水力发电学报
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2018年 37卷 8期
刊出日期：2018-08-25
当期目录
当期目录
1
基于混沌时序-随机森林回归的堆石坝料加水量预测研究
钟登华，田耕，关涛，崔博，鄢玉玲
DOI: 10.11660/slfdxb.20180801
堆石坝碾压施工过程中一般通过对坝料加水以提高压实质量。然而现阶段针对坝料加水量控制的研究中，存在无法精确给定加水量、未考虑坝料上坝后摊铺施工过程中气象因素对坝料含水率的影响等问题，难以保证坝料在碾压施工开始时满足坝料设计含水率的要求。为有效控制堆石坝坝料加水量，基于混沌时序和随机森林回归方法，建立考虑气象因素影响的堆石坝料含水率变化预测模型并精确给定加水量，主要包括：①利用混沌时序方法，在设定时间内进行气象信息短期预测；②建立基于随机森林回归方法的含水率变化预测模型，预测气象因素引起的坝料含水率非线性变化，并通过十折交叉验证检验了模型预测精度；③结合预测的含水率变化、坝料初始含水率、设计含水率和坝料质量对加水量进行精确计算。在碾压监控系统和运输监控系统的基础上，结合某实际工程，验证了该方法的有效性和准确性，并与现有加水方法进行了对比，为堆石坝坝料加水量的精细化控制提供了科学指导。
2018 Vol. 37 (8): 1-12 [
摘要
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13
堆石材料湿化特性的三轴试验研究
张延亿，徐泽平，邓刚，温彦锋，于沭，王晓慧
DOI: 10.11660/slfdxb.20180802
采用中型三轴试验仪，对砂板岩混合堆石材料进行了单线法湿化试验。主要研究了以球应力和偏应力为试验应力条件的堆石材料湿化变形规律。结果表明：球应力和偏应力分别是湿化体积体积应变和湿化剪切应变的主要影响因素；湿化体积应变与应力比较好地符合线性关系，而湿化剪切应变与应力比则较好地符合幂函数关系。并根据试验结果初步提出了相对应的湿化模型及湿化参数。研究成果可为堆石料湿化变形研究提供参考。
2018 Vol. 37 (8): 13-19 [
摘要
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20
基于正则极限学习机的非平稳径流组合预测
孙娜，周建中
DOI: 10.11660/slfdxb.20180803
针对径流时间序列固有的强非线性和非平稳性特征，提出了一种将集合经验模式分解（EEMD）、样本熵（SE）和正则化极限学习机（RELM）相结合的非平稳日径流预测方法（ES-RELM）。为充分提取径流序列的局部信息以提高预测精度，利用EEMD-SE将径流序列分解为一系列差异度明显的子序列，然后根据各子序列的迥异特征构建了不同的RELM模型对各子序列进行预测，最后将各个子序列的预测结果叠加从而得到最终预测结果。将该模型应用于金沙江下游控制站屏山站的日径流预报中，与九种模型对比结果表明，该方法能有效提高日径流预报精度，是一种高效稳定的径流预报模型，为实现高精度实时径流预报提供了可能。
2018 Vol. 37 (8): 20-28 [
摘要
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29
采用随机游走方法模拟垂向二维波浪流中物质输移扩散
吴雪菲，陈永灿，梁东方
DOI: 10.11660/slfdxb.20180804
应用随机游走方法研究了垂向二维波浪流中的纵向离散现象。作为目前新兴的拉格朗日方法，此模型首先用于计算一理想条件下的周期振荡剪切流中的纵向离散系数，并与解析解对比，二者非常吻合，证明了模型在计算此类非恒定流的有效性。然后模型被应用于水波环境中，其中流场及自由水面分别由线性波理论和Stokes波理论计算，模拟得到的纵向离散系数与半经验公式相吻合，并发现Stokes波理论下计算得到的纵向离散系数较线性波稍大。此外，还讨论了包括时间步长和粒子数量等计算参数的选取。最后，模拟了不同水波参数及扩散系数条件下的纵向离散，分析了各项系数对于纵向离散系数的影响。发现纵向离散系数随扩散系数的增大而减小，而水波中水深及波高的增大都会导致纵向离散系数的增大，其中波高影响更为剧烈；相反地，纵向离散系数会随着周期的增大而减小。
