土木水电论坛_水利工程

• 基于“十二生肖”算法优化的加权极限学习机月径流预测

  韩艳;崔东文;

  为提高月径流时间序列预测精度，改进加权极限学习机(WELM)预测性能，对比验证“十二生肖”算法在基准测试函数和实例目标函数上的优化效果，提出经验小波变换二次分解(EWT~Ⅱ)技术-“十二生肖”算法-WELM月径流时间序列预测模型.首先，利用经验小波变换(EWT)对月径流时间序列进行分解处理，得到EWT_1、EWT_2两个分解分量；采用模糊熵(FuzzyEn)计算EWT_1、EWT_2分量的模糊熵值，利用EWT~Ⅱ对模糊熵值较大的EWT_1分量进行二次分解，得到EWT_(1-1)～EWT_(1-3)三个分量.其次，基于EWT_(1-1)～EWT_(1-3)、EWT_2分量训练集构建4个WELM输入层权值和隐含层偏差(超参数)优化的实例目标函数，同时选取6个基准测试函数作为对比验证函数，利用“十二生肖”算法分别对6个基准测试函数和4个实例目标函数进行极值寻优与对比分析.最后，建立EWT~Ⅱ-“十二生肖”算法-WELM模型，通过云南省南洞地下河月径流预测实例对12种模型进行验证.结果表明：“十二生肖”算法对6个基准测试函数寻优的总排名与对4个实例目标函数寻优的总排名不一致，总体上冠豪猪优化算法(CPO)、野狗优化算法(DOA)寻优效果较好，变色龙算法(CSA)、天牛须搜索算法(BAS)、自学羚羊迁徙算法(SAMA)寻优效果较差；“十二生肖”算法对4个实例目标函数寻优的总排名与12种模型预测精度总排名基本一致，表明“十二生肖”算法极值寻优能力越强，获得的WELM超参数越优，所构建的预测模型性能越好；EWT~Ⅱ-CPO/CSO/DOA/CapSA/WHO-WELM模型预测的E_(MAP)、E_(MA)、E_(RMS)分别在0.422%～0.485%、0.022～0.026 m~3/s、0.028～0.032 m~3/s之间，优于其他对比模型，具有更好的预测效果.

  2025年04期 v.47;No.205 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1656K]
  

• 某尾矿库塌坑处理方案的三维渗流优化比选研究

  马晓旭;赵乐萱;王睿齐;傅灿;罗玉龙;

  某尾矿库发生尾砂泄漏事故，在尾矿库干滩区形成塌坑，经应急处理后已回填块石及土石料等.为防止尾矿库后续继续破坏，拟在塌坑区铺设反滤层或土工膜.为确定最优处理方案，采用三维渗流有限元分析，基于浸润线监测资料进行了反演分析，确定了能够反映尾矿库实际情况的渗透参数，并在此基础上，对正常运行工况和洪水运行工况塌坑回填区分别采用反滤层和土工膜方案的浸润线埋深、塌坑回填区附近渗透坡降、渗流量等进行了全面的对比分析.结果表明：两种处理方案整体渗流场与塌坑前相似，塌坑回填区附近尾矿料均能满足渗透稳定要求，排洪隧道渗流量接近，但土工膜方案会使塌坑区附近浸润线抬高，不利于后期堆坝的稳定.综合考虑，推荐反滤层方案.研究结果为尾矿库事故处理方案的科学选取提供了依据，同时也为其他类似尾矿库塌坑事故的处理提供了借鉴.

  2025年04期 v.47;No.205 11-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
  

• 三峡水库消落带出露期土壤分离能力年内时空变化及其影响因素研究

  肖海;朱鸿宇;张伦;刘德玉;向瑞;洪焕;杨悦舒;夏振尧;

  为探索三峡水库消落带出露期土壤分离能力的年内时空变化特征，本文在三峡水库消落带2019年出露期内的不同时间采集不同出露高程土壤样品，测定土壤理化性质、植物生物量信息及土壤分离能力(D_c),利用Pearson相关分析、主成分回归分析(PCR)、SEM结构方程模型以及PLS-PM偏最小二乘路径分析，明确土壤理化性质和植物生物量对土壤分离能力的影响及其影响路径.结果表明：D_c随时间的增加总体呈现下降趋势，随高程的增大呈现出先降后升的趋势，在高程为165～170 m时达到最小；D_c与水稳性团聚体平均质量直径(MWD)、有机质含量、地上生物量和地下生物量呈现显著的负相关关系，与黏粒含量呈现显著正相关关系，PCR分析表明对D_c负向贡献度依次为MWD>有机质含量>地上生物量>地下生物量；地上生物量和地下生物量作为外生变量，通过调节次级因子(黏粒含量和有机质含量),对关键因子MWD施加间接影响，进一步作用于D_c,MWD在路径中起到核心的中介作用，是D_c的核心影响因子.本文可为三峡水库消落带的水土保持和生态修复提供理论依据，对三峡水库的防灾减灾具有一定的指导意义.

