水力发电学报
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2023年 42卷 7期
刊出日期：2023-07-25
1
编辑部推荐论文：RCC坝料改进刚度指标及压实质量综合评估研究
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刘东海, 杨钢, 孙龙飞
DOI: 10.11660/slfdxb.20230701
有效控制碾压混凝土压实质量是确保大坝安全稳定运行的前提。本文提出了考虑滞后相位角的碾压混凝土坝料改进刚度指标，并给出了滞后相位角的测定方法；结合耦合滞后相位角改进刚度指标、坝料特性参数、碾压参数和频域压实指标，提出了基于XGBoost算法的碾压混凝土压实质量综合评估方法。实例分析表明，改进刚度指标能够更好表征坝料压实质量，综合评估模型的决定系数约为0.86，表明模型精度较高，计算压实度与实测压实度的相对误差平均值为0.47%。本文方法为碾压混凝土坝施工压实质量控制提供了新的有效途径。
2023 Vol. 42 (7): 1-11 [
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12
堤坝内集中渗漏通道与周围介质水量交换研究
许增光, 李海洋, 柴军瑞, 曹成, 陈东来
DOI: 10.11660/slfdxb.20230702
堤坝内存在集中渗漏通道时，通道与周围多孔介质在压力差的驱使下会进行水量交换，两者间的水量交换可能导致堤坝渗漏量增大，传统的渗流场分析往往忽视了这一点。本文搭建砂槽模型以模拟堤坝中存在集中渗漏通道的情况，根据集中渗漏通道与多孔介质的出流量，研究渗漏通道与多孔介质间水量交换机理，提出一种计算水量交换系数的新公式。结果表明，渗漏通道与多孔介质间的水量交换量与通道直径（D）、多孔介质渗透系数（Km）、水力梯度（J）成正比。通过正交试验，进一步分析各因素对水量交换量的影响程度，发现影响程度最大的是D，其次是J和Km。研究成果能为堤坝存在集中渗漏通道情况下的渗流场分析提供依据，在渗流场计算中考虑集中渗漏通道与周围多孔介质间的水量交换更加贴合实际情况。
2023 Vol. 42 (7): 12-23 [
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24
XFEM和修正剑桥模型模拟高聚物劈裂注浆方法研究
李晓龙, 陈坤洋, 陈灿, 李媛媛, 钟燕辉, 张蓓, 王复明
DOI: 10.11660/slfdxb.20230703
针对自膨胀高聚物材料在土体中劈裂扩散仿真手段尚不完备的现状，初步建立了一种模拟高聚物对土体劈裂压密作用的仿真方法。该方法采用扩展有限元离散求解区域土体介质，用修正剑桥模型描述土体力学特性，利用高聚物密度-围压关系迭代计算作用于裂缝面的浆液膨胀压力，实现了对土体劈裂缝扩展过程的数值模拟，通过与试验结果的对比验证了该方法的适用性。算例分析表明，应用该方法能够模拟膨胀力作用下土体裂缝启裂过程、扩展走向和浆脉厚度变化，获得裂缝周围土体变形模量、孔隙比、应力场和密度场分布特征，为深入研究膨胀性高聚物注浆材料对土体劈裂压密机制奠定了基础。
2023 Vol. 42 (7): 24-36 [
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37
先期加载历史对堆石料体积蠕变的影响研究
苏羽, 王富强, 邓刚, 张茵琪, 张延亿, 王翔南
DOI: 10.11660/slfdxb.20230704
