水利水电工程

• 水-岩物理化学作用下刚度软化的约束-松弛算法与应用

  石中岳;王一凡;徐青;陈胜宏;

  水库蓄水后，水-岩物理化学作用对库盆岩体的宏观力学参数产生劣化效应，进而以滑坡及谷幅收缩等形式影响大坝的安全。首先总结了宏观力学参数劣化下谷幅收缩的研究成果，继而提出了考虑刚度软化的约束-松弛算法，并将其应用于溪洛渡工程谷幅收缩的研究中，计算结果与监测值吻合良好。研究成果表明：谷幅收缩内因是岩体的强度软化与刚度软化特性，外因主要是地应力与地下水作用，所提出的约束-松弛算法能很好地考虑刚度软化作用。

  2023年03期 v.56;No.312 257-263页 [查看摘要][在线阅读][下载 1005K]
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• 清江流域近60 a日降水特征变化分析

  向怡衡;沈铁元;殷志远;彭涛;

  基于清江流域11台站1961—2020年期间逐日降水数据，按小雨、中雨、大雨、暴雨降水强度分类，采用线性趋势分析、突变检验等方法分析了各类降水频率、贡献率的变化趋势及其对清江流域降水变化的影响。结果表明：1）近60 a来，清江流域年降水量主要受大雨频率的影响；2）年降水量、年降水日数分别以3.0 mm/（10 a）、0.96 d/(10 a)的速率下降，其中中雨贡献率下降趋势最大,夏季降水量、降水日数及各等级降水贡献率、频率均呈上升趋势，其中暴雨贡献率上升趋势最大；3）春、秋季降水量在20世纪70年代后期突变为下降趋势，二者突变的内在因素分别是暴雨频率和大雨频率的突变；4）降水量、降水日数在高于流域平均海拔区域呈明显下降趋势，二者分别主要受暴雨雨量变化、小雨日数变化的影响。

  2023年03期 v.56;No.312 264-273页 [查看摘要][在线阅读][下载 1596K]
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• 库区边坡堆积体变形及稳定研究

  徐青;周祥森;王一凡;邹德兵;丁刚;

  以下汤章库首右岸边坡堆积体为例，采用三维弹黏塑性有限单元法研究边坡变形和抗滑稳定问题。结果表明：该边坡堆积体满足抗滑稳定要求，但变形偏大；变形的内因是堆积体变性模量较小，外因是库水位变化以及暴雨等外部环境改变；边坡堆积体不同方向的周期性大变形造成其上民房开裂。因此，需加强水库运行管理，控制库水位上升或下降的速度，尽可能避免或减小外部环境发生剧烈变化；进一步的抗滑稳定加固措施必要性不大。

  2023年03期 v.56;No.312 274-280页 [查看摘要][在线阅读][下载 1093K]
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• BCC-CPSv3-S2Sv2模式对中国区域降水和气温预测的性能评价

  杨露;陈杰;孔若杉;李威;林倩;陈华;

  利用北京气候中心第3代气候模式预测业务系统的第2代次季节至季节预测子系统（Beijing Climate Centerclimate prediction system version 3-subseasonal to seasonal version 2, BCC-CPSv3-S2Sv2）模式发布的次季节至季节（sub-seasonal to seasonal, S2S）回算数据，从确定性预报和概率性预报这2方面对该模式降水和气温的预测性能进行系统评价，并与上一代北京气候中心第2代气候模式预测业务系统的第1代次季节至季节预测子系统（Beijing Climate Center-climate prediction system version 2-subseasonal to seasonal version 1, BCC-CPSv2-S2Sv1）模式和欧洲中期天气预报中心综合预报系统（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts-integrated forecasting system, ECMWF-IFS）模式预测结果的表现对比，研究现有模式较上一代在预测表现方面是否有所提升，且其是否达到国际先进水平。结果表明：现有模式整体预测效果优于上一代，但差于ECMWF-IFS模式。在提前1周时，现有模式对降水和气温的预测技巧有明显改进，但在提前3、4周时，预测效果仍较差，降水预测相关系数的平均值在提前4周时为0.11。BCC-CPSv3-S2Sv2春季降水预测对青藏高原中部地区在各个起报时间始终有较好的预测效果，相关系数均大于0.4。此外，现有模式冬季降水预测表现与ECMWF-IFS模式相近。对于气温预测，提前4周时其在西北、华北部分区域的预测技巧比提前3周、甚至2周更高，表明模式能较好把握S2S尺度上气温预测的可预报性来源。从概率预报的表现来看，现有模式降水和气温预测的欠离散问题更突出，但均值误差变小。此外，现有模式降水预测对负异常事件的预测表现更好。

