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乌东德水电站地下洞室群创新施工方法与技术

地下空间与工程学报 2024年

作者：杨宗立丁鹏安瑞楠简崇林彭波火箭军研究院中国长江三峡集团公司清华大学水利水电工程系中建一局集团华南建设有限公司

大型水电工程中巨型地下洞室群的开挖、支护施工是技术难点,根据现场实际地质条件和工作环境对地下厂房的开挖及支护工法进行改进、对施工机械进行改良,是保证地下洞室群安全、优质、高效、绿色施工的重要保障。本文针对乌东德水电站大... 详细信息

大型水电工程中巨型地下洞室群的开挖、支护施工是技术难点,根据现场实际地质条件和工作环境对地下厂房的开挖及支护工法进行改进、对施工机械进行改良,是保证地下洞室群安全、优质、高效、绿色施工的重要保障。本文针对乌东德水电站大型地下洞室群施工过程中关键工法和技术难题,开展创新研发和攻关,包括:大跨度高边墙开挖施工、超大断面调压室开挖施工、小直径溜渣井式竖井开挖、不良地质段超大断面洞室支护、拔管法接触灌浆施工、洞内压力钢管拼装、多孔深竖井混凝土滑模施工、大型出线竖井施工等。从工艺类型,精细开挖、支护和装备革新技术等方面进行共性关键创新施工方法和技术总结,研究成果可供同类工程建设参考。

关键词：乌东德水电站地下洞室群施工方法开挖与支护超大断面

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集合参数率定功能的一维水动力模型研究

水动力学研究与进展（A辑） 2024年第2期39卷 227-233页

作者：马峰牛小静张成徐梦珍清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 华北电力大学水利水电工程学院北京102206

针对调水工程水动力模拟高精度和高稳定性的需求,该文采用TVD MUSCL-Hancock有限体积格式离散Saint-Venant方程组,建立了时空上具有二阶精度的一维水动力模型,并将模型中的参数率定问题转化为最优化问题,建立了基于粒子群优化方法的参... 详细信息

针对调水工程水动力模拟高精度和高稳定性的需求,该文采用TVD MUSCL-Hancock有限体积格式离散Saint-Venant方程组,建立了时空上具有二阶精度的一维水动力模型,并将模型中的参数率定问题转化为最优化问题,建立了基于粒子群优化方法的参数率定方法。同时采用经典算例验证了水动力模型的计算精度,并通过模型试验检验了参数率定模型的可靠性。结果表明:水动力模型精准、稳定,粒子群优化算法率定参数的全局寻优能力强,可满足非恒定流下参数率定的需求。

关键词：一维水动力模型圣维南方程有限体积方法参数率定粒子群优化

台风登陆期间跨海大桥风-浪-流作用结构振动分析

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铁道标准设计 2024年第3期68卷 113-123页

作者：魏凯钟茜沈忠辉西南交通大学桥梁智能与绿色建造全国重点实验室成都610031 清华大学水利水电工程系北京100084

台风登陆时,常诱发狂风、巨浪、风暴潮等自然灾害,威胁跨海大桥的安全。开展台风登陆期间跨海大桥风-浪-流多灾害作用随机振动分析对桥梁结构设计及安全运营有重要作用。首先,介绍台风登陆期间的风-浪-流多灾害数值模拟技术,利用台风混... 详细信息

台风登陆时,常诱发狂风、巨浪、风暴潮等自然灾害,威胁跨海大桥的安全。开展台风登陆期间跨海大桥风-浪-流多灾害作用随机振动分析对桥梁结构设计及安全运营有重要作用。首先,介绍台风登陆期间的风-浪-流多灾害数值模拟技术,利用台风混合风场模型驱动SWAN+ADCIRC波流耦合模型实现桥址海域台风期间的风、浪、潮、流模拟。然后,总结了风、浪、潮、流荷载的计算方法,其中风荷载采用了台风风谱,波浪荷载考虑台风波浪谱及各墩非一致激励。以某跨海公铁两用大桥为例,基于台风“艾利”期间的环境参数模拟结果,并借助有限元软件ANSYS开展跨海大桥多灾害作用振动分析。研究结果表明,长期响应的统计特征可利用每次10 min的30次短期随机时程分析结果均值作为代表值,桥梁短期动力响应极值服从广义极值分布;考虑风向、波向变化对桥梁随机振动分析结果影响显著。

关键词：桥梁工程跨海大桥振动分析台风多灾害波流作用极值分布

基于数值试验的降雨径流过程对不透水面空间分布的响应分析

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水资源保护 2024年第1期40卷 86-92页

作者：梅超石虹远李瑞栋李玉龙刘家宏栾清华王浩王佳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北京100038 水利部数字孪生流域重点实验室北京100038 河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重... 详细信息

