水力发电学报
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2025年 44卷 7期
刊出日期：2025-07-25
 
     
1 楔入劈拉法测定水工混凝土断裂韧度分析研究
李庆斌, 刘问, 高小峰, 管俊峰, 尹阳阳, 谭恺炎, 张细和, 王娟, 米正祥, 谭尧升, 范冰, 胡昱, 李列列, 谭建军, 张延林, 刘鑫, 谢超鹏
DOI: 10.11660/slfdxb.20250701
楔入劈拉法是测定水工混凝土断裂韧度的推荐方法之一，其结果会受到原材料、配合比、试验龄期、养护温湿度、试件型式、尺寸及初始缝高比等因素的影响。因此，本文从楔入劈拉法测定普通混凝土断裂韧度、大骨料混凝土断裂韧度、混凝土加工试件断裂韧度，以及非标准条件试件与标准条件试件断裂韧度的近似换算等4个方面，总结分析其对断裂韧度测定的影响，进而提出了楔入劈拉法测定水工混凝土断裂韧度试件型式和试验方法的建议，提供了非标准与标准条件断裂韧度结果近似换算方案，为规范楔入劈拉法测定水工混凝土断裂韧度提供参考。
2025 Vol. 44 (7): 1-35 [摘要] ( 62 ) PDF (2796 KB)  ( 165 )
36 混凝土坝变形规律智能识别与异常检测方法研究
马春辉, 焦玉菲, 杨杰, 徐笑颜, 程琳, 龚秀秀
DOI: 10.11660/slfdxb.20250702
混凝土坝运行过程中极有可能受到突发事件、自然灾害以及人为管理变化等各种不确定性因素的影响，导致坝体常规变形规律出现一定幅度的改变。如何准确识别大坝运行规律的变化，对提升混凝土预警预报水平具有重要意义。对此，本研究使用空间聚类方法对混凝土坝结构内部不同区域之间的相似性测点进行分类；采用模糊聚类（Gath-Geva）算法划分阶段，允许数据点依据隶属度属于多个时间段，以测量分段同质性，并且检测多变量时间序列隐藏结构的变化；利用基于聚类相容性准则的模糊决策算法，确定所需的分段数以及主成分分析（PCA）确定主成分数，进一步提高了Gath-Geva算法的精度。以拉西瓦大坝为例，利用上述方法识别出了测点位移时间序列规律的隐藏结构变化，通过对比分段数据与全时段数据的统计建模结果表明：本文所提出的算法可以很好地提取到混凝土坝在运行过程中发生的突发异常变化，为分析混凝土坝运行状态提供了有力支撑。
2025 Vol. 44 (7): 36-46 [摘要] ( 54 ) PDF (1353 KB)  ( 153 )
47 数值模拟地震动作用下拱坝动力响应不确定性
刘要来, 张梦中, 王进廷, 王向超, 余记远, 鄢建华
DOI: 10.11660/slfdxb.20250703
进行拱坝抗震安全性评价时，需考虑地震动的不确定性。基于物理机制的地震动直接数值模拟方法，可以考虑不同地震情景，生成与断层破裂机制和场地条件相关的地震动，在地震工程领域具有广阔的应用前景。本文旨在研究直接数值模拟地震动作用下，拱坝非线性动力响应的不确定性。采用直接数值模拟方法得到3组情景地震动作为动力荷载，研究了GX拱坝的非线性动力响应，对比分析了坝体混凝土损伤、横缝开度与位移。结果表明：即使在发震断层、震级与坝址处顺河向地震动峰值加速度均保持一致的情况下，不同情景地震动作用时，坝体的地震响应水平也存在显著的离散性。本文采用基于直接数值模拟得到的地震动进行拱坝动力分析，研究了坝体响应的离散性，可为直接数值模拟地震动的应用提供参考。
