堤防决口封堵的水力学特性

堤防决口抢险需以水流水力学特性为依据,封堵方法亦直接影响其封堵效率。首先对决口水流遇障碍物的洪水演进过程进行模拟,将水深计算结果与Biscarini等的试验数据进行对比,结果吻合较好,验证了数值模型的可靠性、准确性。以上饶市某一河道为例,基于FLOW-3D软件建立了堤防决口水流模拟的三维数值模型,对立堵法、平堵法封堵决口进行数值模拟,得到封堵过程中决口附近水位场和流速场分布规律。数值模拟结果显示:该堤防决口进口附近立堵法、平堵法块石前水位壅高明显,流速增大,最大水深分布在决口靠右位置,最大流速分布在决口靠左位置。根据决口附近流速分布规律,封堵时建议先对左侧决口堤脚进行裹头处理,而后可考虑采用大粒径块石单体抛投以降低流速,再采取群体抛投方式进占合龙。所用模拟方法和数值模型可为堤防抢险及制定堤防决口封堵方案提供参考。     

基于响应面理论的闸基底板脱空区域识别方法

建于软基或砂基上的水闸,由于地基不均匀沉降、泥沙掏空等原因导致的水闸底板脱空病害问题突出,目前还没有完善的检测方法和手段能对该类水下部分的病害进行有效的诊断。本文先对导致水闸底板脱空的原因进行分析,对水闸底板脱空的区域进行参数化控制和分类;依托某实际水闸建立单孔水闸的有限元数值模型,应用响应面理论拟合出水闸的模态数据与底板的脱空参数间的关系,并用拟合好的响应面模型取代有限元模型进行脱空区域反演识别。识别结果表明,本文方法能很好地指示出闸基脱空的区域,且具有一定的抗噪能力,在小噪声情况下,识别结果的吻合度较高,后期可通过测点位置优化提高识别精度。     

基于模态柔度的软基水闸底板脱空范围识别

软土地基上的水闸极易出现地基不均匀沉降、渗透变形等问题,进而诱发水闸底板脱空等灾害,现有的软基水闸底板脱空动力学诊断方法虽能识别脱空范围,但由于采用的基本模态参数（固有频率和测点振型系数）对水闸底板脱空的敏感性还需进一步提高,因此探究不同模态参数及其衍生量对水闸底板脱空的影响规律,确定更为灵敏的水闸底板脱空动力学敏感特征量具有重要意义。以对结构损伤更敏感的模态柔度作为水闸底板脱空动力学敏感特征量,建立了水闸底板脱空描述数学模型,并以各测点前两阶模态柔度变化率,改进了水闸底板脱空控制参数与模态参数（模态柔度）之间的响应面数学代理模型,将水闸有限元模型相应工况下的模态参数（模态柔度）与响应面数学模型计算模态参数（模态柔度）的相对偏差作为目标函数,将水闸底板脱空参数反演转化为目标函数的求解。以3种典型水闸底板脱空工况为例进行了验证,脱空反演结果与实际脱空范围的相对误差显著减小。模型提高了水闸底板脱空反演的精度,为软基水闸底板脱空检测和诊断提供了一种可靠的方法。     

一种拱坝泄流振动响应降噪与特征提取方法

基于高拱坝在泄流激励下的实测振动响应,提出了一种基于经验模态分解和固有模态函数小波降噪的信号处理和模态特征提取方法。首先,利用经验模式分解将含有噪声的高拱坝泄洪振动响应信号分解成一系列的固有模态函数;然后,基于对每个固有模态函数的特性分析选取相应的小波基对固有模态函数进行降噪;最后,利用Hilbert-Huang变换识别降噪后的各阶拱坝模态特征参数。通过拱坝室内模型试验验证了该方法识别模态参数的可靠性,并应用于某原型拱坝的实测振动响应降噪和模态特征提取中。该方法可避免传统原始信号先降噪带来的部分高阶模态信息丢失问题,有效降低了噪声对固有模态函数的影响,提高了高拱坝实时模态参数识别的阶次和精度。     

