的风刀交错布置且... 详细信息

围绕密闭空腔与风刀射流相结合的环保清淤装置的清淤效果进行研究,采用水槽模型试验研究了不停水状态下射流扰动对明渠底泥起动的影响规律,建立了射流流速、射流角度和清淤效果的相关关系。试验结果表明,当采用30 mm宽的风刀交错布置且射流倾角为0°~7°时,清淤面积可达87.7%,清淤效果显著改善。在此基础上,结合泥沙冲刷模型进行计算,验证清淤装置的内部流场、底泥分布;以高效、稳定为目标,进一步明确了射流流速、射流角度和清淤效果等技术参数。研究成果可以为射流扰动的清淤效果研究提供理论补充,也可以为南水北调中线总干渠等大型明渠不停水清淤的要求提供技术支持。

关键词：清淤射流扰动明渠底泥南水北调中线总干渠

引水式电站对下游水动力与鱼类洄游适宜度的影响及其优化研究

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水资源保护 2025年

作者：贺蔚王海洋李国岭徐江涛周武熊强水灾害防御全国重点实验室河海大学水利水电学院水安全与水科学协同创新中心中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司国电大渡河流域水电开发有限公司

水电站运行会改变下游河道的水动力条件，影响洄游性鱼类的上溯路径。我国大渡河某引水式水电站采用干流取水、下游支流泄水的特殊布置形式，其对下游支流水动力和鱼类洄游的影响亟待明确。本文构建了水电站下游干支流三维水动力和鱼类... 详细信息

水电站运行会改变下游河道的水动力条件，影响洄游性鱼类的上溯路径。我国大渡河某引水式水电站采用干流取水、下游支流泄水的特殊布置形式，其对下游支流水动力和鱼类洄游的影响亟待明确。本文构建了水电站下游干支流三维水动力和鱼类洄游适宜度模型，并采用物理模型进行率定，解析了电站泄水时的干支流水力特性和洄游适宜度，探明了不同来流流量和发电流量的影响效应；并进一步针对支流洄游适宜度较差的区域，评估了不同导流墙布置方式对鱼类洄游适宜度的改善效果。结果表明：①水电站支流泄水会显著影响水动力条件，下游较大区域的流速和水深随之增加，鱼类洄游适宜度总体减小。随着支流来流流量和发电流量的增加，上述影响进一步扩大。②干支流交汇口水动力条件受电站运行的影响最大，支流来流459 m3/s、电站发电流量535 m3/s时（常规运行C3工况），汇口附近距左岸1/6河宽区域洄游适宜度仅为0.11。③按方案7设置导流墙，可使得整体流速更加均匀、高流速和回流区减小；例如C3工况，可使汇口附近平均洄游适宜度从0.11增至0.61，鱼类洄游条件明显改善。研究结果可为水电站运行调度和下游河道整治提供技术支撑，有助于提高鱼类洄游适宜度。

关键词：引水式电站河道干支流水动力鱼类洄游适宜度数值模拟物理模型试验

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基于流固耦合模型的U型渡槽模态分析及验证

农业工程学报 2016年第18期32卷 98-104页

作者：张建伟曹克磊赵瑜江琦王涛华北水利水电大学水利学院郑州450011

为提高渡槽结构工作模态特征的准确度,结合附加质量法原理和流固耦合(fluid solid interaction,FSI)系统理论,以景电工程输水渡槽为研究对象,建立不同形式的固-液耦合模型,对其进行工作模态数值分析,并将数值分析结果与采用小波阈值-经... 详细信息

为提高渡槽结构工作模态特征的准确度,结合附加质量法原理和流固耦合(fluid solid interaction,FSI)系统理论,以景电工程输水渡槽为研究对象,建立不同形式的固-液耦合模型,对其进行工作模态数值分析,并将数值分析结果与采用小波阈值-经验模态分解联合滤波的希尔伯特-黄变换法(hilbert-huang transform,HHT)实测提取的频率值进行对比。结果表明:考虑FSI系统耦合模型的结果与HHT辨识结果吻合的较好,最大误差值为4.59%,比附加质量模型最大误差小5.97百分点,同阶次频率误差均比附加质量模型小,且弥补了附加质量模型出现的模态缺失现象。可见考虑FSI系统耦合模型的计算结果在模拟阶数和精度方面都优于附加质量模型,能准确反映渡槽结构的工作特性,可用在渡槽结构动力特性分析中,亦可作为后续渡槽结构损伤诊断研究的基准有限元模型。

