三峡大学学报(自然科学版)

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青年编委专栏

  • 基于数据增强技术的大坝变形GRU预测模型

    任杰;李嫦玲;李萌;李星;

    大坝变形预测模型性能依赖于高质量的数据输入,然而不少工程存在监测资料稀疏或缺失问题.选取水压、温度、时效等为变形效应量影响因子,构建大坝变形门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)预测模型.针对实测变形效应量样本较少的情况,引入SMOTE、GAN、GMM、Diffusion模型4种生成式数据增强算法,扩充样本异质性,增强GRU模型学习信息广度.以某混凝土大坝坝顶径向位移为研究对象,建立基于数据增强技术的大坝变形GRU预测模型.结果表明,原始数据集经GAN、GMM、Diffusion模型增强后,能够提高GRU预测模型精度,可分别将拟合优度由0.925提高至0.940、0.932、0.959.综合分析评价指标,基于Diffusion模型增强的GRU变形预测模型性能最优,可作为大坝变形数据增强处理优选方法.借助可解释机器学习领域中的SHAP(SHapley Additive exPlanations)分析对效应量影响因子进行显著性分析,结果表明:温度因子对大坝变形影响最为显著,上游水位和时效因子亦存在一定影响,下游水位影响偏小.

    2026年01期 v.48;No.208 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1347K]
  • 动水压力下隧道衬砌水压演变规律及防排水优化研究

    任凡凡;吴庆成;徐强;王吉;樊浩博;

    为了探明地表强降雨时隧道衬砌背后的水压演变规律,并对现有排水方案进行优化设计,搭建了一套渗流模型试验系统,对半包半排和中心排水沟落底方案下衬砌的水压演变规律进行了试验研究;进一步建立数值模型,对比分析了半包半排、环向排水管加密、中心排水沟落底3种方案的排水效果,并比选出适用于富水隧道的最优方案.结果表明:半包半排方案下,隧道衬砌水压力随水头高度增加而增加,仰拱水压无法通过排水系统有效降低,水压分布呈拱部小、仰拱大的“蘑菇状”;环向排水管加密方案下,隧道拱墙区域的水压力显著降低,但仰拱区域仍维持着高水压力,使仰拱结构受力进一步劣化.中心排水沟落底方案下,隧道拱部和仰拱区域水压力均大幅度降低,衬砌达到安全(破坏)临界状态所能承受的水头高度为105 m(253 m),抗水压能力是半包半排方案的5(7.6)倍.在富水山岭隧道结构设计时,建议采用中心排水沟落底的排水结构型式.

    2026年01期 v.48;No.208 8-16+23页 [查看摘要][在线阅读][下载 2227K]
  • 橡胶砂减压层对膨胀土挡墙土压力的调控作用研究

    裴骏达;樊科伟;王洪祯;高嘉禾;卞长荣;

    在膨胀土与混凝土挡墙之间设置橡胶砂减压层,可有效缓解膨胀土吸水膨胀引起的土压力增大问题,但其对墙后土压力的分布与大小的影响仍缺乏系统研究.通过橡胶砂减压层调控下膨胀土挡墙模型试验,分析了墙后土压力沿墙高方向的分布规律,并基于水平微分单元法推导了相应的土压力计算公式.结果表明:橡胶砂减压层在膨胀土膨胀压力作用下发生侧向压缩,为膨胀土膨胀提供了变形空间,从而显著降低了挡墙土压力;当墙后膨胀土吸水饱和时,土压力沿墙深呈逐渐增大的分布规律;理论计算值与试验实测值吻合较好,验证了所提方法的合理性.

    2026年01期 v.48;No.208 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1755K]

土木水电论坛_水利工程

  • 三孔道侧式进/出水口隔墩布置对水力特性的影响

    陈青生;王栋才;孟可;徐津;

    为分析隔墩布置对抽水蓄能电站侧式进/出水口水力特性的影响,本文以某抽水蓄能电站上库三孔道侧式进/出水口为研究对象,通过调整隔墩的横向、纵向位置及墩头外侧圆弧半径,建立三维水动力模型进行数值模拟,研究了三孔道侧式进/出水口孔道流量不均匀程度、流速不均匀系数以及水头损失系数的变化规律.结果表明,隔墩的横向相对位置、纵向相对位置及墩头内外侧圆弧半径比值分别对三孔道侧式进/出水口的流量不均匀程度、流速不均匀系数和水头损失系数有着不同程度的影响;水力特性总体最优的隔墩布置是横向相对位置为0.340,纵向相对位置为-0.04,墩头内外侧圆弧半径比值为0.1.

