最新刊期
2022 年 第 54 卷 5 期
- 摘要：新能源的快速发展为电力和化工行业带来了机遇和挑战，一方面，由于可再生能源电力消纳问题导致大量的弃水、弃光等能源浪费；另一方面，以绿氢为原料替代碳基化石能源合成氨，可以极大地减少化工行业的碳排放。因此，利用水力、光伏等可再生能源电解水制氢，为合成氨提供绿色原料，可显著提升可再生能源消纳能力，降低能耗与碳排放，服务国家“碳达峰、碳中和”目标。然而，可再生能源电力电量的波动性难以适配传统合成氨生产过程对平稳性的要求，大规模可再生能源电解水制氢合成氨的设计与运行依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究，以突破适应可再生能源波动特性的大规模电解水制氢合成氨系统的集成与调控关键技术。对此，本文首先讨论了可再生能源电解水制氢合成氨的工艺过程及拓扑结构，包括电解水制氢工段、压缩缓冲工段、化工合成氨工段，进而探讨该系统建设的关键技术体系，包括可再生能源波动条件下的合成氨多稳态工艺优化和柔性调控技术、考虑“电–热–质”耦合的大规模电解水制氢系统的模块化集成和集群动态控制技术、计及可再生能源波动性与化工多稳态特性的“源—网—氢—氨”的全系统协同控制技术、计及电、氢、氨等要素的全方位安全防护与市场运营机制。具体内容有：针对适用于柔性生产的合成氨工艺优化及多工段协同调控技术，在考虑氢储供量与催化剂性能下，综合合成塔、压缩机、气体分离、换热网络等子系统构建合成氨高保真代理模型；提出可再生能源供给和市场需求波动下，充分考虑操作安全性和过程经济性的电解水制氢合成氨各子系统的适配方案与协同控制技术。针对大规模电解水制氢系统模块化集成和集群动态控制技术，基于奇异摄动和代理模型技术研究集群系统多时间尺度时域仿真方法，构建电解集群系统多物理耦合状态空间模型；综合考虑模块启停组合调度、模块间功率分配调度及模块自身灵活调节，计及安全运行区间及电热气接口特性约束，以提高氢产量、提升能量利用效率、改善水光电源消纳和跟踪电网调峰调频指令为目标，构建集群系统多目标分层调度与控制模型。针对氢能参与电网平衡调节的全系统协同控制技术，提出水光互补发电、制氢、储氢、合成氨、储氨多工段间稳态运行特性的多工段间灵活运行方法，以及电解水制氢合成氨系统柔性动态协同控制方法；构建静态等值和参数聚合等方法降维和等值制氢合成氨系统仿真模型，提出源网氢氨协同提升系统安全稳定性的优化控制方法和技术指标；结合电网调频和调峰特性，研究电解水制氢合成氨系统参与电力辅助服务的策略。建设大规模可再生能源电解水制氢合成氨系统，有望提高可再生能源本地消纳率和并网调度友好性，降低化工碳排放，具有显著社会效益和战略意义。关键词：氢能;合成氨;绿氢;绿氨;可再生能源;波动性
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发布时间：2024-01-10
聚焦国家重点研发计划
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坡面植被覆盖度对泥沙输移的影响特性 AI导读
摘要：植被恢复是黄土高原产沙大幅减小的重要原因之一。为探究坡面植被覆盖度对泥沙输移的影响，采用理论分析和野外小区试验相结合的方法，分析了植被覆盖度与坡面输沙率之间的关系。基于Einstein泥沙运动理论，从泥沙运动的角度对坡面泥沙颗粒的运动过程进行理论分析，建立了坡面相对输沙率与植被覆盖度间的关系式；通过野外径流冲刷试验对该关系式予以验证，试验共设置6个流量级（流量范围在0.14～1.40 L·s–1之间，分别为0.14、0.28、0.56、0.83、1.11、1.40 L·s–1）、8个植被覆盖度（0、20%、30%、40%、50%、60%、80%、100%），共48组试验。结果表明：计算值较实测值整体偏大，大流量条件下计算值与实测值吻合较好，小流量条件下计算值与实测值有一定的偏差。综合理论与试验分析可知：植被对输沙能力的影响与植被覆盖度、植被株径和泥沙粒径有关；在相同的坡面地形及植被覆盖度条件下，株径较小的植被比株径较大的植被更有利于减沙；同一种植被，在泥沙粒径较粗的地区减沙效果更为明显，只需达到一个较小的覆盖度，便可以开始发挥有效的减沙效益；在植被覆盖度较低时，发挥有效减沙效果的覆盖度阈值由坡面泥沙粒径和植被株径决定。关键词：黄土高原;植被覆盖度;坡面水流;输沙率;有效减沙阈值- 484
