水利水电工程

• 楔形孔与大直径直孔联合掏槽爆破技术与应用研究

  熊玮琪;卢文波;王洋;陈明;王二闯;邢爱国;

  掏槽爆破是决定隧洞掘进施工速度的关键因素，为了突破楔形掏槽在硬质岩隧洞爆破开挖中进尺短的技术瓶颈，提出了楔形孔与大直径直孔联合掏槽爆破技术。以掏槽爆破成腔理论为基础，推导了楔形掏槽条件下掏槽爆破槽腔深度公式，分析了大直径直孔空孔段的辅助破碎效应以及装药段爆破“接力掏槽”对楔形掏槽爆破进尺的提高效果；分别建立了传统楔形掏槽与组合孔联合掏槽有限元数值模型，对比研究了联合掏槽技术相较于传统楔形掏槽在提高槽腔岩体破碎效果及增加碎石推掷初速度上的优势；开展了隧洞开挖组合孔联合掏槽现场试验，验证了组合孔联合掏槽爆破技术的可行性。工程实践表明:联合掏槽技术较传统楔形掏槽技术在爆破进尺方面提高约30%，在炮孔利用率方面提高约9%。

  2025年04期 v.58;No.337 513-524页 [查看摘要][在线阅读][下载 1625K]
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• 求解非齐次方程的直线积分边界元法研究

  卢云杉;王桥;周伟;常晓林;陈辉煌;

  边界元法作为求解偏微分方程的重要数值方法之一，仅对计算边界划分网格，在热传导问题、力学问题和电磁问题等领域得到了极大的发展。然而，边界元法在求解非齐次方程(如泊松方程）时，得到的积分方程包含域内积分项，若直接计算域积分，需要对求解域划分体网格，背离了传统边界元法仅对计算边界划定网格的基本原则。为了更好地解决这一问题，提出了一种只需要划分边界单元来计算域内积分的边界单元法——直线积分边界元法，该方法在传统边界元法的基础上，最终可将非齐次项导致的域内积分转换为相互平行的直线上的积分，避免了划分域内网格。同时，可以通过背景网格将积分直线分段，提高计算效率。通过与解析解的对比可知，该方法计算结果与解析解吻合良好。

  2025年04期 v.58;No.337 525-530页 [查看摘要][在线阅读][下载 1309K]
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• 基于人口和土地利用变化的伊犁河流域洪水灾害风险评估

  张敏杰;付湘;王纲胜;

  为探究洪水灾害风险的时空分布特征，基于伊犁河流域的自然特征和社会特点，从致灾因子危险性、承灾体暴露性、承灾体脆弱性这3个方面构建洪水灾害风险评估指标体系。基于3种降雨情景及2种人口和土地利用类型情景，评估对应情景下的洪水灾害风险，深入探讨人口和土地利用类型变化下区域洪灾风险的时空演变趋势。研究分别对区域内2022年和2050年的洪水灾害风险进行评估，结果表明：相比于2022年，2050年的人口和耕地面积显著增长，不断向伊犁河流域西北部扩大；在100 a一遇的降雨情景下，2022年洪灾高风险地区占比为1.80%；与2022年相比，2050年在降雨分别为多年平均、20 a一遇、100 a一遇的情景下，高风险地区占比分别增加了4.92%、5.05%和5.71%；随着人口和耕地面积的增加，3种降雨情景下伊宁县、巩留县及新源县等地区的洪灾高风险区均显著增加。研究揭示了人口和土地利用变化对洪灾风险评估的影响，为制定有效的洪水防控策略提供了科学依据。

  2025年04期 v.58;No.337 531-540页 [查看摘要][在线阅读][下载 1872K]
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• 黄河尾闾河段大堤溃、冲决风险分布特征

  杜小康;张辛;王玉霞;窦身堂;毕乃双;王开荣;

  为了全面认识黄河尾闾河段大堤决口风险，基于1976—2017年利津—清7河段汛后实测断面资料和利津站流量资料，计算了敏感度、危害度和易损度指标，评估了黄河尾闾河段大堤溃决和冲决风险。结果表明：溃、冲决风险相对较高的时段主要为1976—1980年以及1986—2001年;利津以下10～51 km溃决风险较明显，右岸溃决风险的持续时间和风险等级均大于左岸，在该河段可采用有计划地破除生产堤、利用调水调沙加强滩槽之间的水沙交换等措施来缓解二级悬河的不利态势；利津以下11、46 km处左岸以及14、27、53、60 km处右岸冲决风险较为突出，均在弯曲度较大河段的凹岸一侧；若河势发生较大变化，冲决风险的沿程分布以及河道工程的防守位置也需进行相应调整。