2018 Vol. 37 (8): 29-37 [
摘要
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38
体视粒子图像测速技术研究进展
陈启刚，钟强
DOI: 10.11660/slfdxb.20180805
体视粒子图像测速（stereoscopic particle image velocimetry，SPIV）是一种可以无干扰测量平面三维瞬态流场的流速测量技术，它克服了平面二维PIV技术无法解析垂直于测量平面的速度分量及平面内速度分量易受透视误差影响的不足。文章对研发和应用SPIV技术过程中涉及的成像系统构造、成像系统标定、标定平面与激光片光不重合引起的测量误差及修正、三维流场重构等区别于PIV的主要技术特征进行了介绍，总结了上述关键技术的主要研究进展。在此基础上，从测量精度和空间分辨率两个方面，总结了现有SPIV系统的主要技术指标及其影响因素。最后，介绍了SPIV在复杂物体绕流及湍流相干结构研究两个方面的典型应用实例，总结了将SPIV扩展为三维体测量方法的主要途径和方法，揭示了SPIV在水动力学研究领域具有的极大应用潜力。
2018 Vol. 37 (8): 38-54 [
摘要
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55
河道斜交桥墩壅水特性数值模拟研究
许栋，杨海滔，王迪，及春宁，白玉川，季则舟
DOI: 10.11660/slfdxb.20180806
跨河桥梁因桥墩阻水引起上游河道壅水，影响泄洪；目前桥涵水文学对于桥梁-河道正交情况的壅水计算已形成大量实用成果，河道斜交的桥梁水流结构更为复杂，已有理论和经验公式对斜向因素影响规律总结不足。建立模拟桥墩壅水的二维水流数学模型，实验验证后，数值模拟研究了斜向布置桥墩绕流水动力结构和壅水特性，分析总结了桥墩阻水比10% ~ 40%时，最大壅水高度、桥墩绕流流场结构随桥墩尺寸、斜交角度、来流流速的变化规律；模拟结果表明，在顺流向阻水比一定时，最大壅水高度随桥墩斜向角度呈先增大后减小趋势，斜交还将引起河流水流流向偏转，造成两岸流速分布的显著不对称分布。研究成果为河道斜交桥梁壅水预测和护岸工程设计提供了科学依据。
2018 Vol. 37 (8): 55-63 [
摘要
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64
海口港秀英港区航道泥沙淤积特征研究
刘晓强，杨燕华
DOI: 10.11660/slfdxb.20180807
通过不同时期实测地形资料，对比分析了海口港秀英港区航道总体淤积特征及时空分布特征，探讨了航道淤积的影响因素及主要原因，对航道未来的淤积趋势进行了判断，提出了航道减淤对策分析。主要结论如下：秀英港航道淤积时空分布不均匀，空间分布上表现为由近岸向外海航道淤积由强变弱、航道边线淤积重于航道中线的特征，时间分布上有发生短时强淤的风险；航道淤积的主要原因包括大风浪掀起的底部高含沙水体进入航道、边坡向航道的泥沙转移、边坡坍塌、水体悬沙落淤、人工岛建设等；为减小航道淤积，可采取建设防沙潜堤、放缓航道边坡、增加备淤深度等措施。
2018 Vol. 37 (8): 64-74 [
摘要
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75
水利水电工程数字化建设发展综述
杨顺群，郭莉莉，刘增强
DOI: 10.11660/slfdxb.20180808
随着水利水电工程建设的发展，BIM、大数据、智能化技术在水利水电行业应用前景非常广阔。水利水电工程数字化建设自初期应用发展至今，已经积累了工程全生命周期设计、建造、运行管理各个阶段大量的应用案例，形成了一定的应用广度和深度。通过归纳总结有一定代表性的国内外大中型水利水电工程数字化应用案例，从工程设计、建造、运行管理等方面分析了发展现状和存在的问题，提出了未来发展趋势，为今后数字化、信息化技术与行业深度融合提供参考借鉴。
2018 Vol. 37 (8): 75-84 [