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发布时间：2024-01-10 -
热循环影响的细粒致密花岗岩力学特性试验 AI导读
摘要：深部岩土工程常常面临复杂的变温环境，研究岩石力学特性热循环效应对于评估储层与围岩稳定性及合理利用岩石材料至关重要。对于细粒致密花岗岩地热储层，其力学特性关系到能源高效开采及工程安全问题。因此，本文对花岗岩试样开展了热循环试验、单轴压缩试验和光学显微镜观测试验，以研究其破坏特征、力学参数变化，以及细粒致密结构对花岗岩力学特性影响机制。结果表明：岩石的破坏特征与力学性质随着热循环温度和次数的变化趋势与其结构紧密相关，热循环上限温度升高能够提高花岗岩力学性质随着热循环劣化的敏感性。对于细粒致密结构的花岗岩，其单轴抗压强度与弹性模量随着热循环上限温度和循环次数增加而逐渐降低；热循环次数超过10以后，单轴抗压强度降低速率变得缓慢；300 ℃以内热循环不会改变细粒致密花岗岩脆性破坏特征。通过显微观测分析表明，热循环能显著促进花岗岩裂纹扩展，在从室温（20 ℃）到上限温度300 ℃热循环20次后，其线性裂纹密度为1.69 mm–1，是热循环1次时的1.5倍；由于结构细粒致密，约束了花岗岩矿物颗粒的膨胀压密效应，造成热应力诱发的裂纹萌生与扩展演化作用占据优势，进而宏观力学参数随着相应线性裂纹密度呈现非线性降低。研究对于变温环境下深部岩土工程力学问题相关探索具有一定基础参考价值。关键词：深部岩石力学;细粒致密花岗岩;地热开发;微裂纹;热循环- 469
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：真三轴仪是研究复杂应力状态下土体力学特性的理想仪器，但如何保持加载结构与土体之间无摩擦力且3个方向无干扰加载是真三轴仪研制的技术瓶颈。本文针对“刚柔复合型”真三轴仪中刚性加载板与试样之间的双向摩擦力问题，基于土体与加载板之间“整体接触变为分散式接触，滑动摩擦变为滚动摩擦”的减摩新方法，研制了土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板。详细介绍了该装置的结构原理和细部构造，通过大型直剪试验和数值计算论证了分散式接触代替整体式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦的减摩措施效果。结果表明：1）试样与加载板之间的摩擦系数低至0.023，与传统减摩方法相比，摩擦系数可降低90%以上；2）与整体式接触相比，分散式接触可使试样3个方向的应力和变形更为均匀，并较大程度地降低试样与加载板之间的摩擦力；3）采用分散式滑块相互搭接并预留间隙方法满足随试样同步变形，实现了大变形条件（竖向最大变形量90 mm，应变达15%）下真三轴试验的三向无干扰独立加载。土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的成功研制，有效消除了试样与加载板之间的界面摩阻力，使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形，又实现了大变形条件下三向加载互不干扰，破解了真三轴仪研制中的关键技术难题。关键词：双向微摩擦荷载传力板;真三轴试验;摩擦系数;三向无干扰加载
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：为研究地震作用下非膨胀型防火涂料的破损机理，进行一缩尺钢框架模型的地震振动台试验，观测地震作用下，钢梁和钢柱的防火涂料破坏特征和脱落位置，获得钢框架结构在地震作用下的层间位移角、梁端和柱端应变数据，分析层间位移角、应变与防火涂料脱落的关系；基于ABAQUS通用有限元软件，采用弹塑性损伤本构模型，分析在地震作用下，防火涂料的损伤和脱落行为；对钢柱构件和整体钢结构中梁、柱和节点等位置防火涂料脱落行为和机理进行数值分析，并与试验结果进行对比。结果表明：1）梁柱腹板位置总体未发生脱落，防火涂料脱落集中在梁柱节点区域，特别是临近节点区域及梁上翼缘位置；2）由地震作用下结构梁柱应变可知，钢材屈服应变部位几乎与涂料脱落部位一致；钢材应变超过屈服应变或层间位移角超过1/150，涂料开始脱落；3）采用弹塑性损伤本构模型的数值模拟分析方法，能合理地分析防火涂料脱落行为，涂料等效塑性应变分布、脱落位置与钢材等效塑性应变及Mises应力分布基本一致，即钢材等效塑性应变和Mises应力较大的位置，防火涂料易发生脱落；涂料等效塑性应变对涂料脱落有较大影响，非膨胀型防火涂料脱落时，等效塑性破坏应变可取值0.002。研究成果可直接应用于大跨钢框架结构的防火涂料设计。关键词：钢框架结构;地震作用;缩尺模型;防火涂料;破损机理
