水力发电学报
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2018年 37卷 10期
刊出日期：2018-10-25
当期目录
当期目录
1
特约论文：非水反应类高聚物注浆渗漏水处治工程实践
王复明, 范永丰, 郭成超
DOI: 10.11660/slfdxb.20181001
针对施工及运行期地下工程存在的突涌水与渗漏灾害，结合非水反应类高聚物注浆材料特性与技术特点，提出突涌水的膜袋封闭反压注浆与渗漏的导管注浆处治方案。根据防渗封堵过程及其对渗水处的作用机制，揭示高聚物对于土体固结下反压封堵、扩散填充及其对围岩的胶结加固效应，应用于施工期隧道与TBM盾构突涌水，运行期水库溢洪道、隧道明洞、地铁站点和地下商业开发及地下通道工程渗漏水处治。结果表明，非水反应类高聚物注浆在解决地下工程高压渗漏水问题方面具有高效、快捷、效果好的特征，而且耐久性长，为渗漏水处治提供了新思路。
2018 Vol. 37 (10): 1-11 [
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12
XFEM对土体三维张拉破坏过程的模拟
王翔南，李全明，彭翀，于玉贞，吕禾
DOI: 10.11660/slfdxb.20181002
土体的张拉破坏是岩土工程中常见的破坏形式之一，属于典型的非连续问题，扩展有限元法（XFEM）因在模拟这类问题方面具有更大的灵活性和兼容性近年来发展很快。然而，XFEM在模拟岩土工程中的三维张拉破坏方面还很少见。除了几何上的复杂性以外，开裂方向的判断是个难点。文章在已有的XFEM程序中引入开裂势函数方法以从宏观上更准确地追踪开裂方向，给出了三维裂缝的积分方案，建立了一套能够方便模拟三维条件下土体开裂过程的方法。首先介绍所使用的XFEM程序的理论基础，其次介绍开裂势函数方法在XFEM程序中的实现，再次介绍裂缝面的处理和积分，最后用加入开裂势函数法的XFEM程序对土石坝心墙横向开裂进行模拟，以验证方法的有效性。
2018 Vol. 37 (10): 12-19 [
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20
盾构隧洞复合衬砌的荷载结构共同作用模型
杨光华，李志云，徐传堡，贾恺，姜燕
DOI: 10.11660/slfdxb.20181003
盾构隧洞复合衬砌用于承受高内水压力是一种正在被应用的新型结构，计算这种结构的受力目前还缺乏有效的实用方法。文章采用荷载结构法，分别计算围岩、各层衬砌结构单独承担内水压力时径向位移与内水压力关系，然后根据围岩和各层衬砌径向位移变形协调条件确定复合衬砌各自分担的内水压力。各构件分别承担的内水压力之和即为复合衬砌承担的内水压力，再叠加上隧洞外围岩水土压力所能平衡的内水压力，即为总的能承担的内水压力。用这种方法初步分析了已建的工程和与有限元方法的结果进行了比较，结果较为一致。该方法力学概念明确，计算简便，可为分析这种结构提供一种简便实用的计算方法。
2018 Vol. 37 (10): 20-30 [
摘要
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31
基于变形和稳定的高心墙堆石坝抗震性能分析
徐斌，张旭，庞锐，龚瑾，邹德高
DOI: 10.11660/slfdxb.20181004
为保证高烈度地震区高心墙堆石坝的安全运行，需要进行抗震性能分析。变形和稳定是抗震性能分析的两个重要评价内容。文章同时考虑高心墙坝材料参数及地震荷载的不确定性，采用地震易损性分析方法，基于坝顶相对震陷率和累积滑移量两个性能参数，进行抗震性能分析。首先基于拉丁超立方抽样方法，选取多组材料参数样本，并进行随机组合，然后对大坝分别施加若干条地震动，分析其在不同强度地震水平下的地震响应，进而对大坝进行易损性分析，最终得到大坝两个不同性能参数在不同性能水平下的地震易损性曲线和概率，成果可为高心墙坝的抗震设计、加固或维修方法提供参考。
2018 Vol. 37 (10): 31-38 [
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39
流域水库群联合防洪优化调度通用模型研究
罗成鑫，周建中，袁柳
DOI: 10.11660/slfdxb.20181005
为提高流域水库群联合防洪能力，针对水库群与区间河道组成的流域防洪系统抽象了流域通用防洪系统的结构特征，建立了满足水库安全约束下以保障下游地区安全为目标的流域水库群联合防洪优化调度通用模型，分析了防洪控制点的来水组成特点及水库泄流量在防洪控制点的响应规律，并在此基础上设计了一种基于动态规划-逐步优化算法（DP-POA）嵌套算法的流域水库群联合防洪优化调度高效求解方法。以汉北河流域某场特大洪水为研究实例，计算结果显示经优化调度后各防洪控制点洪峰较常规调度下洪峰依次削减了24.32%、12.05%、9.34%，所提模型计算的水库群联合防洪优化调度过程体现了水库防洪的“预泄”策略与“错峰”策略，具有一定的应用参考价值。