为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重现期短历时设计降雨下的降雨径流过程,基于模拟结果对不同不透水面空间分布情景下的降雨径流过程进行了分析。结果表明:在同一不透水率下,不同不透水面空间分布的径流系数差异相对较小,不透水面空间分布对径流特征的影响主要体现在径流峰值和峰现时间上;在同一降雨条件下,不透水率变化是径流过程变化的主导因素,径流系数与不透水率呈线性相关关系,随着不透水率的增加,径流过程线逐渐由“矮胖”变得“尖瘦”。

关键词：不透水面空间分布不透水率降雨径流数值试验

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北京“23•7”特大洪水复盘分析

水力发电学报 2024年第4期43卷 12-22页

作者：麦合木提·图达吉童瑞徐宝宁周睿杨龚傲凡曾净季明峰戚友存倪广恒田富强清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 北京市水文总站北京100089 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验北京100101

本文分别采用地面雨量站和雷达反演降雨数据,利用北京山区洪水预报模型对北京“23•7”暴雨洪水开展了复盘分析。结果表明,雷达反演降雨与地面雨量站测量结果一致性较强,可较好地反映降雨的时空变异性;同时,利用二者分别驱动水文模型后... 详细信息

本文分别采用地面雨量站和雷达反演降雨数据,利用北京山区洪水预报模型对北京“23•7”暴雨洪水开展了复盘分析。结果表明,雷达反演降雨与地面雨量站测量结果一致性较强,可较好地反映降雨的时空变异性;同时,利用二者分别驱动水文模型后所得的预报效果也基本一致,说明在水文预报工作中雷达反演降雨可作为地面站网的可靠替代品。本文改进的考虑北京山区产流特点的水文模型可对大部分预报断面做出较高精度的模拟。北京山区水文过程具有很强的非线性,基于不同量级历史洪水率定的水文模型参数具有不确定性,为了适应产汇流和洪水演进规律的变化,提高洪水预报的可靠性,预报实践时需要结合实况数据及时优化模型参数,完善洪水预报方案。

关键词：洪水复盘洪水预报 “23•7”特大洪水雷达反演降雨

圆端形墩台尾迹水动力特性开缝控制三维数值分析

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水利学报 2024年第6期55卷 675-685页

作者：李东风白福青方志浩张红武胡建永浙江省农村水利水电资源配置与调控关键技术重点实验室浙江水利水电学院浙江杭州310018 浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 浙江海洋大学海洋工程与装备学院浙江舟山316022

水流绕流水闸闸墩、导流墩等水工建筑物后产生旋涡分离流,其三维尾迹结构水动力特性复杂,对旋涡分离流进行流动控制,不仅是闸墩优化设计的需要,而且关系到工程运行的效率和工程安全。在验证三维水动力数学模型的基础上,对圆端形墩台开... 详细信息

水流绕流水闸闸墩、导流墩等水工建筑物后产生旋涡分离流,其三维尾迹结构水动力特性复杂,对旋涡分离流进行流动控制,不仅是闸墩优化设计的需要,而且关系到工程运行的效率和工程安全。在验证三维水动力数学模型的基础上,对圆端形墩台开缝后的旋涡分离流和流动控制的三维水动力特性进行了研究,对比了无缝与开缝墩台方案下纵向、横向和竖向方向的时均流速分布,紊流动能以及紊流强度分布等水力学指标,探究了开缝墩台水动力特性。分析表明,墩台开缝后可以明显改善墩台后方的水流结构,开缝位置越靠近水深的中部位置,对墩后尾流旋涡的抑制越大,对绕流墩台绕流的控制越来越好,水深中部位置开缝最大程度的影响了开缝墩后的上部水流和下部水流,使得开缝对时均流速的影响最大,开缝对旋涡的抑制也最大最佳。为抑制墩后的旋涡对工程的不利影响,工程的设计中应首先确定墩台后的水深,开缝位置应尽量设置在墩台后水深的中部位置。

关键词：圆端形墩台开缝流动控制紊流动能旋涡分离流三维数值模拟

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电絮凝流场及泥沙沉降效果特性与控制因素

水力发电学报 2024年

作者：刘伊丰柏文文吴淼魏加华青海大学土木水利学院/黄河上游生态保护与高质量发展实验室/水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室/三江源生态与高原农牧业国家重点实验室清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室/清华大学水利水电工程系

泥沙絮凝显著影响河道疏浚及其水环境改善，采用人工干预方式加速水体中泥沙絮凝，对水处理和水环境改善具有重要意义。本研究聚焦电絮凝过程中气泡运动特征及其对泥沙絮凝的影响，通过室内实验，利用粒子图像测速系统（PIV），对9种不... 详细信息

