水利水电工程

• 基于PLUS模型的长江流域土地利用变化模拟与多情景预测

  牛统莉;熊立华;陈杰;周研来;尹家波;刘德地;

  长江流域作为我国重要的生态-经济发展地区，科学合理地调控土地利用变化对实现其生态、经济协调发展至关重要。基于斑块生成土地利用变化模拟（patch-generating land use simulation,PLUS）模型，综合考虑自然因素和社会经济因素，选取20个驱动因子分析了长江流域1985—2020年35 a间土地利用时空变化格局及其驱动力，并设定惯性发展、耕地保护和生态优先3种情景，对2050年长江流域土地利用进行模拟分析，以满足流域不同发展目标导向下的国土空间优化配置。结果表明：1）长江流域主要土地利用类型为林地、耕地和草地，占流域面积的95%以上，1985—2020年，建设用地面积持续增长，耕地、草地面积不断减少；建设用地单一、土地利用动态度最高为13.29%,1995—2000年综合土地利用动态度最高达0.62%;2)PLUS模型对1985—2020年长江流域各类用地扩张驱动力分析均方根误差(root mean square error,RMSE)均低于0.15，模拟效果较好，其中建设用地扩张的最主要驱动因素为距乡镇距离与距火车站距离，以社会经济因素为主；3)PLUS模型在长江流域适用性强，不同时间步长、不同土地数量预测模型设定下，模型总体精度均高于92%,Kappa系数均高于0.88;4)3种情景下，建设用地扩张趋势依次为73.56%、7.37%、70.99%；耕地保护情景可有效约束建设用地扩张，生态优先情景可明显增加水域等生态用地。因此，落实耕地保护、生态优先政策以优化土地利用结构、提高土地利用效率对长江流域土地资源高效利用和生态环境的优化具有重要意义。

  2024年02期 v.57;No.323 129-141+151页 [查看摘要][在线阅读][下载 2223K]
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• 地震及地震降雨耦合作用下边坡的稳定性分析

  叶志程;杨溢;

  以某工程边坡为背景，运用GEOSTUDIO软件进行建模，对地震条件下及地震和降雨耦合条件下的边坡稳定性进行分析，得出以下结论：在地震工况下边坡高程对坡面位移、速度、加速度峰值有着放大效应，最小平均安全系数法和永久位移法在评价边坡稳定性时均存在一定的经验性，将两者结合起来进行分析更能提高判断的准确性。在地震烈度为8度和降雨耦合工况下边坡处于破坏失稳状态，分析得出以下结论：总降雨量相同，短历时强降雨初始安全系数最小，在经历地震作用后最小平均安全系数也最小，相对的下降幅度却最低，长历时弱降雨的安全系数下降幅度会更大。

  2024年02期 v.57;No.323 142-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 1690K]
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• 基于贝叶斯网络推理的大坝风险评估

  唐贤琪;施玉群;杨海云;陈泽钦;何金平;

  大坝风险评估对大坝风险控制和安全管理具有重要意义。贝叶斯网络作为不确定性表达和概率推理的工具，是大坝风险评估的有效手段。以贝叶斯网络方法为基础，以某水电站大坝为工程实例，结合工程特性和运行环境，通过对该大坝风险因素的识别和风险因素关联性的确定，构建大坝风险评估的贝叶斯网络；然后以专家知识和工程经验为依据，确定各风险因素之间的关联程度，在此基础上利用贝叶斯网络正向推理功能推求该水电站大坝安全的总风险，并基于风险标准对该大坝安全风险进行评估，利用贝叶斯网络逆向推理功能计算各风险因素的重要度，以确定出威胁大坝安全的关键风险因素，为该大坝风险管理提供决策支持。此推理模型的应用为大坝风险评估提供了一条新的有效途径。

  2024年02期 v.57;No.323 152-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 1070K]
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• 含1组离散裂隙的岩体力学特性及破裂特征研究

  黄丹;宋文超;李小青;严伟政;

