水力发电学报
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2019年 38卷 6期
刊出日期：2019-06-25
1
堆石坝料压实监测指标影响因素及适用性分析
Hot!
刘东海, 刘志磊, 冯友文
DOI: 10.11660/slfdxb.20190601
实时压实监测技术已成为堆石坝碾压质量控制的有效手段。但是面板堆石坝坝料种类多、不同坝料组分区别明显、施工工艺差异大，故而不同施工工艺对压实监测指标的影响，以及监测指标在不同坝料分区的适用性有待进一步研究。结合现场碾压试验，分析了碾压机行进方向、振动模式及坝料类型对压实监测指标的影响，发现碾压振动频率是其主要影响因素；同时发现包含更多碾轮加速度谐波分量的CCV指标对于不同面板堆石坝料有更好的适应性。基于上述分析，提出了耦合考虑频率的CCV指标来表征面板堆石坝不同坝料的压实质量。本文研究可为有多种坝料的面板堆石坝压实质量实时控制提供合适的监测指标。
2019 Vol. 38 (6): 1-10 [
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11
基于Q学习算法的土石方调配模型及应用
王仁超, 李宗蔚
DOI: 10.11660/slfdxb.20190602
土石方调配问题是水利水电工程设计和施工中一个重要问题，传统解决方法包括线性规划、大系统分解协调、动态规划等，存在一定的局限性。本文尝试运用强化学习中离散型Q学习的方法解决土石方调配问题。文中探讨了土石方调配问题Q学习模型的构建及解法，并通过一个工程实例，验证了本文提出方法的可行性。为后续利用强化学习方法解决动态土石方调配平衡的研究奠定了基础。
2019 Vol. 38 (6): 11-18 [
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19
大坝混凝土断裂强度及其确定方法
米正祥, 胡昱, 李庆斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20190603
混凝土防裂是重大水工混凝土工程建设中的核心课题，建立准确的混凝土开裂判据，合理确定混凝土真实的力学参数，是进行混凝土结构开裂风险分析、裂缝稳定性评价的重要依据。本文以获取混凝土真实的断裂参数为目标，提出了混凝土断裂强度的概念，并将传统的强度理论和混凝土断裂力学相结合后，建立了基于断裂韧度确定混凝土抗拉强度的计算方法，该方法能够反映混凝土内部初始缺陷对其宏观抗裂性能的影响；然后，利用相关实验结果验证了计算方法的合理性。结果表明，断裂强度可作为混凝土开裂分析的固有材料属性，这为混凝土结构设计提供了新理念。
2019 Vol. 38 (6): 19-28 [
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29
碾压混凝土坝仓面压实质量5D可视化馈控研究
邢岳, 田正宏, 杜辉
DOI: 10.11660/slfdxb.20190604
为满足碾压混凝土坝施工质量精细化控制要求，研发了碾压混凝土坝仓面压实质量5D（三维位置、时间和质量参数等5维）可视化馈控系统。首先，提出基于AutoCAD/OpenGL的施工期3D快速建模方法，方便施工一线技术人员构建坝体施工单元3D信息模型，可精确表现随仓面施工进度推移而叠加演变的坝体形态，并有效显示施工阶段坝体实体信息；其次，基于仓面实时获取的碾压工艺参数，建立了基于BP-ANN的碾压层压实度计算模型，给出碾压混凝土坝压实质量全仓面智能评价方法，远程3D模型上可实时显示碾压层施工质量数字可视化云图，并形成Web在线碾压质量报告，实时指导施工人员针对欠碾区域及时补碾修复和再评价，实现了智慧施工。研发系统应用于工程实际，验证了其可靠实用性。
2019 Vol. 38 (6): 29-40 [
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41
超高掺量粉煤灰大体积混凝土早龄期热膨胀系数
赵志方, 张广博, 施韬
DOI: 10.11660/slfdxb.20190605