2025 Vol. 44 (7): 47-54 [摘要] ( 48 ) PDF (3409 KB)  ( 66 )
55 早期受冻对水工混凝土水化程度及孔隙结构的影响
覃源, 田茜茜, 晋洁, 赵靖伟, 吴江江, 吕杲, 段明翰
DOI: 10.11660/slfdxb.20250704
：高寒地区气侯条件复杂多变，其中气温骤降容易影响新拌混凝土的水化程度和孔隙结构，产生早期冻损现象，进而对强度等物理性能发展极为不利。为探明水工混凝土在这一作用下的损伤机理，开展了以预养护时间（6 h、12 h、24 h、48 h）、受冻时长（6 h、12 h、24 h、48 h）和受冻温度（-1℃、-5℃、-10℃）为变量的力学性能、水化行为和孔隙结构测试。结果表明：受冻时长增加和受冻温度降低导致混凝土内部孔隙率增大，水化程度降低，而预养护时间延长增大其水化程度，使混凝土中大孔隙向小孔隙转化；早期受冻混凝土抗压强度与预养护时间成正比，与受冻时长和受冻温度成反比；早期受冻混凝土孔结构表现出明显的分形特征，且与水化程度、力学性能之间存在相关性。
2025 Vol. 44 (7): 55-66 [摘要] ( 45 ) PDF (3597 KB)  ( 66 )
67 堆石坝试坑三维点云优化重构与体积快速计算方法及应用
王建, 朱戎熙, 吴志刚, 胡继峰, 李健, 甘元楠, 鲁艳春, 鲁洋
DOI: 10.11660/slfdxb.20250705
试坑法是目前规范规定的堆石坝填料碾压质量检测方法，其中试坑体积量测的效率和精度直接影响堆石体压实质量检测的速度和准确性。随着三维激光扫描技术的快速发展，三维点云采集难度下降，且精度大幅提升，为替代常规灌水法快速检测堆石体试坑体积提供了新途径。论文提出一种基于三维激光扫描技术的堆石坝试坑体积快速计算方法，构建集试坑三维点云数据获取、配准拼接优化以及快速体积计算为一体的成套流程；通过标准模型和室内模型进行算法测试，验证了平面投影法在捕捉堆石体颗粒分布凹凸不平特征点云的优势。大型试验场地优化测试表明，采用球形标靶辅助配准优化与拼接优化后，体积测量相对误差基本控制在5%以内。最后，通过实际在建堆石坝工程的现场试验与应用，证实提出的基于三维激光扫描技术的堆石坝试坑体积快速计算与优化方法可实现堆石坝检测坑表面点云的高效准确提取，大大节省碾压施工过程中的检测时间，有望取代传统的灌水法计算试坑体积。
2025 Vol. 44 (7): 67-76 [摘要] ( 66 ) PDF (4926 KB)  ( 31 )
77 土石坝时空融合多测点预测模型
宋兴鹏, 侯伟亚, 徐志全, 董武, 马立平, 王翔南
DOI: 10.11660/slfdxb.20250706
表征大坝服役性态变化的监测效应量，其变化客观反映了大坝的工作性态变化，因此大坝安全监测和性态预测对大坝安全运行和风险管控意义重大。现有方法主要聚焦于单测点时序建模，即对单一位置点建立预测模型，在空间关联特征建模和环境驱动机制解析方面存在优化空间。本文从多测点监测效应量构成的多维时空分布场（效应量场）的时空特点出发，考虑多测点在时间维度上的发展相似性和空间维度的分布差异性，构建融合特征提取机制的时空融合多测点预测模型。该模型通过并行分支网络，利用GRU捕捉环境驱动下的因果时序特征，结合CNN网络挖掘多测点空间分布规律，并通过全连接层实现多维信息的特征融合，实现对土石坝渗流多测点的同步高精度预测。基于怀柔水库近三十年监测数据的实例研究表明，所提模型在维持计算可行性的同时，有效平衡了时空特征的表征能力，其多测点同步预测精度较传统方法提升显著，为土石坝全断面性态演化分析提供了新的思路。