  岩石中裂隙分布对岩石的宏-微观力学性质和微裂纹的发育演化规律具有重要影响。研究含有1组裂隙岩体的单轴压缩强度、起裂强度、损伤强度等岩体宏观力学参数，研究含有1组裂隙岩体的微裂纹发育数量和演化分布规律，揭示裂隙岩体在压缩作用下裂纹扩展的细观力学响应机制。表征单元体的尺寸是裂隙平均迹长的数倍，综合考虑岩石模型、裂隙分布和计算能力，选取裂隙岩体的计算范围为15 m×15 m。研究结果表明：裂隙的倾角、迹长都对裂隙岩体的宏观力学特性存在重要影响；只含有第1组、第2组裂隙的岩体存在明显的脆性特征，峰值强度较高，脆性破坏最终形成清晰的宏观裂纹，破坏带清晰；只含有第3组裂隙的岩体和包含3组裂隙的岩体存在明显的塑性特征，塑性破坏的剪切带不如脆性破坏清晰，模型呈多点粉碎性破坏；同时包含3组裂隙的岩体模型的特征与只含有第3组裂隙的岩体模型特征相近，说明第3组裂隙对岩体的影响最大。

  2024年02期 v.57;No.323 159-168页 [查看摘要][在线阅读][下载 2111K]
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土木建筑工程

• 不同拼接位置的钢桁梁桥整体节点受力性能分析

  方淑君;张利勇;聂念从;徐新桐;莫芸非;

  以某108 m钢桁梁桥为工程背景，采用有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立全桥模型，与施工中的实测数据进行对比；采用有限元软件ANSYS建立上弦杆整体节点A5模型并与实测数据相比，验证了模型的准确性。研究了拼接位置分别为3、3.98、6 m的整体节点的受力性能，结果表明：整体节点体系变形最大的位置发生在拼接缝处，拼接位置越靠近整体节点，拼接板的受力和变形越小。研究结果可为工程设计及实践提供指导。

  2024年02期 v.57;No.323 169-177页 [查看摘要][在线阅读][下载 1518K]
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• 武汉沿江地区超长灌注桩承载性状试验研究

  王金玺;唐红;许将;

  为研究武汉沿江地区大直径超长灌注桩的承载变形特性，结合武汉“长江之门”大厦现场静载荷试验，对该项目3根桩径为1 200 mm、桩长为57.5 m的钻孔灌注桩试验数据进行了分析。结果表明：3根桩的荷载-沉降（Q-s）曲线均为陡降型，极限承载力为40 000 kN，桩顶沉降主要由桩身压缩（占比在90%以上）产生；在砂土层中，桩侧注浆减小了极限侧摩阻力发挥所需的桩土相对位移；在岩层中，微小的相对位移量即会使桩侧摩阻力达到极限值；试桩的桩端阻力与桩端位移关系曲线表现为加工硬化的双折线模型，在极限荷载作用下试桩表现为摩擦型桩特性；桩端阻力并未充分发挥，在承载力计算时桩端阻力应乘以相应的系数。试验结果为本项目工程桩设计提供资料的同时，也可为该地区类似桩基工程提供理论和实践参考。

  2024年02期 v.57;No.323 178-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1610K]
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• 淤泥质粉质黏土地层泥水盾构开挖面稳定模型试验研究

  贾宝新;史怀月;高宗贤;

  依托广州珠三角城际琶洲支线化龙站-莲花站右线盾构隧道工程背景，通过建立室内相似试验模型研究盾构在含水量较大的砂质软弱土层中的施工开挖面稳定问题。当盾构在砂质土层施工中造成开挖面失稳时，地层会出现土拱效应，使得地表对开挖面主动破坏影响存在滞后效应，但对于含水量较高的砂质土层，较高水头会产生一定超孔隙水压力和渗流作用从而减弱土体强度，削弱土拱效应。对于含水量较高的砂质土层，虽然水的存在使砂质土有一定的自稳性，但其只是使变形滞后，并不能减小支护压力；盾构覆土深度越浅注浆压力浮动范围越大，对地表扰动越大。通过模型试验可确定泥浆压力的安全范围和刀盘转速，可为实际工程施工提供参考。

  2024年02期 v.57;No.323 187-193页 [查看摘要][在线阅读][下载 1188K]
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电气工程