  2025年04期 v.47;No.205 16-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1427K]
  

• 基于人工边界子结构的混凝土坝地震响应分析

  陈灯红;邸若冰;潘子悦;

  在波动理论的框架内，本文以人工边界子结构为基础进行地震动输入，并根据方程推出相适应的等效输入地震荷载公式.通过构建并应用人工边界子结构模型，实施自由场时程的动力分析，得以直接计算出用于模拟地震动输入的等效荷载力.此外，通过对脉冲波垂直入射实例的分析，所得结果与理论解析解高度一致，验证了该方法具有较高的精度，并将其应用至三维拱坝-地基相互作用系统模型中.本文选取Nam Ngum5重力坝为研究对象，建立三维坝-地基有限元模型，分别采用人工边界子结构的地震动输入方法和波动法进行动力计算，提取其坝体及坝底水平位移、速度时程曲线进行对比分析.结果表明：两种方法计算得出的曲线都吻合较好，验证了使用人工边界子结构方法在实际工程中的有效性.

  2025年04期 v.47;No.205 23-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1808K]
  

土木水电论坛_灾害与防治

• 降雨条件下裂隙边坡滑动失稳的试验分析及机理研究

  卢功臣;虞子楠;

  为深入分析降雨作用下裂隙的存在对边坡稳定性的影响，针对边坡中广泛存在的竖向、内部等裂隙形态进行缩尺模型降雨实验，并结合数值计算及粒子图像测速法(particle image velocimetry, PIV)进行稳定性分析及边坡失稳机理研究.研究结果表明：上缘竖向裂隙的存在加速了雨水入渗及地下水位抬升，坡内裂隙会使雨水聚集，进而水分顺裂隙迁移并加速了裂隙上缘块体的滑落，含裂隙边坡失稳时间较无裂隙边坡提前了18%～40%;当上缘裂隙和内部裂隙均考虑时，边坡稳定性系数骤降，在计算稳定性系数小于1后短时间内滑坡迅速发生；PIV结果显示带裂隙边坡失稳时粒子运动速度更快、诱发滑动区域更广、破坏性更强.相关结果可作为降雨条件下边坡安全判定及滑坡预警的重要参考.

  2025年04期 v.47;No.205 31-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 2088K]
  

• 三峡库区八字门双层滑带边坡抗滑桩加固受力特性研究

  平措卓玛;谢华威;宋健;

  对于具有双层滑带的复杂土层边坡，抗滑桩的受力特性与传统单一滑面形式不同.本文以三峡库区的八字门双层滑带边坡为例，基于数值和理论方法研究了含浅层和深层软弱带边坡的抗滑桩加固受力特性.通过数值模拟得到的安全系数和坡体位移及剪应变云图，发现采用抗滑桩加固能够有效地提升坡体稳定性，同时桩后推力呈明显的不连续分布形式.基于此，假定不连续梯形的桩后推力分布形式，结合传递系数法求解出双层滑面边坡桩后推力；基于有限差分原理推导了双层滑面边坡抗滑桩全桩的位移和内力理论计算方法.将理论计算与数值模拟结果进行对比，证明了本文提出的双层滑面边坡抗滑桩理论计算方法的可靠性，可为多滑面边坡抗滑桩设计提供参考.