泄流激励下高拱坝原型动力测试的传感器优化布置与参数识别研究

本文以二滩拱坝为例,研究了基于QR分解和MAC准则(模态置信度准则)的高拱坝传感器优化布置方法。首先,基于有限元模态分析获取的可测点振型进行了QR分解,以确定传感器的初始位置;其次,通过逐步累积使MAC矩阵最大非对角元最小,以确定最优测点数量及位置;最后,提出了二滩拱坝原型动力测试的传感器优化布置。基于该传感器优化配置结果,开展了二滩拱坝泄洪振动原型动力测试和模态参数识别。结果表明,测点优化后的识别结果不仅能保证识别精度,而且识别出了更高阶次的模态参数。这种方法可为开展泄流条件下高拱坝动力测试与健康诊断的合理测点布置提供理论参考。     

混凝土坝流激响应分析与性状诊断方法研究进展

混凝土坝在泄洪时泄流结构不断经受高速水流的拍击振动,所造成的老坝裂缝拓展和坝体累积损伤关乎整个水利工程的运行安危,依托对坝体泄流结构进行安全监测与诊断是保障混凝土坝稳定运行与健康服役的重要技术手段.文中在概括混凝土坝静动态监测与测试技术、流激振动响应分析方法与服役性态信息融合诊断等方面所开展科研工作的基础上,论述了混凝...     

基于深度学习的结构裂缝检测综述

将无人机影像数据与深度学习技术相结合,可实现水工建筑物表面裂缝的远程非接触式检测,为维护结构正常运行提供保障。本文介绍了近年来流行的深度学习方法,梳理了基于卷积神经网络的分类、检测和分割三类算法在裂缝检测中的应用及特点。结合堤防裂缝检测,阐述了无人机影像用于裂缝检测的流程和挑战。最后给出水工建筑物裂缝检测的研究难点与展望。     

某抽水蓄能电站抽水断电过渡过程复核分析

抽水蓄能电站的抽水断电过渡过程威胁电站抽水工况的运行安全。以某实际抽水蓄能电站工程为例,在对电站抽水稳态工况复核的基础上,反演模拟了抽水蓄能电站单机抽水断电过渡过程,分析了数值模拟与原型实测结果之间存在偏差的主要原因。最后,对电站双机抽水断电工况进行了预测模拟。结果表明：单机抽水断电数值仿真模拟计算的过渡过程时域曲线与实测值时域过程的波动趋势基本一致且吻合良好,产生偏差的原因主要包括数值模拟中输入参数的不确定度及简化处理,以及过渡过程中真实压力脉动的影响。在对双机抽水断电工况进行预测模拟及修正后,过渡过程调保参数均未超过设计值,保障了电站抽水工况下的运行安全。反演分析成果可为其他抽水蓄能电站的设计及运行提供参考。     

底流消能诱发泄洪闸闸墩振动问题分析和减振措施研究

底流式泄洪闸在大流量泄洪时常伴随着闸墩剧烈振动。针对泄洪闸闸墩振动问题,以某水电站为例,基于水弹性物理模型试验和原型观测,提出改善闸墩结构和优化水库调度方案的两种减振措施。物理模型试验为研究闸墩振动提供了数据支撑,而原型观测结果验证了模型试验的可靠性。结果表明：当泄流量为5 400 m³/s时,通过优化水库调度,采用“低孔+表孔”联合泄洪的方式,表孔的泄流量从单独泄洪时的5 400 m³/s转变为联合泄洪时的低孔泄流量3 481 m³/s+表孔泄流量1 919 m³/s,表孔闸墩的振动位移标准差可从182.3 μm减小到51.7 μm,振动削减效果为71.6%;当表孔泄流量为10 030 m³/s时,通过对闸墩进行加固,闸墩的振动位移标准差可由288.8 μm减小到129.6 μm,振动削减效果为55.1%。     

软基水闸底板脱空反演中的传感器优化布置方法

为更好地使软基水闸底板脱空检测传感器系统达到监测成本和监测性能指标之间的最佳平衡,同时为解决传统的有效独立法和损伤灵敏度法不能兼顾模态线性独立和损伤敏感性的问题,提出了一种结合有效独立法和损伤灵敏度法的多目标传感器优化布置方法。为解决模态数据冗余问题引入节点相似度函数,从动力学上探究水闸底板脱空对模态参数的影响,认为模态柔度为软基水闸底板脱空敏感特征量。以Fisher信息矩阵2-范数最大为目标,采用MAC矩阵非对角元最大值为评价指标,实现测点优化布置,并将测点优化结果应用于水闸底板脱空反演。结果表明:传感器优化布置后的水闸底板脱空参数识别值相对误差的平均值分别从283%、158%、393%降低至1%、19%、159%,验证了该方法的可靠性。