  2025年04期 v.58;No.337 541-550页 [查看摘要][在线阅读][下载 2371K]
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• 分期导流围堰束窄水流三维数值模拟

  张雪敏;彭杨;罗诗琦;张志鸿;

  针对围堰束窄河道复杂的水流流态，建立了基于Fluent的三维水流数学模型以模拟玻璃水槽中概化的分期导流围堰束窄水流运动。在利用试验资料对模型进行验证的基础上，模拟分析了不同束窄度下围堰附近的水流结构和紊动特性。结果显示，围堰进口附近水流呈现明显的三维特性：进口附近纵横向水位差较大，水流发生偏转和下潜，横向上有环流产生；下游水流发生分离，围堰一侧形成回流，且槽底附近回流范围小于水面；紊动能主要分布在束窄段靠近围堰一侧、水槽底部、下游回流区以及主、回流区交界面附近；随着束窄度的增加，围堰进口附近纵横向水位差、环流强度、下游回流范围以及紊动能的强度和影响范围均逐渐增大。该研究结果可为分期导流围堰工程设计提供参考。

  2025年04期 v.58;No.337 551-561页 [查看摘要][在线阅读][下载 2493K]
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• 工程高温和加载速率下花岗岩力学损伤演化研究

  鲍先凯;张晓凡;时睦涵;于超云;王舒锐;郑文翔;

  为探究温度与加载速率下花岗岩力学损伤演化特性，对取自西藏山南地区某隧道花岗岩进行单轴压缩试验，采用声发射设备监测岩样加载损伤破坏过程，结合声发射振铃计数、振铃能量、损伤变量和关联维数对花岗岩损伤演化特性进行研究，结果表明：1）相同加载速率、不同工程高温条件下，花岗岩峰值强度和弹性模量变化规律性不强，相同温度、不同加载速率条件下，峰值强度和弹性模量在0.010 mm/s的加载速率下变化最为显著；2）在0.010 mm/s加载速率下，不同温度的花岗岩破坏以张拉破坏为主，其振铃计数和振铃能量演化曲线均经历了平静期、增长期、快速增长期和快速衰落期，各阶段振铃计数（或能量）及累计振铃数（或累计能量）演化特征存在较大差别；3）不同阶段的损伤量占比可以定量反映出花岗岩各时期的损伤破坏情况,平静期的损伤占比基本为0，随温度的升高，增长期的损伤占比由0.78降低到0.03，快速增长期的损伤占比由0.21增长到0.86;4）不同温度下花岗岩声发射参数关联维数曲线总体经历了“上升-突降-持续下降”或者“突降-持续下降”的变化趋势，在破坏失稳前，关联维数值降到最低，关联维数持续下降是花岗岩失稳破坏的前兆，可为岩体失稳破坏的研究提供参考。

  2025年04期 v.58;No.337 562-573页 [查看摘要][在线阅读][下载 2349K]
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土木建筑工程

• 加筋式重力挡土墙主动土压力极限分析上限解

  方薇;张万东兴;王亮亮;王艺伟;刘恬;

  针对水平柔性拉筋和重力墙组合成的一体式加筋重力墙开展了基于直线滑动模式的墙背主动土压力上限分析，研究了加筋式重力墙这一新型支护结构的工作特性。结果表明：构建的模型可综合考虑非水平填土面、非竖直墙背、粗糙墙-土界面、土表荷载等复杂因素的影响；临界破裂角与墙背倾角、填土内摩擦角、筋材极限拉力呈正相关，而与填土倾角、外摩擦角、土表荷载、筋材布置间距呈负相关。主动土压力大小与墙背倾角、填土倾角、填土重度、土表荷载、筋材竖向布置间距呈正相关，与填土内摩擦角、外摩擦角、筋材极限拉力呈负相关；加筋重力墙中筋材的存在使主动极限平衡状态下的滑裂角增大，进而大幅降低了主动土压力。综合考虑效费比与施工因素，筋材竖向布置间距宜取0.4～0.6 m。