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：针对混凝土拱坝变形机理的复杂性与测值的高度非线性，提出了一种融合残差有效成分的混凝土拱坝变形预测组合模型，解释大坝变形性能。鉴于统计模型无法有效联系筑坝材料性能演变对大坝变形的影响，结合有限元方法计算水压分量，构建混合模型；考虑到混合模型残差序列的混沌与周期性特征，采用极限学习机（ELM）模型和季节性差分自回归积分滑动平均模型（SARIMA），分别对高频与低频信号进行逐一建模预测；考虑到ELM模型参数对模型预测性能的影响，结合具有良好全局搜索能力的粒子群算法（PSO），对其参数寻优，构建了适应于高频信号处理的优化ELM模型；将高低频信号的预测结果与混合模型建模结果叠加，构建混凝土拱坝变形组合预测模型。以某混凝土拱坝为例，通过建立该大坝的3维有限元数值模型，计算位移拱冠梁上的典型测点PLA1、PLA2水压分量，在构建混合模型的基础上，运用组合模型对典型测点的残差序列变化规律进行剖析与预测。分析结果表明：相比于统计模型、混合模型及基于EEMD–PSO–ELM模型，本文所建组合模型的拟合与预测能力更优，有效验证了所建模型的合理性与可行性；同时，该组合模型具有出色的非线性信息挖掘与建模预测能力，可为大坝变形监测数据分析与预测提供技术支撑。关键词：混凝土拱坝;变形监控;混合模型;组合模型
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：溃坝后果严重程度综合评价是大坝风险评价与风险管理的重要组成部分。针对传统溃坝后果综合评价中人为主观设定指标权重固定不变，以及评价指标值与评价等级标准隶属过程中存在不相容等问题，基于现有法律法规以及行业规范，选取生命损失、经济损失、社会影响和环境影响为溃坝后果综合评价指标，采用变权理论对评价指标常权权重进行修正，利用集对分析能有效处理系统不确定性的特点和可拓学处理不相容性问题的优势，构建基于变权集对–可拓耦合的综合评价模型。通过集对分析的同、异、反划分可拓集合的论域进而确定可拓联系隶属度，结合评价指标变权权重计算集成可拓联系隶属度，进而按最大集成可拓联系隶属度原则确定评价等级。将该模型应用于江西省5座水库溃坝后果综合评价中。结果显示：1）指数型激励性状态变权向量对5座水库溃坝后果综合评价中各个较差的评价指标进行了一定程度上的激励，增大了其权重值，突出了较差指标在综合评价中的地位，避免了较差指标的消极作用被较好指标掩盖；2）5座水库溃坝后果综合评价等级与其他多种评价模型计算出的评价等级基本吻合，且离散程度最高、区分度更好，显示了所提出的模型具有良好的实用性，为溃坝后果综合评价提供了一种新方法。关键词：溃坝后果;综合评价;变权权重;集对–可拓耦合
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：消滩水力指标一般是指某船舶在额定载重、额定主机功率条件下能够自航上滩的最大航线流速和坡降的组合，是判定船舶能否自航上滩的临界水流条件，是急滩整治效果分析的参照依据。分析现有确定急滩消滩水力指标的方法存在的缺陷，指出了现有综合消滩水力指标表达式存在的关键参数选择不合理、影响因子与主变量的关系不明确等不足。基于水流阻力与流速、坡降阻力与坡降的基本关系，依据船舶推力与航行阻力平衡的基本原理，从克服现有消滩水力指标计算和表达等不足的角度出发，导出了无因次消滩水力指标传统表达式和预估公式。应用澜沧江500 t级船舶静水航速实船试验结果，获得了螺旋桨实际转速与额定转速之比随进速系数的变化规律，计算消滩水力指标时，螺旋桨转速不宜取额定转速。结果表明，兹万科夫公式计算的水流阻力与船舶推力存在较为明显的偏差。绘制了阻力修正系数随船舶弗劳德数的修正曲线，指出兹万科夫水流阻力计算公式需根据实船试验结果进行适当修正。分析计算了澜沧江多种机动船型的消滩水力指标，检验了无因次消滩水力指标传统表达式的合理性，证明采用无因次项的抛物线描述消滩水力指标中流速、坡降的关系甚为恰当。基于因次分析原理，通过澜沧江多种机动船消滩水力指标的数值回归分析，建立了无因次消滩水力指标预估公式，该公式明显提高了消滩水力指标的计算效率。关键词：消滩水力指标;无因次功载比;实船试验;螺旋桨转速比;修正函数;机动船;预估公式