  2023年03期 v.56;No.312 281-295页 [查看摘要][在线阅读][下载 1791K]
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• 大清河流域水系分形及连通性研究

  李秋梅;杨建英;吴海龙;李锐锋;

  以雄安新区所处流域——大清河流域水系为研究对象，基于ArcGIS水文模块对全流域的数字高程模型(digital elevation model, DEM)进行水系提取，并结合谷歌地球（Google Earth）高分辨率影像和大清河流域防洪工程矢量图对其进行叠加与修正。运用分形理论和景观生态学理论，研究分析了大清河流域水系分形和水系结构连通性，以及引江引黄主支干道人工水系修建对流域水系分形和连通性的提升作用。结果表明：引江引黄主支干道人工水系使大清河流域及各分区的水系分维值增大，水系连通性提升，在一定程度上影响了水系的发育程度和水系形态结构。计算得到大清河流域的水系分维值为1.056 3，剔除引江引黄主支干道人工水系后自然水系的分维值为1.052 2，说明大清河流域水系处于侵蚀发育的幼年期，河网密度较小，主要表现为河流的下切侵蚀。研究结果可为大清河流域和雄安新区水系合理规划与建设提供基础理论依据。

  2023年03期 v.56;No.312 296-303页 [查看摘要][在线阅读][下载 1120K]
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土木建筑工程

• BFRP管约束超高性能混凝土受压应力-应变关系试验研究

  陈景;曾彦钦;徐礼华;梁旭宇;

  为研究玄武岩纤维增强复合材料（basalt fiber reinforced polymer,BFRP）管约束超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC）受压应力-应变关系，对12根约束UHPC试件和4根无约束UHPC试件进行了单轴受压试验，分析了BFRP管约束UHPC的破坏形态和应力-应变全曲线特征，以及BFRP管壁厚度、钢纤维掺量对应力-应变全曲线的影响规律。结果表明：随着管壁厚度的增加，UHPC的极限强度和极限应变均有所增大，且呈现出线性增长趋势；掺入钢纤维可以提高无约束UHPC试件的极限强度和极限应变，但在BFRP管约束作用下钢纤维的增强作用会有所减弱。建立的BFRP管约束UHPC极限状态模型和应力-应变全曲线方程可为BFRP管约束UHPC的工程设计及应用提供参考。

  2023年03期 v.56;No.312 304-313页 [查看摘要][在线阅读][下载 1187K]
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• 冻融循环作用下连续密级配沥青混合料损伤本构关系研究

  李萍;赵军林;念腾飞;王小波;

  为研究季节性冻土区连续密级配沥青混合料的应力-应变关系以及冻融损伤问题，基于应变等价原理和Weibull分布建立了考虑冻融作用沥青混合料的损伤本构关系。采用冻融循环条件下沥青混合料的单轴压缩试验，分析了冻融循环作用对沥青混合料力学特性的影响，并验证了损伤本构关系的合理性。结果表明，随着冻融循环次数的增加，沥青混合料的力学性能逐渐降低，冻融损伤变量逐渐增大；掺入橡胶粉和苯乙烯（styrenic block copolymers,SBS)可有效提高沥青混合的抗冻性能；所建立的本构模型能够较好地反映冻融作用下连续密级配沥青混合料的应力-应变关系；指数函数能够描述冻融损伤变量的变化规律，为分析冻融作用下沥青混合料的损伤破坏提供了新方法。

  2023年03期 v.56;No.312 314-321页 [查看摘要][在线阅读][下载 1086K]
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• 基于变异函数模型的钢桥面防腐层施工质量评价