    2026年01期 v.48;No.208 24-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 2096K]
  • 三峡水库典型支流水化学变化特征及成因分析

    杨紫剑;刘佳;肖尚斌;朱良辰;陈敏;康满春;李世剑;高婷;

    为探究三峡库区支流库湾水体水化学变化特征及干流回水对支流库湾水化学的影响,2022年4月对三峡水库小江、大宁河、香溪河三条典型支流库湾进行了采样及分析.结果表明,三条支流库湾优势阴、阳离子分别为HCO_3~-、Ca~(2+),其中HCO_3~-质量浓度均值分别为155.50、152.20和171.50 mg·L~(-1),占总阴离子质量浓度的67%、93%和95%;Ca~(2+)质量浓度均值分别为34.70、49.40和47.00 mg·L~(-1),占总阳离子质量浓度的58%、61%和60%.小江、香溪河库湾水化学类型为HCO_3~--Ca~(2+),大宁河库湾水化学类型为HCO_3~-·SO_4~(2-)-Ca~(2+).Gibbs图与端元图的结果显示,岩石风化主导的碳酸盐岩溶解是控制水化学的主要机制,但大宁河流域蒸发盐岩强度较高且大于小江与香溪河,加之大宁河有小三峡景区,存在较大的人类活动干扰,导致其Cl~-质量浓度(26.60 mg·L~(-1))是小江(2.90 mg·L~(-1))和香溪河(2.00 mg·L~(-1))库湾的9~12倍.采用保守离子(如Cl~-和Na~+)示踪法估算贡献率,小江、大宁河、香溪河三条支流库湾回水区的干流来水贡献率分别约为49.0%、70.5%、71.9%,干流回水对三条支流库湾的影响与距离三峡大坝远近以及支流流量有关,而支流库湾的补给与稀释程度取决于干支流来水的物质差异与水团大小.

    2026年01期 v.48;No.208 32-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1650K]
  • 长江中游典型鱼类产卵栖息水环境共性需求分析

    谢梦铖;王煜;

    水利枢纽的修建和运行改变了河流天然径流过程,导致鱼类原始产卵栖息地水环境发生变化,鱼类资源多样性受到影响.修复和重建满足鱼类产卵栖息需求的产卵栖息地是保护鱼类资源多样性的重要举措.为提高长江中游水环境修复江段对多种鱼类产卵栖息的适应性,本文以在长江中游产卵栖息的3种典型鱼类为研究对象,通过因子分析方法获取其产卵栖息对水环境的共性需求因子及阈值范围.研究结果表明:长江中游3种典型鱼类产卵栖息对水环境的共性需求关键因子为河道形态和水温;3种典型鱼类产卵栖息对水环境共性需求因子及阈值为河道形态(弯曲、分汊、矶头型、流态复杂的河道)、水温(17~25℃)、流速(0.50~1.75 m/s)、水深(0~22 m)、底质(含有粗砂、砾石、卵石和石块的硬质石底).研究成果可为长江中游重要鱼类产卵栖息地人工重建提供技术支撑.

    2026年01期 v.48;No.208 41-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1105K]

土木水电论坛_灾害与防治

  • 三峡库区消落区岩体劣化致灾机制研究——以卡门子湾滑坡为例

    杨剑飞;张国栋;耿峻;章广成;张亚鑫;

    随着三峡水库进入稳定调度阶段,周期性库水位升降诱发岸坡消落区岩体劣化已成为水库新生型滑坡的重要诱因.采取野外调查、室内试验、数值分析等方法对卡门子湾滑坡的岩体劣化致灾过程及机制进行了研究.结果显示:泄滩河岸坡消落区岩体呈现出典型由外向内“剥洋葱”式劣化特征,室内试验表明干湿循环会造成砂岩剥蚀及裂隙扩展,还会造成泥岩软弱层颗粒连接改变从而削弱抗剪能力.结合数值分析结果进一步提出卡门子湾滑坡的致灾机制为:消落区岩体劣化崩解—岸坡前缘阻滑能力丧失—软弱岩层软化泥化形成滑带,表现为牵引式破坏特征和滑移-拉裂型破坏模式,其结论可为三峡库区滑坡灾害防治提供一定理论依据.