作为大体积混凝土的超高掺量粉煤灰常态大坝混凝土（UHVFA）是发展前景看好的生态节能大体积混凝土。鉴于采用标准试验方法难以测试其早龄期的热膨胀系数，本文采用绝热模式和温度匹配模式（TMC）两种温度历程养护模式，完成参照混凝土（FA）和超高掺量粉煤灰混凝土（UHVFA）的温度–应力试验（TSTM试验），分离温度变形与自生体积变形。由两种温度历程下的不同龄期时间段的应变差和温度差，确定混凝土早龄期的热膨胀系数，并提出大体积混凝土的时变热膨胀系数模型。研究表明：两种大体积混凝土的热膨胀系数在早龄期具有时变性，在初凝时最大，随后迅速下降至最小值，后又增大并趋于稳定。在升温阶段，UHVFA混凝土的热膨胀系数均值大于FA；而在降温阶段，UHVFA的均值小于FA。但UHVFA在升温阶段的初、终凝时刻特征点的热膨胀系数值都小于FA。从总体看，随粉煤灰掺量的增加，混凝土的热膨胀系数有减小的趋势。
2019 Vol. 38 (6): 41-48 [
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49
基于阻力特性的粗糙度计算方法
陈学彪, 张根广, 王愉乐, 周双, 刘余, 许晓阳
DOI: 10.11660/slfdxb.20190606
床面粗糙度Ks是沙粒阻力计算的重要因素，对流速分布、推移质运动及输沙率等问题的研究具有重要的意义。基于阻力特性，综合考虑水沙条件，建立了以泥沙中值粒径、非均匀系数、水力半径和床面坡度为变量的床面粗糙度计算公式。经实测资料验证，并与其他学者的计算方法进行均方差分析对比发现，基于非均匀沙的Ks计算方法的计算精度明显高于基于均匀沙的Ks计算方法；本文公式既适用于均匀沙粗糙度计算，也适用于非均匀沙粗糙度计算，且计算精度明显高于其他学者的计算精度；床面沙波及泥沙输移对公式计算精度的影响均较小，沙波的影响程度小于泥沙输移的影响程度。
2019 Vol. 38 (6): 49-55 [
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56
鱼卵漂流的欧拉-拉格朗日模型与产卵量估算
余康, 陈永灿, 林俊强, 朱德军, 段辛斌
DOI: 10.11660/slfdxb.20190607
从河流鱼类早期资源研究和保护的角度，立足鱼卵运动，将传统二维浅水模型与三维粒子追踪结合起来，建立了适用于天然河流鱼卵漂流的欧拉-拉格朗日模型。模型能够模拟对流和紊动扩散作用下鱼卵在河道内的三维运动和散布特性。模型效果通过模拟文献中的室内水槽PTV试验，对比实测鱼卵运动特性参数得到了验证。将模型应用于长江中游藕池河支流鱼卵野外示踪漂流试验中，模拟分析了鱼卵在河道内的平面迁移动态、垂向混合规律、断面分布特性以及河道地形和水动力的影响和作用；重点讨论了鱼卵断面浓度分布不均对产漂流性卵鱼类早期资源量（产卵规模）估算的影响，并通过模拟对传统的断面平均估算方法进行了校正，校正效果得到了示踪鱼卵漂流回捕实测数据的良好验证，鱼卵总量估算误差大大降低。此外，模拟还发现鱼卵漂流过程中的平均速度滞后于水流断面平均流速，在产卵场精确定位时须予以考虑。
2019 Vol. 38 (6): 56-68 [
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69
U形明渠流量与悬垂平板偏转角关系研究
张维乐, 王文娥, 胡笑涛
DOI: 10.11660/slfdxb.20190608
为确定明渠流量与平板偏转角度的关系，本文研究了悬垂薄平板在明渠水流冲击作用下的动力学特性及平板偏转现象，分析绕轴自由旋转薄平板在水中的受力，将平板所受水流作用力竖直向上的分力假设为静水压力，应用动量定理与力矩平衡原理，推导了平板偏转角度α与流量Q之间的理论关系式，并在U型渠道上进行试验，验证理论公式的合理性。流量小于10 L/s时计算流量与实测流量的相对误差超过10%，其他均小于10%，流量大于17 L/s时误差均小于5%以内，测流范围在10 ~ 44 L/s，当悬垂薄平板与明渠横断面等大时，流量Q与偏转角度α存在单值对应关系，角度α随着流量Q的增大而增大；板前后水位差?h随着角度α增大有逐渐减小并趋于定值（大概3 cm）的趋势，平板下水流流态随着平板偏转角度的增大由急流过渡为缓流；绕流阻力R随着雷诺数Re的增大而增大，阻力系数Cd随着雷诺数Re的增大而减小，平板偏转角度α与板前后水位差和阻力系数有关。
2019 Vol. 38 (6): 69-76 [
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大宽深比变曲率弯道水动力结构大涡模拟研究
张炳昌, 许栋, 及春宁, 白玉川