• ±800 kV特高压多端混合直流频率限制器及参数整定

  喻文翔;樊友平;王子江;

  针对异步联网运行后，高水电占比多直流外送云南电网面临的频率失稳风险，采用直流频率限制器（frequency limit controller,FLC）进行故障调频提高系统频率稳定性。分析了FLC对送端电网系统频率稳定性的提升作用机理，提出了反向频差复归模型的控制逻辑和参数整定方法。为提高FLC的调制效果，通过控制变量仿真分析各环节不同参数对FLC性能的影响，得到±800 kV特高压多端混合直流FLC参数的建议值，即频率死区为0.15 Hz，输出限幅值分别为+20%和-50%，比例环节系数为30，积分环节系数为22.2。采用BPA(Bonneville Power Administration)仿真分析有无FLC功能下的系统响应情况，验证了所提FLC配置方案对提高系统频率稳定性的有效性。可为特高压多端混合直流工程相关调制功能的定值整定提供重要参考和指导。

  2024年02期 v.57;No.323 194-200页 [查看摘要][在线阅读][下载 1275K]
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• 基于双神经网络自学习的IPMSM自抗扰控制

  李明阳;贾红云;陈卓;

  内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）矢量伺服控制系统采用的比例积分（proportional integral,PI）调节器存在抗扰性能差、稳态精度低、跟踪参考信号难以达到理想的控制效果等问题，考虑到自抗扰控制具有参数适应性广、鲁棒性强等优点，结合神经网络强大的自学习和自适应能力，提出双神经网络自学习的改进自抗扰控制器。基于位置误差和转速误差构建目标函数，分别利用径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络和误差反向传播（back propagation,BP）神经网络对非线性扩张状态观测器（nonlinear extended state observer,NLESO）和非线性状态误差反馈（nonlinear state error feedback, NLSEF）中的参数进行在线整定。仿真实验表明：通过RBF和BP神经网络对自抗扰控制器中关键参数进行实时整定可以找出最优控制量，该控制策略具有更好的位置、转速跟踪效果，且抗负载扰动能力和自适应能力更强。

  2024年02期 v.57;No.323 201-208页 [查看摘要][在线阅读][下载 1200K]
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• 基于SVD-DTCWT的局部放电信号提取方法

  马星河;张颖;许丹;张登奎;朱昊哲;

  针对局部放电（partial discharge,PD）信号易埋没在噪声中难以提取的问题，提出一种基于奇异值分解(singular value decomposition, SVD）和双树复小波变换(dual-tree complex wavelet transform, DTCWT）的降噪方法。该方法首先使用基于K-means聚类算法的奇异值分解抑制窄带干扰，然后对重构信号进行双树复小波多尺度变换，利用改进阈值函数对实部树、虚部树产生的每层小波系数和最高层的尺度系数分别进行处理，最后经过双树复小波逆变换得到去噪后的PD信号。仿真和实验结果表明：该方法能有效抑制白噪声和窄带干扰，去噪后的信号波形相似度高。

  2024年02期 v.57;No.323 209-216页 [查看摘要][在线阅读][下载 1479K]
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• β-Ga_2O_3/4H-SiC异质结界面的结构和电子性质

  王佳琳;师俊杰;彭彦军;周泽民;周雄;桂庆忠;郭宇铮;

  利用第一性原理计算，系统性地研究了β-Ga_2O_3/4H-SiC异质结界面的结构和电子性质。利用满足电子计数规则的成键模型，构建了具有粗糙度小和带隙干净的绝缘界面，Si-O键在该界面的化学键中占主导地位。计算结果表明：对于β-Ga_2O_3和4H-SiC而言，利用杂化泛函计算得到的带隙分别为4.7 eV和3.35 eV，与实验值吻合较好；对于β-Ga_2O_3/4H-SiC异质结界面，该界面表现出半导体特性，其直接带隙为0.46 eV；同时，β-Ga_2O_3与4H-SiC形成Ⅱ型能带对齐，计算得到的价带偏移为1.72 eV，导带偏移为0.18 eV。所得结果对设计基于β-Ga_2O_3和4HSiC的电子器件具有重要意义。