    2026年01期 v.48;No.208 49-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2026K]
  • 金沙江曲岗丁特大型滑坡稳定性及涌浪预测研究

    邓云瑞;赵伟华;卢乾;郑青海;鲁响;王凤娇;王兆雨;

    滑坡涌浪对水库大坝安全等构成严重威胁.本文以金沙江上游峡谷河段的曲岗丁滑坡为例,在详细分析滑坡发育特征基础上,基于FLAC3D研究了滑坡在不同工况(天然、暴雨、地震及蓄水)下的稳定性,基于潜在破坏范围,利用经验公式法与FLOW-3D数值模拟技术系统评估了滑坡在不同失稳条件下的涌浪危险性.研究结果表明:曲岗丁滑坡在天然工况下保持稳定;暴雨和地震工况下,滑坡局部位移增加但未形成整体滑移面;蓄水工况下,滑坡前缘出现较大位移,显示局部失稳迹象.通过对比不同潜在失稳范围的模拟结果,发现“能量法+潘家铮法”组合算法在速度预测上略低于FLOW-3D数值模拟,在初始涌浪高度预测上相近,但至水电站坝址处的涌浪高度数值模拟结果更高.最不利条件下滑坡整体下滑将引发约67 m的初始涌浪,对水电站坝址的最大涌浪影响高达9.69 m,而在其他工况下坝址处的涌浪高度相对较低,滑坡涌浪对坝址安全影响较小.

    2026年01期 v.48;No.208 57-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 2252K]
  • 降雨作用下区域性浅层黄土斜坡稳定性分析——以临县为例

    滕鸿伟;王鹏;薛加烜;邓亚虹;慕焕东;

    无限边坡稳定性(stability index mapping, SINMAP)模型在评价降雨作用下各孕灾因子对滑坡的贡献率时较为随机,分形理论方法可弥补SINMAP模型的单尺度分析局限,通过优化输入参数来研究各孕灾因子对滑坡发育的贡献率.本文以山西省临县为例,首先使用分形理论探究各滑坡孕灾因子对临县滑坡发育规律的影响.随后基于SINMAP模型对不同降雨强度等级下研究区内地表斜坡稳定性进行评价.结果表明:坡度、坡向2种因子和滑坡灾害之间存在二阶累计变维分形,而高程因子与滑坡灾害间具有三阶累计变维分形关系,与滑坡发育相关性最高;随着降雨强度的增大,研究区内不稳定区域面积占比由35.51%增长至49.71%,稳定区域逐渐向失稳区域转变,呈现出由中心向四周逐渐变差的分布状态,且滑坡密度始终保持在极不稳定区最大,极稳定区最小.本研究可为临县的黄土滑坡灾害减灾防灾提供参考.

    2026年01期 v.48;No.208 66-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 2192K]

土木水电论坛_土木工程

  • 单轴压缩条件下含水平单薄层膏盐泥岩力学特性试验研究

    汤艳春;幸子游;王庆茹;肖勇;

    含薄层膏盐泥岩是我国红层区水利水电工程建设集中流域的典型“软夹硬”复合岩体,其力学特性较为复杂.本文采用自制全过程全方位变形破坏测量岩石单轴试验仪,对含薄层膏盐泥岩开展单轴压缩试验,研究其变形破坏机制及力学特性.研究结果表明:试样侧面形态呈“葫芦”状,随泥岩岩块含水量ω增加,特征愈加明显;干燥时与纯泥岩侧面形态一致,ω增加时两者侧向变形差异愈大,塑限含水量时,两者最大侧向变形分别为2.0~2.4、1.6~1.8 mm;薄层膏盐岩对试样力学破坏有阻碍效应,随薄层膏盐岩厚度D增加,其阻碍效应更显著(D为1 mm时,薄层易破坏甚至错断(ω<6%);D为4 mm时,薄层不破坏且阻碍效应显著);薄层膏盐岩增强了试样整体强度,最大轴向应力值随D增加而增加;与纯泥岩相比,D为1和4 mm时,最大轴向应力值分别增加了8.5%~11.9%和45.2%~50.3%.所取得的研究成果可为大变形复合软岩试验研究提供理论依据和试验思路.