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：耐碱玻璃纤维具有良好的受力性能，且经济性及耐久性较好，将其掺入水泥基复合材料中，可以取得较好的增强效果，故而工程应用前景较为广泛。为了研究耐碱玻璃纤维增强工程用水泥基复合材料（耐碱玻璃纤维ECC）的抗压性能及受压应力–应变关系，本文对33组高性能水泥基材料的试件进行了轴压性能试验，分析了纤维掺量、纤维长度及水灰比对耐碱玻璃纤维ECC的受压性能及受压应力–应变关系的影响，并提出耐碱玻璃纤维ECC受压应力–应变关系的计算模型。结果表明：掺入耐碱玻璃纤维可以明显改善水泥基材料在单轴受压状态下的抗裂、受力和变形性能；耐碱玻璃纤维ECC试件抗压强度和变形能力的提升程度与纤维掺量、纤维长度及水灰比有关；随着纤维掺量和长度增加，耐碱玻璃纤维ECC试件的抗压强度和变形能力大致呈递增趋势，但掺量过多会因“团聚”现象明显，导致试件抗压强度降低；水灰比主要影响试件的抗压强度，水灰比越大，抗压强度越小；当纤维质量掺量为6.5%，纤维长度为18 mm，水灰比为0.32时，耐碱玻璃纤维ECC的综合力学性能相对较优，相比对比试件，其抗压强度和变形能力分别可提升25.6%和88.0%；本文提出的耐碱玻璃纤维ECC受压应力–应变关系模型的计算值与试验值吻合较好，可用于描述其受压破坏全过程。关键词：耐碱玻璃纤维;工程用水泥基复合材料（ECC）;应力–应变关系;抗压强度
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：为研究镍铁渣–黏土–水泥（FNSCC）改性土的力学特性，开展不同镍铁渣掺入比、含水率及养护时间下，FNSCC改性土不固结不排水三轴压缩试验，获得了不同工况下FNSCC改性土试样的应力–应变关系曲线及割线弹性模量，分析了其力学特性影响机理及破坏模式；基于试验结果，建立了适用于FNSCC改性土的修正邓肯–张本构模型。结果表明：FNSCC改性土的应力–应变曲线具有明显的应变软化特征；其峰值强度随含水率的增加先增大后减小，含水率约为15%的试样，鼓胀破坏特别明显；镍铁渣掺入比减小，FNSCC改性土峰值强度增大，随镍铁渣掺入比的增大，试样的破坏模式由鼓胀破坏向剪切破坏转变；随着养护时间增长，改性土试样破坏模式由鼓胀变形等塑性破坏向局部张裂等脆性破坏转变。FNSCC改性土的割线弹性模量随轴向应变增加而减小，轴向应变小于2%时，镍铁渣掺入比、含水率及养护时间对割线弹性模量的影响较大；当轴向应变大于2%，各因素对割线弹性模量的影响很小。修正的邓肯–张模型能较好地反映FNSCC改性土的应变软化现象；该模型中，参数m、n及Ɩ与围压近似呈线性关系，模型参数m受FNSCC改性土配比的影响最大，养护时间次之，含水率最小；由修正邓肯–张模型计算得到的曲线与实测曲线吻合较好，验证了该模型拟合参数的合理性。关键词：镍铁渣;三轴试验;应变软化;破坏模式;修正邓肯–张模型
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：土–结构物接触面力学特性是岩土工程领域研究的重点与热点问题之一，揭示其机理有利于促进对桩基础、挡土墙等结构物承载性能的认识。本文采用自主设计研发的注浆设备和室内后注浆试验方法，对3种注浆量和4种加、卸荷工况下，共计28组注浆和未注浆大型接触面进行直剪试验，分析不同加、卸荷工况对注浆砂土–混凝土接触面力学特性和剪切影响范围的影响。结果表明：注浆可逐渐消除加卸荷产生的接触面初始剪切模量和剪切应力差异。未注浆接触面未出现软化；注浆接触面呈现软化现象，并且软化出现在剪切法向应力较小的卸荷接触面剪切过程中。后注浆主要通过提高接触面等效黏聚力，改善接触面力学特性，对接触面等效内摩擦角无明显影响。同一注浆量下，浆液对无卸荷工况接触面等效黏聚力的改善效果优于卸荷工况；卸荷工况的接触面剪切影响范围略大于无卸荷工况；加卸荷和注浆工况下，接触面剪切影响范围与接触面峰值剪切应力呈正相关。同一剪切法向应力下，注入浆液，通过压密注浆形成浆块，增大接触面混凝土板的粗糙度，改善卸荷接触面剪切特性；通过浆液渗透形成浆土混合体，对无卸荷接触面处土体特性进行改善。研究成果可为实际工程中桩基工程后注浆提供指导。关键词：接触面;卸荷;剪切带;力学特性;注浆