2018 Vol. 37 (10): 39-47 [
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48
三峡水库坝下水温变化及其对鱼类产卵影响
陶雨薇，王远坤，王栋，吴吉春，倪玲玲
DOI: 10.11660/slfdxb.20181006
三峡水库的运行改变了坝下河段天然水文情势，为研究三峡-葛洲坝梯级水库对中游河道水温的影响程度，应用滑动平均法、Kendall秩次相关检验和Spearman秩次相关检验分析宜昌站水温年际变化趋势，利用水库对河流水温影响的评价指标量化评价水库对宜昌站水温过程的影响程度。研究表明，由于葛洲坝水库调节库容较小，葛洲坝水库蓄水对宜昌站水温影响较小；三峡水库蓄水后，宜昌站水温波动效应明显增强，主要表现为明显的滞迟效应，均化程度呈逐年加深趋势；三峡水库蓄水改变了坝下河道原有的天然水温过程，水温的滞迟效应表明三峡水库运行导致的水温变化使中华鲟的繁殖时间推迟29天左右。此研究结果为面向生物保护的三峡水库生态调度提供科学支撑。
2018 Vol. 37 (10): 48-55 [
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56
弯曲河流裁弯后牛轭湖进口淤积模型
李志威，李想，胡旭跃，田世民，余国安
DOI: 10.11660/slfdxb.20181007
根据2011—2017年黄河源野外调查，发现若尔盖黑河流域牛轭湖进口段以推移质淤积为主，但是其淤积过程与主控因素却不明晰。通过分析裁弯后牛轭湖进口段的推移质淤积过程及其影响因素，构建相应的简化物理图形，建立其进口段推移质淤积过程的理论模型，并采用野外观测数据验证。数值计算表明，进口段的淤积速率是上游来沙量、沙栓长度和原河道分流角的函数，即沙栓越短、上游来沙量越大和分流角越大，牛轭湖进口淤积完成所需时间越短。概化模型用于模拟黑河上游麦曲的某个牛轭湖进口段淤积过程，其计算值与实测值较符合，但也存在一定误差，主要因为该牛轭湖形成后经历了2013—2016年的洪水期，其来流量与输沙量是非恒定，且存在较大变幅。
2018 Vol. 37 (10): 56-65 [
摘要
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66
基于SVR-GA算法的跌扩型消力池优化研究
官夏菲，刁明军，蒋雷，路信
DOI: 10.11660/slfdxb.20181008
消力池的优化设计一直是水利工程中的热点课题。传统的消力池优化方法往往采用试错法。试错法不但效率低，而且在设计过程中很难兼顾多个优化目标。因此，建立一套系统性的、目标定向的优化方法十分必要。研究以位于四川省广元市的大寨水库消力池为例，采用SVR回归模型（support vector regression，SVR）建立优化变量（跌坎高度d、突扩比β和尾坎坡度θ）与优化目标（消能率?E/E1、临底流速v）之间的近似模型，并采用遗传算法（genetic algorithm，GA）求解该近似模型，得到一个优化后的消力池体型。对比优化前体型，优化后的消力池消能率几乎不变，但最大临底流速明显降低，底板时均压强分布趋于均匀，消力池综合性能得到了提高。结果表明，提出的优化方法同样适用于类似水工建筑物的体型优化设计问题。
2018 Vol. 37 (10): 66-75 [
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76
三峡工程运用后沙市段洲滩形态调整特点分析
李溢汶，夏军强，周美蓉，邓珊珊
DOI: 10.11660/slfdxb.20181009
为了研究三峡工程运用后沙市河段的洲滩调整过程，采用该河段1999—2016年实测水沙地形资料及2003—2016年从卫星遥感影像中提取的洲滩面积数据，定量分析了该河段的洲滩形态调整特点及影响滩体面积变化的相关因素。计算结果表明：三峡工程运用后，沙市河段洲滩整体呈逐渐萎缩趋势，其中太平口心滩先淤后冲，滩体面积（30 m等高线）在2010年达到最大值（2.38 km2），至2016年滩体面积较最大值减小约62.6%；三八滩与金城洲持续冲刷，其滩体右缘均有明显崩退，2016年滩体面积（较2002年）分别减小了约91.2%和70.1%；腊林洲边滩对沙市河段心滩调整的控制作用在2003—2010年间逐渐减弱，2010年后太平口心滩、三八滩及金城洲明显出现相互影响的现象。此外还建立了太平口心滩、三八滩及金城洲的滩体面积与前5年平均的汛期水流冲刷强度的幂函数关系，用于反映滩体面积随水沙条件的变化过程。