  王智涵;汪西华;黄运林;钱振东;

  为评价钢桥面防腐层施工质量，针对车载抛丸设备、手推式抛丸机、人工打磨除锈工艺随机选择6组10 cm×10 cm区域检测粗糙度，分析了3种除锈工艺粗糙度指标的数学特征与施工质量的变异性；针对全断面机械喷涂与人工滚涂工艺，分别检测车载抛丸设备除锈后的桥面板基面喷涂面上覆盖16 m×27 m区域共9×10个点的漆膜厚度，基于变异函数模型研究了2种喷涂工艺的变异特征，通过球状模型拟合得到变程、块金值、基台值等参数，从横向与纵向着重分析了机械喷涂面漆膜厚度的空间分布规律。结果表明，车载抛丸设备施工的粗糙度检测数据全部合格，手推式抛丸施工的粗糙度检测合格率为93.3%，人工打磨的粗糙度合格率仅为66.7%；车载抛丸设备施工的粗糙度变异系数值都稳定在平均值附近，其施工波动性最小；全断面机械喷涂施工的基台值为307.95、365.39，小于人工滚涂的540.89、373.42，机械喷涂工艺的总变异性小于人工滚涂；机械喷涂面漆膜厚度的分布具有各向异性。建议在钢桥面防腐层施工中增大车载抛丸设备与全断面机械喷涂设备的使用比例，尤其注意搭接处抛丸与喷涂质量的控制。

  2023年03期 v.56;No.312 322-328页 [查看摘要][在线阅读][下载 964K]
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• 基于UMT-SPA法的TBM选型和适应性评价

  万鹏飞;顾伟红;翟强;

  研究了隧道掘进机（tunnel boring machine,TBM）适应性评价指标的选取，对TBM地质适应性评价进行了分析。进行TBM定量化选型对提高TBM的掘进效率、控制TBM施工风险有着重要的意义。选取对TBM类型较为敏感的7个指标构建评价指标体系，并进行了等级划分。运用乘法将层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和熵权法(entropy weight,EW)归一化确定综合权重，构建了各指标的单指标隶属度函数，并计算出各指标的综合测度评价向量；为了优化未确知测度置信度识别准则，引进集对分析关联系数定量给出了各类型TBM适应性等级，通过比较分析发现均达到TBM选型的目的。对3个TBM隧道进行适应性评价和选型，选型结果与实际项目选型结果一致，说明该模型可以作为TBM选型的一种依据。

  2023年03期 v.56;No.312 329-336页 [查看摘要][在线阅读][下载 1021K]
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动力与机械工程

• 井架攀爬机器人的设计与仿真

  吕志忠;汪维杰;葛亮;冯文荣;姚茂江;陈广;

  针对石油井架的工作环境，设计了一种井架爬行机器人，以代替人工完成井架攀爬和检测任务。首先，通过工作需求确定了机器人的结构；其次，根据D-H(Diffie-Hellman)参数法求解了机器人机械臂转动以及越障的运动学方程，采用蒙特卡洛法计算得到机器臂的运动空间；最后，利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)仿真得到攀爬机器人在静止检测时机械臂转动对履带车吸附稳定性的影响以及越障过程中电永磁吸附足的稳定性。研究结果表明，该井架攀爬机器人可以在井架上稳定工作，且速度快于同类爬行机器人，最大拖动负载为21 kg。在机械臂旋俯仰及旋转过程中，履带车质心的波动幅值均小于0.1 mm。越障过程中，前端电永磁吸附足均不会发生侧滑、倾覆以及下滑等现象。

  2023年03期 v.56;No.312 337-346页 [查看摘要][在线阅读][下载 1188K]
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• 基于PointNet的车身分割方法

  阮剑;朱连海;胡三宝;

  多视图参数化重构方法对车身拓扑优化结果进行重构时需将车身分割为多个独立部分，以达到分割后拓扑优化车身各部分可独立进行重构的目的。对以车身点云作为输入的分割方法进行研究，采用深度学习理论对PointNet网络框架进行改进，根据车身拓扑优化结果，基于多视图参数化重构方法将车身分割为多个部分并赋予标签，并使用CAD(computer aided design)制作及点云增强操作得到车身分割点云数据集，通过梯度下降算法对网络模型进行训练。最终，车身分割网络模型在车身点云测试集中的准确率为87.7%。