  2025年04期 v.58;No.337 574-582页 [查看摘要][在线阅读][下载 1295K]
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• 新型主副拱协作Y形钢箱拱桥力学性能研究

  黄骞;邬晓光;李明辉;陈其达;

  泾河大桥是国内首例主副拱协作Y形钢箱肋拱桥的创新实践。以泾河大桥为背景，研究了新型空间Y形薄壁钢箱肋拱桥的创新设计方法及流程，并对主副拱肋、吊杆、主梁及主副拱连接肋进行了详细创新设计，阐述了结构分析过程及荷载情况。运用有限元分析软件MIDAS/CIVIL和MIDAS/FEA对桥梁进行了静动力学及局部受力分析。结果表明：主梁最大拉压应力均出现在主梁3L/8(L为计算跨径)位置；拱肋最大拉应力出现在主副拱连接肋主拱端，最大压应力出现在单拱侧1/4拱肋位置；桥跨两端索力较大，位于跨中的吊杆索力比较均匀，与双拱肋段相比，单拱肋段的吊杆索力略小，最大索力分布在短吊杆区。由于拱肋造型呈空间Y形，结构竖向变形较为特殊，拱肋最大竖向变形产生位置并不在跨中，而是在3L/8及5L/8附近，变形趋势近似于W形。Y形薄壁钢箱肋拱桥以挠曲振动为主，具有较好的抗扭转稳定性。

  2025年04期 v.58;No.337 583-591页 [查看摘要][在线阅读][下载 1652K]
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• 地震波斜入射超高水头船闸闸室地震反应分析

  刘力侨;曹周红;李贤;苏颖;陈文杰;袁澳;

  基于黏弹性边界地震动输入方法，采用ABAQUS软件结合编制程序模拟平面SV波和P波不同斜入射角度，研究超高水头船闸闸室位移、应力及塑性损伤等地震反应。结果表明：SV波斜入射下同侧闸墙各点的相对位移极值随入射角度变化反应规律趋于一致；P波斜入射下同侧闸墙各点和左、右闸墙同高程点的相对位移极值大小、主应力极值大小随入射角度增大总体呈先增后减趋势；闸墙临水侧损伤因子沿高程变化整体呈类M形，近波侧闸墙受拉损伤更为严重；SV波斜入射下左、右闸墙拉应力和受拉损伤最大值分别出现在入射角15°、35°，P波斜入射下近波侧闸墙拉应力和受拉损伤最大值出现在入射角45°，应重点关注相对高度为0.20、0.65附近区域的受拉损伤情况。

  2025年04期 v.58;No.337 592-602页 [查看摘要][在线阅读][下载 2684K]
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• 基于超声波透射法的珊瑚混凝土凝结过程研究

  龙士国;李日进;刘玉彬;徐继同;陈劲杰;

  珊瑚混凝土早期凝结过程对其施工性能及后期力学性能的影响极大。通过超声波透射法研究了珊瑚骨料取代率、矿物掺合料对珊瑚混凝土早期凝结过程的影响。利用幅值比、幅值比变化率和波速变化率分别对珊瑚混凝土初、终凝时间进行表征，并将其结果与贯入阻力法实测的初、终凝时间进行相关性分析，比较不同声波参数表征珊瑚混凝土初、终凝时间的准确度。结果表明：幅值比和幅值比变化率能够准确表征珊瑚混凝土初、终凝时间，其结果的准确度比波速变化率更高，可为今后精准、方便地测定混凝土初、终凝时间提供新的有效超声波参数。

  2025年04期 v.58;No.337 603-611页 [查看摘要][在线阅读][下载 1864K]
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动力与机械工程

• 长时低热流环境喷雾冷却换热特性研究

  赵福云;黄昕之;李斌;汪维伟;张宏亮;张春雨;