2018 Vol. 37 (10): 76-85 [
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86
斜板对竖流式沉淀池影响的三维数值模拟
谭立新，唐敏，徐长贺
DOI: 10.11660/slfdxb.20181010
在考虑加入斜板的条件下，对竖流式沉淀池进行数值模拟，分析斜板对竖流式沉淀池工作效率的影响，对沉淀池的结构优化及改善沉淀池的工作效率提供理论依据。选取Mixture模型和RNG k-??模型，构建有无斜板两种竖流式沉淀池并对其进行三维数值模拟，得到了沉淀池内部流态和悬浮物浓度分布等情况。在竖流式沉淀池内部由于漩涡的产生，湍动能增大，并带动污泥向上发展，加入斜板对竖流式沉淀池的结构进行优化后，斜板阻止了漩涡向上发展的趋势，对沉淀池的效率有较大影响。斜板竖流式沉淀池能有效避免入流初期异重流的发生，改善了竖流式沉淀池的内部流态；加入斜板后使沉淀面积增大，斜板阻挡了悬浮物向上流动，有效的提高了出口处水质；同时证明了对沉淀池进行合理的结构改变能改善沉淀池的工作效率。
2018 Vol. 37 (10): 86-95 [
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基于在线监测数据的水轮机运行区精细划分
娄强，王卫玉，陈启卷，郭定宇，程晓宜
DOI: 10.11660/slfdxb.20181011
运行分区对水电机组安全稳定性具有十分重要的意义。常规运行区划分一般基于部分水头和负荷工况下的稳定性试验，试验数据有限导致划分的运行区难以覆盖全部运行工况，相对粗略。文章提出一种基于机组在线监测数据、辅以稳定性试验分析的运行区精细划分方法。以某混流式机组为例，分析相关数据，以超标相对严重的尾水管压力脉动为依据，绘制机组水头-负荷伪彩色图，获取各压力脉动测点超标区域，而后按照涡带强度划分运行区。将精细划分方法与常规方法的超标区及划分结果进行对比分析，显示出前者在获取涡带区边界、识别涡带区范围、实现全水头划分等方面优于后者。
2018 Vol. 37 (10): 96-102 [
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103
基于BIM-P3E/C的水电工程进度成本协同研究
张社荣，潘飞，史跃洋，徐彤
DOI: 10.11660/slfdxb.20181012
为了提高水电工程进度与成本协同管理的易操作性和直观性，采用BIM和P3E/C软件建立了进度成本协同的实施解决方案。将水电工程P3E/C进度成本计划数据与BIM模型的构件进行关联同步，在分析了基于IFC标准的进度成本信息模型表达的基础上，结合P3E/C Web Service接口建立了异步调用的实施流程，并通过C#二次开发Revit的方式实现了进度成本信息模型的初始化，为基于网络的信息协同提供了基准模型。在此基础上，提出了进度成本协同管理实施的一般流程，并实现了基于BIM的5D进度成本跟踪分析功能，为不同层次的工作人员提供了一个可视化的信息共享与协同办公平台。结果表明，该方法能够提供可视化的手段跟踪施工进度与成本状况，能为项目领导层、管理层提供更直观的决策信息，同时也降低实施层对专业管理软件的作业门槛。
2018 Vol. 37 (10): 103-112 [
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113
随机地震作用下大型渡槽结构可靠性求解方法
张威，王博，徐建国，黄亮
DOI: 10.11660/slfdxb.20181013
基于混凝土连续介质损伤力学和概率密度演化理论，结合物理随机地震动建模方法和精细化有限元分析程序，建立了大型渡槽结构随机动力反应分析与可靠度评估框架。以某大型钢筋混凝土渡槽结构为研究对象，采用OpenSEES基于纤维梁单元建立其三维有限元分析模型。以工程地震动物理随机函数模型生成的100条随机地震动样本及相应的赋得概率为基础，开展该渡槽结构的随机地震反应分析，获取渡槽结构的随机动力响应。进而通过概率密度演化方法可获得结构响应的概率密度随时间涨落情况。以渡槽槽墩极限位移角响应为吸收边界条件，可获得不同给定阈值条件下渡槽结构的动力可靠度指标。所建议的分析框架和方法将为渡槽结构的抗震分析与可靠性设计提供重要借鉴。
2018 Vol. 37 (10): 113-120 [
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