  2025年04期 v.47;No.205 38-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1381K]
  

• 基于图像四叉树SBFEM和深度学习的缺陷反演模型

  方涛;郑辉;赵文虎;唐森;

  为快速识别结构内部未知缺陷，提出了一种基于图像四叉树比例边界有限元法和深度学习的缺陷反演模型.采用平衡四叉树递归分解原理对结构域进行网格剖分，并自动加密缺陷边缘区域网格；所得到的平衡四叉树网格模型采用比例边界有限元法进行数值分析，求解精度不受悬挂节点影响，且模型中仅含6种单元模式，自动化程度高，极大降低了缺陷反演模型训练数据集的成本；基于极限学习机作为学习规则，搭建了孔洞缺陷反演的深度学习人工神经网络模型，有效避免了模型训练过程中目标函数迭代陷入局部最优解的问题.采用统计学方法分析反演模型精度，并探究孔洞缺陷尺度及训练集样本数量对反演结果的影响.结果表明：所构建的反演模型得到的缺陷参数与预留的洁净数据相吻合，模型能够精准量化缺陷位置和尺寸.

  2025年04期 v.47;No.205 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
  

土木水电论坛_土木工程

• 上软下硬富水地层临近既有线叠线隧道盾构始发变形数值模拟研究

  杨平;于游;朱俊;王加辉;何云;

  为验证上软下硬富水地层新建叠线盾构始发对端头地表沉降和临近隧道管片变形的影响，本文以南京地铁6号线岗子村站始发端头为背景，建立三维有限元数值模型，模拟分析了始发端头未加固、袖阀管注浆加固、三轴搅拌桩加固和人工冻结+三轴搅拌桩联合加固4种不同加固工况下的地表沉降，模拟结果表明本工程采用袖阀管加固的地表沉降最小，经过实测验证了该方法合理可行.通过改变袖阀管加固范围、既有线与新建叠线水平和竖向净距、新建叠线竖向净距，对不同工况下的新建叠线始发进行了敏感性分析.结果表明：袖阀管注浆加固宽度应在隧道拱腰两侧2 m以上；当袖阀管加固深度下界为隧道底部0.5D(隧道直径)时，综合考虑地表沉降和下线隧道变形，加固上界应在上线隧道顶部0.6D以上，新建叠线竖向净距应控制在0.3D～1.2D,既有线与新建叠线水平净距应在0.6D以上；而新建叠线隧道埋深不变时，改变既有线与新建叠线竖向净距对既有线管片变形影响较小.

  2025年04期 v.47;No.205 53-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 2970K]
  

• 页岩陶砂对超高性能轻质混凝土收缩性能的影响

  高德军;赵一诺;彭艳周;孙婧;丁超;王青;

  研究了不同范围粒径(0.15～2.36、0.30～2.36、0.60～2.36 mm)的页岩陶砂(以下简称陶砂)、饱和面干页岩陶砂(以下简称饱和面干陶砂)的比例(分别占陶砂总质量的0%、50%、75%、100%)对超高性能轻质混凝土(UHPLC)自收缩和干燥收缩的影响.同时，借助三维视频显微镜研究了饱和面干陶砂在浆体中的释水扩散距离，以分析其内养护作用.结果表明：在相同陶砂用量下，使用粒径为0.60～2.36 mm的陶砂制备的UHPLC自收缩和干燥收缩值最小；加入饱和面干陶砂可进一步减小UHPLC的自收缩和干燥收缩，且减缩作用随其比例增加而增强.

  2025年04期 v.47;No.205 64-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1148K]
  

• 浅埋超大断面隧道开挖与仰坡相互作用机制研究

  赵文杰;马学宁;刘晨阳;

  为探究浅埋超大断面隧道开挖与仰坡相互作用效应，依托兰州地区的白石二号隧道工程，建立隧道与仰坡的三维数值计算模型，通过数值模拟与现场监测相结合的方法，分析隧道开挖对仰坡稳定性及仰坡下滑力对隧道稳定性的影响.研究结果表明：监测断面中导坑和右导坑拱顶围岩压力在山体偏压作用下数值较大且相当，施工中应加强监测，拱架与初期支护监测数据均在合理范围内，隧道支护结构设计合理；洞口仰坡刷方加固后安全系数显著提高，在超前管棚作用下提高至1.77,而后随着隧道开挖，仰坡加固桩桩身变形、桩后土压力及桩身弯矩逐渐增大，开挖完成后仰坡安全系数逐渐降低至1.52,坡体仍处于稳定状态；仰坡刷方加固后，桩板结构抑制了坡体下滑力，隧道开挖时围岩压力、管棚及初期支护应力显著降低，并且同一断面位置处围岩、管棚和初期支护竖向变形减小，仰坡对隧道及支护结构影响减弱，加固效果良好.