  2023年03期 v.56;No.312 347-352页 [查看摘要][在线阅读][下载 1009K]
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• LNIP改进算法及其在材料形貌分类中的应用研究

  梁纬;逯洋;孙卓;朱丽娜;

  针对LNIP(local neighborhood intensity pattern)纹理特征提取算法在旋转、尺度变化方面存在的不足，提出了一种LNIP改进算法RSILNIP(rotation and scale invariant LNIP)。首先，同化邻域信息之间的特征以提高其旋转不变性；其次，采用统一编码的方式降低特征提取维度；然后，提取多尺度特征并进行选择，从而增强其尺度不变性；最后，采用并联方式合并特征。将改进算法与同类算法在公共数据集Outex和材料扫描电镜图像数据集SEMdataset上进行分类精度测试，得到改进算法的分类精度分别达到96.76%和98.26%，说明改进算法在图像分类和材料形貌归类上有较好的工程应用价值。

  2023年03期 v.56;No.312 353-361页 [查看摘要][在线阅读][下载 1067K]
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计算机技术及应用

• 基于博弈人工蜂群算法的多目标车间调度研究

  裴小兵;王诗慧;

  针对作业车间调度问题，以最大完工时间最小、机器的总空闲时间最小以及任务总延迟时间最小为目标，提出了博弈人工蜂群算法来求解多目标作业车间调度模型。为优化种群质量，应用改进的人工蜂群算法，通过设计交叉、变异以及局部搜索机制对种群进行不断优化；然后，通过博弈理论，使3个优化目标之间的博弈策略组成最优组合，从而获得子博弈精炼纳什均衡，求得问题的最优解；最后，进行了基准算例的仿真实验，并与其他算法进行比较，结果验证了所提算法的有效性。

  2023年03期 v.56;No.312 362-370页 [查看摘要][在线阅读][下载 982K]
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• 基于图神经网络的物联网僵尸网络检测

  邓毓川;江昊;吴静;罗威;

  提出一种基于图神经网络的物联网僵尸网络检测方法。首先，利用网络流数据将网络建模为节点不带特征而边带特征的图；然后，利用图神经网络，根据图中边的特征迭代学习通信拓扑图中各节点的向量表示；最后，根据得到的向量表示对节点进行分类，以此检测网络中被攻击者利用的僵尸主机。学习节点表示时，所提方法同时考虑了网络流特征和网络通信拓扑，并且明确考虑了图中边的方向。此外，所提方法是归纳式的，因此能够适应网络的动态变化，也难以被攻击者绕开。在2个公开数据集上的实验结果表明，所提方法在训练时能快速收敛，且相比于无法利用网络通信拓扑结构信息的模型，所提方法的Micro-F1分数更高。相比其他方法，所提方法更易于推广到训练时未见过的数据上。

  2023年03期 v.56;No.312 371-378页 [查看摘要][在线阅读][下载 1053K]
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• 基于神经网络和遗传算法的PID参数自整定算法

  符占元;专祥涛;

  针对常规PID(proportional-integral-derivative)参数整定过程依赖被控对象的数学模型、不能灵活得到期望的性能指标等问题，提出了一种基于神经网络和遗传算法的PID参数自整定算法。该算法首先通过训练神经网络得到PID控制器参数和控制性能指标之间的映射关系；再利用遗传算法进行最优解搜索，得到全局范围内一组最优的控制器参数，使得给定的基于时域性能指标的目标函数值最优；最后，以水箱液位系统为例对所提算法进行实验验证。实验结果表明，与传统的ZN (Ziegler Nichols)参数整定法相比，所提算法整定的参数具有了更好的控制效果，同时可以通过改变目标函数中的性能指标权重系数，灵活得到不同期望的控制效果。

  2023年03期 v.56;No.312 379-386页 [查看摘要][在线阅读][下载 1213K]
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