2025 Vol. 44 (7): 77-86 [摘要] ( 38 ) PDF (860 KB)  ( 52 )
87 氯盐渍粉砂力学特性试验研究
祁生钧, 余鹏, 张吾渝, 于玉贞
DOI: 10.11660/slfdxb.20250707
含盐量对盐渍土的力学特性有重要影响。本文以人工配置的饱和氯盐渍粉砂为研究对象，采用侧限压缩、三轴和扫描电镜（SEM）试验，分析含盐量对其压缩和剪切特性的影响规律及微观机理。结果表明：当含盐量小于饱和含盐量时，压缩指数随盐分增加线性增大，而压缩模量逐渐减小；当含盐量大于饱和含盐量时，压缩指数保持不变，压缩模量在小范围内波动。回弹指数不受盐分影响。固结排水时，含盐量对应力应变曲线影响较小，但体应变随盐分增大而增大。固结不排水时，应力应变和孔压受盐分和围压共同影响。微观孔隙随盐分增大而增多，盐结晶起到胶结和填充双重作用。论文工作可为氯盐渍粉砂的本构模型建立和盐渍土地区的水利和土木工程建设提供参考。
2025 Vol. 44 (7): 87-96 [摘要] ( 35 ) PDF (3753 KB)  ( 25 )
97 颗粒形态对间断级配砂砾土内部侵蚀影响研究
许增光, 武子豪, 曹成, 柴军瑞
DOI: 10.11660/slfdxb.20250708
渗流作用下间断级配砂砾土细颗粒通过粗颗粒间空隙通道迁移导致内部侵蚀，引发土骨架重新分布和变形进而威胁土石坝、堤防等工程的安全。颗粒形态以及与其他参数的关联性是影响土体结构发生内部侵蚀的重要原因之一。本研究采用自主研发的土体内部侵蚀装置，对3种不同颗粒形态的间断级配砂砾土开展不同水力梯度条件下土体内部侵蚀试验，揭示土体内部侵蚀的宏观演变特征；基于计算流体动力学-离散元耦合方法（CFD-DEM），从力链、接触力、配位数的细观层面探究不同球形度粗颗粒形态和细颗粒含量对间断级配砂砾土内部侵蚀的综合影响。结果表明：当细颗粒含量相同时，土体粗颗粒球形度越高，细颗粒的流失数量和规模越显著；非球形颗粒的自锁效应增强了间断级配砂砾土的抗渗透性；土体粗颗粒球形度与平均配位数呈反比关系。研究结果可为评价间断级配砂砾土发生内部侵蚀风险提供重要依据。
2025 Vol. 44 (7): 97-108 [摘要] ( 45 ) PDF (9388 KB)  ( 32 )
109 黄淮海平原小时降水模拟：Hyetos模型应用评估
周义斌, 李新, 陈馨蕾, 杨蒲昕, 林娟, 顾苏烨, 陈元芳
DOI: 10.11660/slfdxb.20250709
高时空分辨率降水数据是支撑精细化水文模拟的基础。本文采用耦合Bartlett-Lewis矩形脉冲模型和日降水量调整算法的Hyetos降水随机模拟模型，对黄淮海平原区142个气象站的小时降水过程进行随机模拟。采用基础统计特征、极端降水指数、日内干湿特征等多种评估指标对模型在研究区的适用性进行综合评估。结果表明：Hyetos模型能很好地模拟研究区小时降水的均值、标准差等统计特征，但对小时降水的偏度系数有一定程度的低估。模型能有效模拟研究区部分极端降水强度和频率指数，但对年最大1小时降水量和极端降水量有一定程度的低估。此外，模型对研究区日内干湿特征模拟方面仍有一定的偏差，很难捕捉长历时降水事件。本文的研究结果可为黄淮海地区降水径流模拟提供参考。
2025 Vol. 44 (7): 109-120 [摘要] ( 54 ) PDF (2174 KB)  ( 55 )