  为了揭示长时低热流环境喷雾冷却系统的换热特性，首先搭建了循环喷雾冷却试验台，利用CFD(computational fluid dynamics)仿真技术构建了三维传热模型；然后基于实验和模拟数据，分析了低热流密度下壁面温度和液膜的分布情况；最后探讨了喷雾高度、压力、表面张力和接触角等参数对喷雾冷却换热特性的影响规律。结果表明：当传热稳定时，待冷却壁面温度和液膜厚度均由圆心沿径向逐渐增高；随着喷雾高度降低和压力增大，表面温度会逐渐降低，表面换热系数增大，均温性变好，高度变化对喷雾冷却强化换热效果的影响更大；在去离子水中加入Tween20表面活性剂可以强化喷雾冷却换热性能，表面活性剂不存在最佳浓度，浓度越高，表面张力和接触角越小，换热性能越好。

  2025年04期 v.58;No.337 612-620页 [查看摘要][在线阅读][下载 1826K]
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• 风场下舰载系留无人机系统的非线性特性研究

  李亚泽;张素侠;刘洪德;

  以舰载系留无人机系统为研究对象，考虑舰船垂荡运动，研究了舰船垂荡和外部风场共同作用下系留无人机系统的动力学响应。将无人机运动简化为系留缆绳上端边界条件、舰船垂荡简化为系统的垂向激励，对均匀风场与舰船垂荡运动下系留无人机系统的动力学响应进行数值分析。研究结果表明：在均匀风场作用下，当垂荡频率为0.25 Hz时，系留无人机系统中缆绳产生松弛-张紧的现象，此时系留无人机的庞加莱截面图上出现了成片且具有层次结构的密集点，无人机处于混沌的非线性运动状态。最后通过模型实验验证了本文理论计算方法的正确性，表明了研究结果的可靠性。研究结果可为系留无人机系统在舰船上的安全运行提供理论参考。

  2025年04期 v.58;No.337 621-626页 [查看摘要][在线阅读][下载 1512K]
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• 高压电缆火灾风险建模研究

  付涵;艾永恒;仇龙;涂京;刘志雄;

  随着城网中高压电缆使用量的日益增多，人们对供电部门保障电缆安全运行和事故预防的能力提出了更高要求。为提高电缆火灾预警能力，提出一种综合考虑电缆现行运行数据与历史健康状况的火灾风险隐患评价分析方法。在分析电缆内因火灾引燃机理的基础上，建立高压电缆火灾风险隐患评价集，并选取电缆运行状态参数、历史健康状况及电缆敷设方式构建电缆火灾风险隐患评价指标。依据相应运行规程构建评价指标的劣化度函数，并运用岭形分布函数作为分析火灾风险隐患等级的隶属函数，进而建立高压电缆火灾风险评价模型。以某220 kV高压电缆发生火灾前的数据验证模型的可行性。分析表明，所构建的模型可为运维人员分析电缆火灾风险隐患提供参考。

  2025年04期 v.58;No.337 627-634页 [查看摘要][在线阅读][下载 1138K]
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• 平面内齿轮包络鼓形蜗杆传动热弹流润滑特性分析

  李金宽;柳在鑫;李军民;张敬孜;廖鸿辉;

  为了掌握平面内齿轮包络鼓形蜗杆传动共轭齿对在啮合传动过程中的热弹流润滑特性，在其啮合理论和弹性流体动力润滑理论的基础上，利用多重网格技术对传动副的线接触热弹流润滑问题进行了数值求解，得到了传动副的油膜厚度、油膜压力和润滑膜温升等热弹流润滑性能参数，研究了法向模数、基圆半径及母平面倾角等主要设计参数对热弹流润滑特性的影响规律。分析结果表明：平面内齿轮包络环面蜗杆传动啮出处的热弹流润滑特性优于啮入处；油膜厚度和油膜压力随基圆半径和法向模数的增大而增大，随母平面倾角的增大而减小；润滑膜温升随法向模数的增大而增大，随基圆半径和母平面倾角的增大而减小。法向模数每增加0.25 mm，油膜厚度和润滑膜温升分别平均增加2.16%和36.87%；基圆半径每增加2 mm，油膜厚度平均增加2.42%，润滑膜温升平均降低4.10%；母平面倾角每增加1°，油膜厚度和润滑膜温升分别平均减小0.15%和0.75%。

  2025年04期 v.58;No.337 635-646页 [查看摘要][在线阅读][下载 2181K]
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信息技术

• 大规模LoRa传感网的退避算法优化

  陈小莉;陶智威;魏权;