为深入研究堆石料的体积蠕变特性，对风干板岩堆石料开展了一系列不同先期应力速率和前期固结条件的侧限蠕变试验。先期应力速率与后继蠕变初期速率正相关，但先期应力速率高于一定数值后，对后继蠕变初期速率的影响减弱。正常固结状态下，采用较高先期应力速率时，后继蠕变速率发展过程与Singh-Mitchell模型符合较好；当先期应力速率较低时，蠕变初期速率小于较高先期应力速率对应的蠕变初期速率，且减小较慢，直到蠕变持续一定时间后，蠕变速率及其随时间的减小规律开始与较高先期应力速率对应的蠕变速率发展一致，蠕变速率与时间在双对数坐标中恢复为负相关的线性关系。经历先期加载、压密而存在超固结的状态下，后继蠕变初期速率、蠕变量仍与蠕变应力和先期应力速率正相关，但数值远小于正常固结状态相同蠕变应力和相同先期应力速率条件下的相应数值；与正常固结、较低先期应力速率下的情况类似，超固结条件、较高先期应力速率加载后的后继蠕变初期速率下降较为缓慢，直到蠕变发展一定时间后，蠕变速率开始与正常固结、较高先期应力速率条件下的蠕变速率过程一致。当超固结且具有相同前期固结压力时，蠕变应力越大，则蠕变量、后继蠕变速率越高。
2023 Vol. 42 (7): 37-45 [
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46
压剪作用下水工沥青混凝土动态力学性能研究
董静, 陈亮亮, 刘云贺, 于成洋, 齐雨军
DOI: 10.11660/slfdxb.20230705
研究水工沥青混凝土在压剪作用下的动态力学性能对保障沥青混凝土心墙坝安全运行具有重要意义。本文采用自主研发的压剪试验装置，通过试验研究水工沥青混凝土不同温度（5℃、15℃）和不同法向应力（1 MPa、2 MPa、3 MPa）下，在不同剪切速率（0.0005 s-1、0.001 s-1、0.005 s-1、0.01 s-1）作用时的动态力学性能。结果表明：各试件均呈现明显的斜缝剪切破坏特征，不同法向应力和剪切速率对试件的破坏模式及剪切应力-应变曲线影响程度不同。随着法向应力和剪切速率的增大，剪切强度和剪切模量相应增大。峰值应变随法向应力的减小而增大，但随剪切速率的增大而增大。最后，采用Mohr-Coulomb准则得到了水工沥青混凝土黏聚力c和内摩擦角φ随剪切速率的变化规律。
2023 Vol. 42 (7): 46-55 [
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56
耦合时序特征分解筛选的大坝变形分析模型
漆一宁, 苏怀智, 姚可夫, 杨佳泉, 徐伟男
DOI: 10.11660/slfdxb.20230706
高精度的变形预测对大坝安全运行和长期维护具有重要意义。针对当下方法预测精度低、数据信息挖掘不充分的问题，通过将变形序列进行变分模态分解，构建大坝变形影响因子与分量之间的关系，进而搭建不同结构参数的长短期记忆神经网络，最终提出了一种大坝变形分析模型。该模型综合灰狼算法、最小能量误差标准、最小冗余最大相关性方法等策略，从前端分解、信息提取和时序预测三方面对模型进行了改进，实现了最优化建模。实例分析表明，相较于常规监控模型，所提出的变形分析模型能够准确模拟坝体形变过程，具有较高的预测精度和泛化性能，可以为大坝变形安全分析提供参考。
2023 Vol. 42 (7): 56-68 [
摘要
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69
改进的特高拱坝分区变形预测模型
胡江, 王春红, 李星
DOI: 10.11660/slfdxb.20230707
已有特高拱坝分区变形预测模型不能辨识趋势性、周期性和波动性的空间差异性。提出一种改进的模型，应用变分模态分解将变形分解为趋势性、周期性和波动性分量；通过基于主成分的分层聚类方法确定温度因子，将库水位、温度和谷幅等影响因子分解为趋势性、低频和高频成分。采用基于形状距离的优化动态时间规整算法进行变形分量分区，计算分区质心序列，利用灰色关联度确定主要影响因子成分。构建基于实测温度的统计模型以及随机森林、最小二乘支持向量机和增强回归树等算法的分区预测模型，叠加各分量得到变形预测值。利用溪洛渡特高拱坝运行初期的变形数据验证改进分区模型的有效性，结果表明，模型精度较高，且同时识别了位移的空间关联性和差异性。
2023 Vol. 42 (7): 69-83 [
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融合社会信息的城市暴雨内涝风险评估
王浅宁, 周之仪, 吴剑, 刘付鑫, 王心怡, 彭勇, 张弛
DOI: 10.11660/slfdxb.20230708