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85
惯性与黏性对动载下混凝土强度的作用机理
郑丹，王海龙，李庆斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20180809
通过分析混凝土试件内部的真实应力，探讨了动力荷载作用下惯性和黏性对混凝土性能的作用原理。采用理论分析和数值模拟的方法，从单自由度、多自由度角度分析了惯性与材料破坏时间的关系，并在此基础上分析了惯性的作用机制、探讨了混凝土内部水分与黏性对混凝土动力性能的作用机理。此外，还对目前动力荷载下混凝土强度提高的经验公式进行了深入分析，进一步阐释了混凝土动力实验中骨料断裂和多裂纹破坏等实验现象以及混凝土自身强度、初始静荷载等对混凝土动力性能的影响。研究成果可为正确分析室内实验结果和提取更为准确的混凝土结构动力分析参数提供参考。
2018 Vol. 37 (8): 85-93 [
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94
高碾压混凝土重力坝功能梯度结构变形协调分析
李明超，沈扬，张梦溪，徐娜
DOI: 10.11660/slfdxb.20180810
高碾压混凝土重力坝中不同功能分区结构界面处往往因材料特性突变而出现破坏与剥离等现象，给工程带来安全隐患。基于新型防渗材料HIAC的特性，在防渗层与主体RCC之间设置过渡层起到辅助防渗及改善分区变形协调的作用，设计了包含矩形、二阶梯、三阶梯三种过渡层的功能梯度结构布置方案，从“变形协调”的角度出发，改变过渡层弹性模量，利用接触理论，分别研究结构整体与材料界面的应力变形规律。结果表明，当过渡层弹性模量高于主体RCC时，坝体中主拉应力处于较低水平；HIAC与RCC法向与切向变形协调状态良好，综合考虑推荐选用三阶梯过渡层，其弹模不宜低于主体RCC。所提出的变形协调分析方法为保证RCC重力坝的精益建造与安全运行提供新的评判手段。
2018 Vol. 37 (8): 94-102 [
摘要
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103
用加速度方法计算隧洞的安全系数
介玉新，李伟瀚，张彬
DOI: 10.11660/slfdxb.20180811
地下隧洞的破坏面和破坏方式与常规边坡不同，所以边坡稳定分析中经典的方法难以直接应用到地下隧洞的稳定分析中。文章引申了加速度计算的思路，结合强度折减的概念，提出了以加速度的模最小为条件来计算隧洞破坏面安全系数的方法。并且采用以极坐标表示的光滑连续曲线来构造破坏面，用连续蚁群算法搜索最小安全系数和临界破坏面，从而提出了基于加速度方法计算隧洞安全系数的新的思路。这种方法概念明确，且与边坡安全系数计算具有相同的理论基础。算例计算也表明了它的有效性。
2018 Vol. 37 (8): 103-110 [
摘要
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111
玄武岩纤维混凝土抗压强度分析与微观表征
高真，曹鹏，孙新建，赵亚伟
DOI: 10.11660/slfdxb.20180812
采用现场试验、电镜扫描（SEM）及数值模拟相结合的方法来研究玄武岩纤维对混凝土抗压强度的影响机制。通过混凝土抗压试验探究不同龄期下纤维掺量和纤维长度对混凝土抗压强度的影响，及采用电镜扫描对玄武岩纤维混凝土（BFRC）的微观结构进行机理分析。在细观尺度上采用Mori-Tanaka均化算法和连续介质渐进损伤理论建立混凝土损伤力学模型，研究不同纤维掺量和纤维长度的耦合作用对混凝土抗压强度的影响，并将试验和数值模拟结果进行对比与分析，验证其模型的可行性。结果表明：玄武岩纤维的掺入能够改善混凝土的抗压性能，纤维长度为6 mm的效果较佳；通过电镜扫描发现，纤维的“抱团”现象和纤维–界面之间的薄弱层不利于混凝土抗压强度的提升，但纤维的阻裂效应使得混凝土整体结构的抗压强度有所增加；试验与数值模拟结果具有良好的一致性。
2018 Vol. 37 (8): 111-120 [
摘要
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