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蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能 AI导读
摘要：为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏，本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点，并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验，分析各框架试件有限元模型和试验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等，研究蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对节点框架滞回性能的影响。结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满，具有良好的耗能能力；等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度，可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力；蜂窝式耗能环阵列法向厚度从H型钢梁腹板厚度增加到3倍H型钢梁腹板厚度时，蜂窝式梁柱框架试件的耗能能力显著提高。蜂窝式梁柱框架试件试验中蜂窝式耗能单元的破坏位置与蜂窝式梁柱框架试件有限元模型中应力分布较大的位置几乎完全吻合，符合实际情况。相较于传统钢结构梁柱抗震节点，蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点将梁柱焊缝处的脆性破坏转化为梁上特定位置的破坏，充分转移梁柱节点焊缝处的应力，蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝，能够有效实现塑性铰外移。蜂窝式可替换塑性铰节点有效减少梁柱节点焊缝开裂现象，降低钢结构在大震下发生焊缝开裂而倒塌的几率，易于模块化工厂加工，显著提高施工效率，便于消防管道、电缆等设施的转向和穿线。关键词：梁柱节点框架;塑性铰;蜂窝式耗能环;耗能能力- 539
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动态循环加载下花岗岩孔渗参数演化规律 AI导读
摘要：动态扰动促进地下岩体的内部裂纹发育，改变岩体的有效应力、渗透率及孔隙率。为此，开展了动态循环加载下致密花岗岩孔隙率、渗透率及有效应力系数（Biot’s系数）演化规律及影响机理研究。首先，针对致密花岗岩开展了考虑不同扰动因素（轴向静压、力振幅、频率及循环次数）的动态循环加载试验；之后，测试了不同扰动因素动态加载后的花岗岩孔隙率和渗透率，利用Cross-plotting法分析了不同动态扰动因素对花岗岩Biot’s系数的影响。结果表明：1）动态循环加载促进了花岗岩内部裂纹扩展，增加了孔隙占比及渗流通道，弱化了作用于花岗岩骨架颗粒上的有效应力，导致花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率增加。2）随着应力水平（轴向静压和力振幅之和）的增加，花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率的变化存在明显的应力门槛值，即65%UCS～70%UCS（UCS表示单轴抗压强度），超过门槛值后三者的增加速度迅速增加；随频率的增加，由于蠕变累积损伤逐渐减小，花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率逐渐减小；随循环次数的增加，三者呈现线性增加的趋势。3）基于相关性分析和理论推导分别建立了动态循环加载后花岗岩Biot’s系数和渗透率的经验预测模型，且模型的预测结果与试验结果具有较好的一致性。研究结果有助于理解动态扰动对岩体孔隙率、渗透率及Biot’s系数等参数的影响，为确定动态扰动后花岗岩地层有效应力系数和渗透率提供一个参考。关键词：动态循环加载;有效应力系数;渗透率;孔隙率;预测模型- 364