针对现有城市暴雨内涝风险评估未充分考虑社会信息的问题，本文提出融合社会信息的城市暴雨内涝风险评估方法。基于城市雨洪模型获取内涝灾害自然信息，利用网络爬虫技术抓取社会信息，建立耦合自然与社会信息的城市暴雨内涝风险评估指标体系，通过指数模型综合评估研究区暴雨内涝风险。以大连市青泥寺儿沟区为实例，评估结果表明：仅考虑自然信息时，50、100年一遇暴雨对应的高风险区面积为0.53 km2、1.24 km2；考虑社会信息后，研究区暴雨内涝风险增加，高风险区面积分别为1.12 km2、1.50 km2；融合社会信息的风险评估模型会提高城市人口密集区、交通干线等重要地段的内涝风险等级，降低城市非重要地区内涝风险等级，内涝风险评估结果更合理。
2023 Vol. 42 (7): 84-95 [
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贝叶斯决策优化水库分期抗旱调度策略研究
李杰, 刘招, 毛钦男, 余玉聪, 杨舟, 王舒民
DOI: 10.11660/slfdxb.20230709
受全球气候变化和日益增强的人类活动的影响，频繁发生的干旱对社会经济发展带来极大冲击。研究水库分期抗旱调度策略对水资源高效利用和抗旱减灾有着显著的作用。以供水保证率最大和供水破坏深度最小为目标函数，在最小风险贝叶斯决策的多年可供水量组合情景下，采用蜂群算法和逆序递推法确定最优的水库抗旱调度策略。以黑河金盆水库为实例，基于贝叶斯联合逆序递推抗旱调度策略与常规调度、传统逆序递推和优化逆序递推的抗旱调度策略进行对比分析，前者既减少了极端干旱条件下极端缺水的几率，又提高了供水保证率、降低了供水破坏深度。说明贝叶斯联合逆序递推的抗旱调度策略提高了水库的抵御极端干旱的能力，为抗旱调度提供了理论依据。
2023 Vol. 42 (7): 96-107 [
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西江流域梯级水库群上下游关系识别研究
丁麒溶, 赵铜铁钢, 田雨, 严登华, 陈晓宏
DOI: 10.11660/slfdxb.20230710
梯级水库群上下游关系是流域水资源系统分析的关键环节。本文基于河流编码描述单一梯级水库，构建了梯级水库群上下游关系识别基本框架，并用于分析梯级水库群的空间特征和流域开发利用情况。面向西江流域案例，研究结果表明：西江流域以部分水库为连接核心，超过70%的水库位于所处河流最上游；梯级水库群中，区间汇流面积最大的5座龙头水库与水利枢纽控制23.6%的流域总面积，与众多上游水库存在水力联系，在防洪、供水、发电等调度中发挥关键作用；整体上，西江流域呈现明显的逐级开发特征，各河段上游水库数量随河流等级增加呈指数式增长趋势。研究成果对于分析梯级水库群的功能具有重要的意义。
2023 Vol. 42 (7): 108-118 [
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卧式灯泡贯流式水轮机真机协联寻优数值研究
赵亚萍, 秦笛舸, 郑小波, 李志华, 廖伟丽
DOI: 10.11660/slfdxb.20230711
众多实际电站的运行情况表明贯流式电站模型机与真机性能存在差异，使得很多电站投产后因协联关系不正确而频繁发生出力不足、剧烈振动等问题，但通过现场试验调整协联又耗时耗力。因此本文基于动网格技术，在考虑自由液面及水体重力的情况下对贯流式水轮机进行真机协联关系的数值寻优。结果表明：数值寻优前后低水头工况协联关系变化幅度更大，且低水头工况下效率对导叶开度变化敏感度更高，因此电站在丰水期低水头工况下更有必要对协联关系进行调整，数值模拟协联寻优对低水头工况指导意义更大；协联关系的变化对转轮靠轮毂处的水流流动影响较大，相对液流角增加，同时转轮出口靠轮毂处的正环量减小，很好地改善了尾水管内的回流及涡带分布状态，有助于减小尾水管内的水力损失，提高水轮机的水力效率。所以数值协联寻优对贯流机组的设计和现场试验具有一定的指导意义。
2023 Vol. 42 (7): 119-128 [
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