  针对LoRa(long range)节点通信速率低且节点数量大导致大规模LoRa传感网中碰撞现象严重的问题，提出一种机制简单、执行高效的基于碰撞统计的自适应退避算法。该算法基于对节点上传数据时所经历碰撞次数的统计结果，判断信道竞争状态，并针对初始竞争窗口和重传过程中的竞争窗口采取不同的更新策略。LoRa节点根据历史碰撞次数自适应地选取初始竞争窗口；在重传阶段，根据历史碰撞次数，以不同的倍增系数加大重传竞争窗口，且在其他节点完成发送并退出信道竞争时及时减小重传竞争窗口。OPNET仿真结果表明，相较于传统退避算法，该自适应退避算法平均丢包量减少约40.7%，平均重传次数减少约28.3%，平均吞吐量提高约10.3%，说明该算法通过更合理的竞争窗口更新策略，降低了大规模LoRa传感网中碰撞发生的概率，提升了信道利用率。

  2025年04期 v.58;No.337 647-653页 [查看摘要][在线阅读][下载 1394K]
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• 融合交通网信息的电力信息物理系统故障抵御方法

  黄诗岩;张庚;江昊;朱劼;

  电动汽车数量的爆发式增长对当前电力信息物理系统的稳定运行造成了一定冲击。考虑到交通网的电气化，提出一种融合交通网信息的电力信息物理系统故障抵御方法。分别建立了基于潮流信息的电网模型、基于充电信息的交通网模型和基于监测控制信息的电力信息网，并描述了电网、交通网与电力信息网间的信息传输和控制决策过程，以完成系统模型构建。提出两步式故障抵御策略：先通过切除负荷保障电网安全稳定运行，再基于切负荷量控制充电站充电输出功率，削弱充电负荷时空分布的不确定性。应用实际场景定量推演出在系统模型故障时，通过对电网、交通网的信息监测与故障抵御过程后系统状态判定来验证所提出方法的有效性。结果显示，该方法能有效降低电动汽车充电负荷在电力信息物理系统故障抵御过程中的损失成本。

  2025年04期 v.58;No.337 654-664页 [查看摘要][在线阅读][下载 1649K]
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• 基于结构纹理分解的深度图超分辨率重建

  唐思远;孙涛;付柏;殷杰;张国荣;

  彩色图像引导的深度图超分辨率重建能有效解决深度相机采集深度图时分辨率低和无效空洞的问题。然而，由于彩色图和深度图的结构不一致性，此类方法容易产生纹理转移伪影。针对此问题，提出了基于结构纹理分解的加权最小二乘（structure texture decomposition based weighted least square,STDWLS）深度超分辨率重建算法。该方法首先使用原深度图引导彩色图片结构纹理分解得到结构图，随后使用加权最小二乘优化框架来同时建模深度图上采样和空洞填充问题，并对有效深度值和空洞区域分别构建相应的惩罚函数。具体而言，对于有效深度值，该方法结合静态的结构图和动态更新的深度值计算引导权重；对于空洞，该方法仅使用结构图计算引导权重，并加入边缘自适应窗口来防止深度图边缘模糊。实验结果表明，STDWLS算法能够同时完成深度图上采样和空洞填充任务，有效抑制了纹理转移伪影，提高了深度图重建的精确度与表面结构相似度。

  2025年04期 v.58;No.337 665-676页 [查看摘要][在线阅读][下载 1937K]
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• 基于变分模态分解和集成深度学习的短期风速预测

  王鑫鑫;凌薇;艾学轶;

  针对风速具有强烈的非线性、非平稳性与随机性导致风速预测准确性受到极大考验的问题，提出一种基于变分模态分解和集成深度学习融合的短期风速预测模型。该模型利用鲸鱼群算法（whale optimization algorithm,WOA）优化选择变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）参数，实现风速信号的最优自适应分解。计算各子序列的样本熵（sample entropy,SE），并引入熵值法构建组合预测模型，对复杂度较高的分量采用TCN(temporal convolutional network)模型进行预测，其余分量采用Informer模型进行预测。最后将各分量预测结果叠加即可得到最终的风速预测值。实验结果表明，基于WOA-VMD-Informer-TCN的短期风速预测模型能够有效提高短期风速预报的精度。

  2025年04期 v.58;No.337 677-686页 [查看摘要][在线阅读][下载 1967K]
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