121 考虑转轮间隙流的水泵水轮机S区流态演化研究
周强, 舒崚峰, 李成军, 陈勇, 付晓龙, 李德友, 宫汝志, 王洪杰
DOI: 10.11660/slfdxb.20250710
S区特性是影响高参数水泵水轮机安全稳定运行的主要因素，解决S区的根本途径还是水力设计，因此对考虑水力间隙的超高水头水泵水轮机S区特性研究至关重要。本文以额定水头589 m的原型水泵水轮机为研究对象，基于三维流动数值模拟方法，采用RNG k-ε湍流模型，进行定常模拟研究。通过对主流道和间隙流道内的压力分布、流场流态及旋涡分布等研究分析，偏离设计工况后，主流道无叶区和间隙流道的压力梯度急剧增加，在反水泵工况下达到最大值，无叶区内形成周向分布的高压挡水环，与周围形成巨大压差，造成机组运行不稳定、振动和噪音等问题，是引起S区特性的重要原因。研究可为超高水头抽水蓄能机组的水力设计提供一定参考。
2025 Vol. 44 (7): 121-130 [摘要] ( 49 ) PDF (3925 KB)  ( 57 )
131 水泵水轮机低负荷区流动及熵产特性研究
王子瑞, 张军智, 谢永兰, 王李科, 金东兵
DOI: 10.11660/slfdxb.20250711
为了适应新型电力系统的调节需求，水泵水轮机需要在更宽广的负荷范围内运行，在低负荷运行时会导致机组的性能下降，影响安全稳定运行。因此以原型水泵水轮机为研究对象，采用数值模拟的方法研究了不同运行负荷下水泵水轮机的内部流动特性，采用熵产理论分析了运行负荷与能量损失和流动结构的关系。结果表明，熵产损失以脉动熵产为主，负荷下降后，相对液流角下降，在转轮叶片进口的流动分离形成低速区，在50%负荷工况低流速区在转轮内交替出现，并且在叶片进口沿周向出现了涡结构，阻塞水流进入流道，导致转轮内熵产损失和占比均明显增加。转轮出口水流的切向速度与尾水管涡带的形成有密切关系，随着负荷减小，切向速度逐渐增大，流进入尾水管后周向运动趋势增强，涡带从柱状涡带发展为螺旋形涡带，并且在深度低负荷区转变为双螺旋涡带。研究成果为抽水蓄能电站安全稳定运行提供理论支撑。
2025 Vol. 44 (7): 131-139 [摘要] ( 46 ) PDF (5324 KB)  ( 60 )
140 谱减法结合CNN的水轮机空化故障诊断
付必涛, 何志宏, 周鑫, 肖龙, 淮浩翔, 李超顺
DOI: 10.11660/slfdxb.20250712
针对水轮机在发生空化时，其声发射信号的时频域特征相较于正常时变化不大而导致故障诊断模型精度不高的问题，提出一种基于谱减法与卷积神经网络（CNN）的融合诊断方法。首先，通过谱减法对空化与正常信号进行双信号互减，实现信号的差异化增强，显著提升频段特征的可分性。再把处理好的正常信号与空化信号作为样本，输入轻量化CNN模型中进行训练，最终得到水轮机空化故障诊断结果。为验证方法可行性，采用混流式水轮机顶盖与蜗壳测点的多工况声发射数据进行实验，结果表明：所提模型的平均诊断准确率达99.56%（顶盖）和99.81%（蜗壳），较其他几种信号处理方法提升显著，并且所提模型的准确率以及计算效率更高。该方法兼具较高的精度与适应性，为水轮机空化监测提供了一种有效的参考方案。
2025 Vol. 44 (7): 140-148 [摘要] ( 44 ) PDF (1006 KB)  ( 76 )
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