  2025年04期 v.47;No.205 71-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 2354K]
  

土木水电论坛_电力网络

• 基于MPC的低碳建筑光储系统能源管理方法研究

  毛睿;向昆;范李平;赵剑楠;王灿;席磊;马辉;

  在对低碳建筑内的能源进行管理时，大多数研究采用最大化能源自耗的控制方式.在该控制下，低碳建筑内的光储系统往往在低电价时段内对储能系统进行充电，从而实现最小化能源账单的目的.但该方法会使得储能系统的充电时间与光伏出力高峰相错开，导致光伏所产生的电力不能被用户充分利用而传输至电网中，造成光伏出力的浪费.针对这一现象，本文首先构建了基于时间卷积网络(temporal convolutional network, TCN)的光伏出力及用户需求预测模型，之后根据预测结果利用模型预测控制(model predictive control, MPC)对低碳建筑内的能源进行优化管理.通过最大限度地减少外部电网电量的输入，MPC间接迫使光伏发电尽可能地被用户自己所消耗，同时为了延长储能系统的寿命，在控制时会尽量避免其长期处于高荷电状态.最后通过仿真分析证明，所采用的低碳建筑能源管理方法能够有效提高光伏的利用率并延长储能系统的使用寿命.

  2025年04期 v.47;No.205 80-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1351K]
  

• 贫样本约束下的季度用电量最优组合预测

  邓文奇;缪书唯;李振兴;

  行政区划变更等原因将限制历史季度用电量数量，对其准确预测提出了挑战.为此，本文提出贫样本约束下的季度用电量最优组合预测模型.首先，将季度用电量数据分解为长期、周期、随机3类分量，应用最小二乘法和综合精度分为各类分量选取最佳拟合函数.其次，对各拟合函数加权组合，并应用果蝇优化算法求取最优组合系数，优化综合精度分，得出该模型参数.然后，收集重庆市直辖初期4年共16组季度用电数据验证本文模型，结果表明该模型对第4年季度用电量预测值的平均绝对百分比误差可达8.962%,低于现有4类预测模型.最后，将本文模型应用至吉林和福建，结果表明本文模型的平均绝对百分比误差最小值可至2.472%.

  2025年04期 v.47;No.205 88-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1505K]
  

机电工程

• 基于GASF-BMKELM的滚动轴承故障诊断方法

  杨锡发;王林军;邹腾枭;吴振雄;李响;陈保家;

  针对传统故障诊断方法难以充分提取故障信息以及神经网络依赖初始参数选择的问题，提出一种基于格拉姆角和场(Gramian angular summation field, GASF)与贝叶斯优化多核极限学习机(Bayesian optimization multi-kernel extreme learning machine, BMKELM)的故障诊断方法.首先，应用小波包节点对数能量与格拉姆角和场(GASF)将原始振动信号变换为小波包对数能量图特征；其次，使用多项式核函数与径向基核函数加权组合构建多核极限学习机(multi-kernel extreme learning machine, MKELM),同时，利用贝叶斯优化算法优化多核极限学习机的参数来提升诊断模型的故障识别能力；最后，以小波包对数能量图特征作为输入，再使用BMKELM模型完成故障特征识别与分类.通过两个数据集进行验证分析，实验结果表明，所提方法的准确率分别为99.39%和98.89%,具有较高的故障识别率和稳定性.

  2025年04期 v.47;No.205 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1440K]
  

• CFRP组合式桥墩防撞装置的设计与优化研究

  章双燕;何孔德;刘绍鹏;董元发;

  为了有效对船舶和桥墩进行意外碰撞情况下的双向保护，设计了一种抗撞等级更大、防撞性能和使用寿命更突出的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)蜂窝型组合防撞装置.以长江中游段大吨位货船和常见桥墩为研究对象，考虑船舶与裸墩、防撞装置两种碰撞工况，研究了碰撞的能量转换响应、撞击力响应以及撞击深度响应，在此基础上进一步采用响应面法、方差分析法和功效系数法，以防撞装置的外壳厚度和内部钢结构的厚度为设计参数，选取船舶撞击力、防撞装置吸收的总内能、总质量和蜂窝钢结构内径为优化目标，进行了CFRP蜂窝型组合防撞装置多目标优化设计.结果表明：优化后撞击力折减率达到82.7%,整体质量大幅度减轻，最大变形在合理范围内，达到防撞性能最优.

  2025年04期 v.47;No.205 104-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1445K]
  
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