泥沙絮凝显著影响河道疏浚及其水环境改善，采用人工干预方式加速水体中泥沙絮凝，对水处理和水环境改善具有重要意义。本研究聚焦电絮凝过程中气泡运动特征及其对泥沙絮凝的影响，通过室内实验，利用粒子图像测速系统（PIV），对9种不同电流密度下气泡运动进行了连续观测，采集5500帧图像数据，观测了不同工况下的泥沙粒径及溶液浊度，采集4860条粒径数据和162条浊度数据，对比分析了不同工况下泥沙粒径变化及溶液浊度演变特征。研究结果表明，气泡驱动对流是电絮凝过程中流场演化和絮凝的重要驱动机制，低电流密度(如10 A/m2)下气泡生成速率较低，流场稳定，有利于絮体稳定，而过高的电流密度（如50 A/m）会导致流场紊动增强，破坏已形成的絮体，降低絮凝效果。漩涡数量和分布显著影响絮体的形成和生长过程。D/V被证明是衡量絮凝效果的重要指标，在电流密度为40 A/m时，D/V和去除效率均达到最大。气浮夹带和絮凝沉降是影响浊度减小的主要因素，分界粒径为37.2 μm。本研究揭示了气泡运动引起的流场扰动及其对絮凝效果的影响，为电絮凝效果优化提供了科学依据。

关键词：泥沙絮凝电絮凝气泡运动粒子图像测速(PIV) 粒径浊度絮凝效果

基于机器学习的盾构隧道地表沉降曲线智能预测方法

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北京工业大学学报 2024年 1285-1300页

作者：路德春徐冰孔凡超马一丁杜修力北京工业大学岩土与地下工程研究所华北电力大学水利与水电工程学院

本文联合机器学习模型和启发式智能优化算法,提出盾构隧道开挖地表沉降曲线智能预测方法。首先,建立盾构隧道开挖数值分析模型,在考虑等代层弹性模量、土体弹性模量、隧道半径、土体摩擦角、黏聚力影响的基础上,构建了1 680组不同工况... 详细信息

本文联合机器学习模型和启发式智能优化算法,提出盾构隧道开挖地表沉降曲线智能预测方法。首先,建立盾构隧道开挖数值分析模型,在考虑等代层弹性模量、土体弹性模量、隧道半径、土体摩擦角、黏聚力影响的基础上,构建了1 680组不同工况影响的地表沉降曲线数据库;然后,分析地层和衬砌力学参数、隧道几何参数对地表沉降曲线的影响规律,采用Peck函数对获得的地表沉降槽曲线进行拟合,获得对应工况下地表最大沉降和沉降槽宽度系数;最后,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)分别优化4种机器学习方法的超参数或随机数,即多层感知机(multi-layer perceptron,MLP)、极限学习机(extreme learning machine,ELM)、随机森林(random forest,RF)和支持向量回归(support vector regression,SVR),建立了4种盾构隧道开挖有限元模拟代理模型,预测了盾构隧道地表沉降曲线,并对模型的预测结果、预测误差和评价指标进行了对比分析,结果表明PSO-SVR模型在训练和测试过程中性能最佳。建立的盾构隧道地表沉降智能预测方法具有较高的计算精度及计算效率,能合理高效地预测地表沉降曲线分布规律。

关键词：机器学习 Peck公式盾构隧道数值模拟地表沉降曲线智能预测方法

岩土离心模型试验软接触式微型土压计研制及性能评价

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岩土工程学报 2024年第8期46卷 1655-1664页

作者：王永志杨阳徐光明汤兆光张雪东孙锐周燕国中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江哈尔滨150080 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 中国水利水电科学研究院北京100038 浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058

微型土压计是岩土离心模型试验的重要测量技术之一。为解决刚性土压计测量中拱效应、尺寸效应、厚径比等经典误差问题及提升频响速率和精度,尝试开发了一种全新软接触式微型土压计ESP-II,介绍了其技术创新和设计方法。以两种国际代表性... 详细信息

微型土压计是岩土离心模型试验的重要测量技术之一。为解决刚性土压计测量中拱效应、尺寸效应、厚径比等经典误差问题及提升频响速率和精度,尝试开发了一种全新软接触式微型土压计ESP-II,介绍了其技术创新和设计方法。以两种国际代表性土压计为参考,设计开展一系列离心模型试验,对其感应精度、速率和适用性进行评价。主要结论:①逐级加载离心加速度5g~50g试验下,各深度ESP-II和两种参考传感器测试结果与理论值的平均误差分别为5.16%,6.70%,4.85%,三者沿深度拟合K_(0)优度系数R^(2)均≥0.9893。②脉冲荷载试验中ESP-II最大响应时间约7.8 ms,略优于两种参考传感器,具有良好的频响速率。③不同幅值正弦、地震等动荷载试验下,3种传感器测得土压力均呈一致增量趋势,K_(0)约由0.43~0.45增至0.51~0.56,与既有规律认识吻合。④离心机下降卸荷过程中,ESP-II测得时程表现良好连续性和光滑性,反映软接触式设计有利于保障土体与传感器良好接触和稳定响应。研究成果,初步证明了软接触式土压计适应于静、动力离心试验需求,具有重要价值与应用前景。

关键词：岩土离心模型试验微型土压计设计方法软接触式性能评价