关键词：灌溉模态分析结构动力学渡槽附加质量模型 FSI系统耦合模型小波阈值-EMD联合滤波

基于Bentley Hammer的气囊式空气罐的水锤防护研究

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振动与冲击 2022年第6期41卷 177-182,244页

作者：汪顺生郭新源华北水利水电大学水利学院郑州450046

水锤现象在有压管道输水工程中不可避免,气囊式空气罐在高扬程中小流量输水工程中相比其他水锤防护措施体现出较好的可靠性和经济性。基于实际工程,应用商用软件Bentley Hammer对输水管道进行水力过渡过程分析,研究气囊式空气罐与多功... 详细信息

水锤现象在有压管道输水工程中不可避免,气囊式空气罐在高扬程中小流量输水工程中相比其他水锤防护措施体现出较好的可靠性和经济性。基于实际工程,应用商用软件Bentley Hammer对输水管道进行水力过渡过程分析,研究气囊式空气罐与多功能水泵控制阀和空气阀联合使用时的水锤防护效果及罐体的体积和气囊预设压力对水锤防护效果的影响。通过Bentley Hammer软件对无防护措施,加装多功能水泵控制阀和空气阀,多功能水泵控制阀、空气阀与气囊式空气罐联合使用3种情况建立数值模拟模型,在3台水泵同时停机时进行水力过渡过程分析。研究结果表明,在高扬程中小流量输水工程中加装气囊式空气罐能起到良好的水锤防护效果。对输水管道系统整体而言,气囊式空气罐的水锤防护能力随罐体体积和预设压力的增大而增强。合理选择气囊式空气罐的体积与预设压力,能使管道内水锤最大正压和负压得到有效控制,并取得最佳的社会经济效益。

关键词：气囊式空气罐水锤水锤防护 Bentley Hammer 数值模拟

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抢险火箭锚在土体中侵彻特性的数值模拟研究

华北水利水电大学学报(自然科学版) 2024年

作者：孙东坡乔驰董明家刘明潇孟奔华北水利水电大学水力学及河流研究所

江河堤防溃口堵复受多种因素制约难以迅速奏效，采用火箭锚在溃口处快速建立锚固点是解决溃口抛投物抗冲稳定的一项新技术，因此十分需要了解火箭锚在不同介质侵彻过程中的运动及力学特性。本文选取单体火箭锚为研究对象，选择土体为侵... 详细信息

江河堤防溃口堵复受多种因素制约难以迅速奏效，采用火箭锚在溃口处快速建立锚固点是解决溃口抛投物抗冲稳定的一项新技术，因此十分需要了解火箭锚在不同介质侵彻过程中的运动及力学特性。本文选取单体火箭锚为研究对象，选择土体为侵彻运动介质；借助三维数值模拟方法，建立火箭锚侵彻数学模型，设定不同的初始条件，开展侵彻模拟研究。通过土体侵彻三维模拟，从微观层面研究了锚体在侵彻过程中的应力状态以及土体的塑性应变，给出了锚体在土体中侵彻形成的空腔形态特征。结果表明：模拟土体阻力造成的局部压强场主要集中在锚体头部，压强梯度变化不稳定；侵彻过程中锚体边界土体范式等效应力的变化与压强场变化同步响应，波动变化规律基本吻合；锚体初速度对其在土体中的侵彻深度有影响，随着初速度增大，入土侵彻深度增大，但锚体稳定性降低，初速度超过临界值后，锚体会发生偏移，侵彻深度降低。研究结果有助于抢险专用火箭锚的设计，为科学、高效的堵口新技术应用提供理论基础与技术支撑。

关键词：溃口堵复火箭锚侵彻运动数值模拟应力状态初始条件