    2026年01期 v.48;No.208 75-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1892K]

土木水电论坛_电力网络

  • 考虑风电出力的概率暂态稳定约束最优潮流决策方法

    刘颂凯;刘亦橦;胡畔;杨东月;高坤;苏攀;叶碧青;

    随着新能源并网进程的推进,风电场发电的不确定性成为暂态稳定约束最优潮流(transient stability constrained optimal power flow, TSCOPF)问题需要重点考虑的因素.因此,本文提出一种考虑风电出力不确定性的TSCOPF模型的建立及求解方法,以得到最优的控制措施实现系统稳定运行.首先,采用卡尔曼滤波器(Kalman filter, KF)和无迹变换(unscented transformation, UT)得到系统暂态稳定裕度(transient stability margin, TSM)的概率分布;其次,构建了一个以最小化切负荷控制成本为目标的TSCOPF优化模型;然后,采用基于灵敏度的方法,将包含不确定变量的非线性动态优化问题转化为可迭代求解的线性规划问题;最后,将提出的决策方法应用于改进的IEEE 39系统,验证了其可行性.

    2026年01期 v.48;No.208 83-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1525K]
  • 波浪发电的无人潜航器水下充电系统设计与研究

    方子帆;刘华栋;周峥;方婧;李垚;

    为了实现无人潜航器水下充电的目的,解决对波浪资源的利用率低、水下充电不稳定等问题,设计了一种新型的基于波浪能驱动的水下潜航器无线充电系统.首先提出了一种海底系泊固定装置,布置在海洋表面浅水处,具体设计了水下充电站的组成方案、水下充电系统布置方案以及电磁耦合系统.然后,基于无线能量传输理论,建立了系统的数学模型.最后,运用Maxwell软件模拟磁场的强度,将仿真结果作为输入进行电路仿真,运用Simplorer软件分析电池的充电功率和充电效率,对设计方案进行验证.结果表明:在水下充电站的舱室内,发射端在液压系统的作用下升降,无人潜航器在舱室海流层作用下方向偏移,会导致充电系统的充电功率和充电效率发生变化.

    2026年01期 v.48;No.208 91-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1619K]

机电工程

  • 基于预设时间零化神经网络的TMR轨迹跟踪

    李勇;沈艳军;

    本文设计了一种预设时间零化神经网络(PTZNN),用于解决履带式移动机器人(TMR)轨迹的跟踪问题.基于TMR的动态模型,通过构造含噪声的PTZNN模型得到TMR模型的实际轨迹与期望轨迹的差,从而得到TMR模型的实际轨迹,进而实现预设性能的轨迹跟踪.即预设时刻实现TMR模型的精准跟踪,预设时刻后实现跟踪误差可预设的轨迹跟踪.结果表明,数值仿真验证所提出的方法可以实现TMR轨迹跟踪.与现有的有限时间零化神经网络(FTZNN)模型相比,所提出的PTZNN模型在收敛速度和鲁棒性上都具备优异的性能.

    2026年01期 v.48;No.208 99-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1156K]
  • 面向船舶红外图像的信息能量阈值分割方法

    马嘉玮;邹耀斌;卢晓春;

    船舶红外图像的灰度直方图可以呈现出单峰、多峰或无峰模态,现有代表性的阈值分割方法对于船舶红外图像的适应性较差,分割精度较低.为了能自动地分割具有上述3种不同直方图模态的船舶红外图像,提出了一种适应性更强的信息能量最小化阈值分割方法.基于多尺度乘积变换所得的引导边缘图像,以及从不同灰度值阈值化所得二值图像中提取的约束轮廓图像,构造出一系列能反映像素空间位置信息动态变化的一维灰度直方图,然后采用信息能量作为计算模型,将目标图像划分为两个区域计算跨域信息能量,并以跨域信息能量最小对应的灰度值作为最终的分割阈值.在3幅合成图像和25幅船舶红外图像上的对比实验结果表明,提出的方法在分割适应性与精度方面均有显著提升,在船舶红外图像自适应分割方面具有潜在的实际应用价值.

    2026年01期 v.48;No.208 104-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1696K]
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