  2024年02期 v.57;No.323 217-222页 [查看摘要][在线阅读][下载 1401K]
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• 10 kV配电网带电断接空载电缆连接引线作业方法模拟研究

  李真娣;韩世军;张金鹏;吴培涛;宋珊珊;

  以带电断、接空载电缆连接引线作业这一最具特点的10 kV电力电缆不停电作业项目作为典型，分析在该作业过程中出现暂态操作过电压、过电流的机理，利用ATP-EMTP(alternative transient program-electromagnetic transient program)软件建立不同操作条件下10 kV配电网的仿真模型，计算带电断、接架空线路与空载电缆连接引线操作中暂态和稳态的电气特征量，进一步分析带电断、接架空线路与空载电缆连接引线的可推广性，并提出安全规程和风险防控重点，最后利用虚拟现实技术对其作业过程进行模拟，验证了此操作要求的可行性和安全性，为10kV带电断、接空载电缆连接引线作业项目的开展提供了理论依据，为进一步提升配电网带电作业化率奠定基础。

  2024年02期 v.57;No.323 223-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 1146K]
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动力与机械工程

• 汽轮机组功率振荡的关键影响因素仿真研究

  文立斌;胡弘;李俊;孙艳;张翌晖;

  识别触发功率振荡的因素是抑制功率振荡的前提，结合实际需求，建立了适用于多工况仿真的火电机组改进模型，能够有效地对故障场景进行模拟复现和诊断分析。结合负阻尼机理，对调速系统几种典型故障模式以及主要的元件参数触发汽轮机功率振荡进行了理论分析，并利用所建立的模型对各个参数进行了较大幅度的摄动仿真试验，仿真分析了不同故障模式触发机组功率振荡的现象。结果表明，所建立的模型在反映热力系统和调节系统动态特性及对机组功率响应的影响中具有更好的仿真效果；不同故障模式下功率振荡频率等参数亦存在差异，对于查找引发功率振荡的主要因素具有参考价值。

  2024年02期 v.57;No.323 231-240页 [查看摘要][在线阅读][下载 2043K]
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• 基于干扰观测器的变刚度驱动器复合跟踪控制

  孙剑韬;刘雅伦;陈启航;江明隆;郭朝;

  变刚度驱动器(variable stiffness actuator,VSA)是发展新一代柔性机器人的核心技术之一，由于其模型存在参数不确定性和外部干扰等原因，针对其控制器的设计仍面临着挑战。为解决该问题，提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的复合控制方法，用于实现模型扰动下的VSA刚度与位置控制。与现有针对VSA的非线性控制方法相比，基于干扰观测器的复合跟踪控制方法的最显著优势在于引入了一种新的建模方法用于分析VSA在模型参数不确定、外部干扰和弹性形变等复杂摄动时的动力学；提出一种基于反馈线性化和NDOB的复合控制方法以提高驱动器跟踪精度、增加驱动器针对不确定因素时的鲁棒性。仿真和物理样机试验均验证了所提控制方法的有效性。

  2024年02期 v.57;No.323 241-253页 [查看摘要][在线阅读][下载 1727K]
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• 双磁源磁性液体密封装置的压力特性实验研究

  程杰;李正贵;李望旭;李新锐;龚佳成;

  密封结构优化设计一直是磁性液体密封的研究热点。首先设计了一种新型双磁源磁性液体密封装置，然后利用电磁学原理构建了该密封装置的磁路模型，得到了该结构的间隙、极齿宽度、极齿高度、极齿槽宽度和永磁体轴向宽度的磁路和耐压方程，接着进行试验验证。研究结果表明：随着间隙的增加，密封压力呈递减的指数变化；随着极齿宽度和极齿槽宽度的增加，密封压力都呈开口向下的抛物线变化，分别在1.5、4.5 mm处取得极大值；随着极齿高度的增加，密封压力呈线性递减变化，但是极齿高度较小时，理论密封压力较大，极齿处存在漏磁，实际密封效果可能不佳，所以建议极齿高度不能取值太小。本装置的总压力相对于仅有轴向极齿的装置增大了约50%，密封能力显著提高。

  2024年02期 v.57;No.323 254-260页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K]
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