DOI: 10.11660/slfdxb.20190609
弯曲型河流是自然界常见的河流形态，弯曲引起主流、二次流与湍流紊动相互作用，产生复杂的水动力结构，影响河流演变和物质输运。目前相关数值模拟及试验研究多针对小宽深、常曲率弯道，与天然河流大宽深、变曲率形态存在较大差异，为了揭示与天然河流相近的弯道水流运动特性，本文针对大宽深比正弦派生曲线弯道三维水流运动进行大涡数值（LES）模拟研究，结果表明：零曲率断面中心区域二次流沿河宽方向分布最为均匀，回流区范围最大，在大宽深比弯道中，回流区范围最大可达断面面积的15.5%。大宽深比弯道中部流动受到弯曲边界约束较弱，主流区内顺流向流速分布较小宽深比工况更接近于顺直矩形明渠，大宽深比情况下，主流核心区集中在弯道中线附近0.5 ~ 1倍水深范围，随着宽深比增大，弯顶附近涡量绝对值增大，对下游的影响范围增大。大宽深比弯道中水流紊动能整体水平较低，紊动能等值线分布和顺流向时均流速等值线一样，均受二次流影响，主流区中心紊动能最小，主流和局部回流区间的剪切层紊动能最大。
2019 Vol. 38 (6): 77-91 [
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水轮机工况下的水泵水轮机静态稳定
张飞, 祝宝山, 钟大林, 李东阔
DOI: 10.11660/slfdxb.20190610
S区是水泵水轮机与常规水轮机转轮主要的差异，是导致水泵水轮机稳定性问题的主要因素之一。本文从单位流量Q11、单位力矩T11和单位转速n11基本定义出发，分别导出了全特性曲线上单位流量Q11与单位力矩T11对单位转速n11的导数，根据单位流量Q11与单位力矩T11的微分特征，结合定导叶开度情况下水轮机工况流量Q-工作水头H和反水泵工况流量Q-工作扬程H特性曲线，分别获得了水轮机工况和反水泵工况机组稳定运行需满足的条件。采用静态稳定理论获得了水泵水轮机在水轮机工况和反水泵工况稳定运行时工作水头/扬程扰动量所满足的关系，在此基础上给出了水轮机稳定运行需满足的条件并定义了S区。研究结果为建立水泵水轮机在水轮机工况的稳定运行区提供了技术支撑。
2019 Vol. 38 (6): 92-100 [
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101
超低扬程双向流道泵装置压力脉动特性研究
焦伟轩, 成立, 颜红勤, 蒋红樱
DOI: 10.11660/slfdxb.20190611
沿江泵站承担了灌溉、排涝、水环境治理等双向引排水任务，受长江潮位影响，双向水泵装置经常运行至零扬程附近，实际流量超过设计值30%以上，流道水力损失增大，流态紊乱，易引起水力振动，影响机组运行安全。采用CFD技术对沿江某低扬程双向流道泵装置进行水流流动及压力脉动特性研究，并结合模型试验进行验证。研究表明：超低扬程工况下，泵装置进出水流道盲端存在较大回流，出水流道内回流强度较大，导致水力损失增加；进水流道内测点主频为6倍转频，次主频为1/8倍转频；出水流道内测点主频无明显规律，但幅值相近，低频脉动占主导地位。研究成果可为沿江泵站超低扬程工况下水泵装置水力振动研究提供参考。
2019 Vol. 38 (6): 101-112 [
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113
新型组合式导管水轮机水动力性能研究
宋科, 王文全, 闫妍
DOI: 10.11660/slfdxb.20190612
为了解决导管水轮机尾流分离的问题同时减小系统轴向的阻力，采用计算流体力学（CFD）与拖拽水池试验相结合的手段对一种新型带流道的组合式导管水平轴水轮机进行了水动力性能研究。分析了导管流道数量、流道宽度及流道形状对系统水动力的影响。研究结果表明：相比原导管水轮机，组合式导管水轮机在保证输出功率基本不变的前提下，在低叶尖速比运行状态下能显著减少导管的轴向阻力并改善尾流流动情况，提高系统的运行稳定性。同时在一定范围内，随着流道数及流道宽度的增大，尾流改善效果将变得更明显。对于流道形状而言，直流道为最佳流道。研究成果为解决该型水轮机流动分离问题提供了参考依据，对水轮机及支撑装置的优化设计具有参考作用。
2019 Vol. 38 (6): 113-120 [
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