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：风作用下雪粒会发生漂移、沉积现象，进而对结构周边区域产生不利影响。对于相邻开口结构，结构四周风致积雪分布规律较为复杂且无规范可循。因此，分别以单独和相邻开口拱形屋面结构为研究对象，进行了风致积雪分布风洞试验研究，探讨了洞口方位对单独拱形结构表面及周边积雪分布的影响，结构间距和相对角度对两模型间积雪分布规律的影响。以风洞试验数据为依据，通过整体区域粒子的分形特性对比，定量分析了风致积雪漂移这种随机波动的外在紊乱运动。结果表明：洞口的存在极大程度地影响了拱形结构周边积雪分布情况。拱形屋面迎风边缘角部积雪完全侵蚀，产生马蹄状旋涡，结构背风侧积雪发生蠕移运动，呈波纹形式变化；当洞口位于侧立面时，结构周边的雪压分布较为有利；两模型间的风致积雪漂移运动并不是单独模型风雪作用的简单叠加，两开口模型间距越小，模型间积雪沉积越严重；两模型洞口角度为30°时，结构稳定性最为不利。通过粒子覆盖区域的分形特性分析得出，洞口方位比相对角度会更大程度影响结构周边积雪分布形态；洞口位于侧立面时中轴线、纵向轴线的积雪粗糙程度最小；相对角度为60°时，粒子粗糙度最大，但其局部最大雪深系数要低于30°，因此设计中应避免上述两种排列方式。关键词：开口拱形结构;积雪分布;风洞试验;雪深系数;分形维数
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：水库群实时调度能结合有效的水文预报信息对水库在实时运行层面权衡防洪与兴利效益具有指导意义。然而，水文预报信息的利用面临着不可规避的不确定性问题，故水库群实时调度运行需要考虑风险控制方法的研究。本文针对耦合水文预报的水库群汛期运行水位动态控制问题，提出了可考虑各水库不同预见期长度、不同预报精度的两阶段风险率计算方法，并将其应用于构建水库群汛期运行水位动态控制模型。首先，两阶段风险率是将未来调度时段按预见期节点分为预见期以内和预见期以外两个阶段，预见期以内考虑径流预报不确定性带来的风险，采用集合预报思想统计多组预报径流情景在预见期以内的失事概率；预见期以外考虑因预见期末水位过高难于应对后续洪水的潜在风险，根据历史设计洪水的调洪演算试算风险率。其次，基于所提出的两阶段风险率方法构建以发电量最大为目标函数的水库群汛期运行水位动态控制模型。将该方法应用于汉江流域5库群系统，其研究结果表明：1）提出的两阶段风险率计算方法可兼顾考虑实时调度阶段由径流不确定性引起的预见期以内、预见期以外的潜在风险；2）相比于常规调度方案，优化调度模型方案在2020年实测夏汛期径流情景下提高了库群系统发电量为2.30×108 kW·h。因此，基于两阶段风险分析构建的水库群优化调度模型，可求解得出的水库群系统库容动态最优决策过程，且该优化调度模型可在不增加汛期防洪风险的基础上提高水库群系统的发电效益。关键词：两阶段分析方法;水库群;汛期运行水位;防洪风险;汉江流域
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：在中国西部地震危险性较高的地区，建造了许多高墩大跨度的预应力混凝土连续刚构桥。高墩大跨度刚构桥一般采用悬臂施工技术，但因施工周期较长，可能在建设期中遭受地震。为探究强震下处于悬臂施工阶段的刚构桥主梁及桥墩可能发生的震害，以经历汶川地震考验的庙子坪大桥为研究对象，建立最大悬臂T构、边跨合龙后非对称单悬臂T构及成桥连续刚构阶段3种结构体系，模拟悬臂施工静定—单次超静定—多次超静定的转换过程；选取桥址附近台站实测的汶川强震动记录进行时程分析；结合成桥阶段庙子坪大桥的实际震害研究结果，对比强震下3种体系主梁应力及桥墩内力。结果表明：与成桥阶段相比，强震下，处于最大悬臂阶段的墩梁固结处顶板、腹板容易开裂，但其他大部分位置不易开裂；处于边跨合龙阶段的边跨合龙段处顶板和底板、边跨1/5～2/5区域腹板及墩梁固结处顶板和腹板的应力均较大，都容易开裂，但中跨反而不易开裂；虽然两个施工阶段桥墩中高位置处纵桥向弯矩是成桥阶段的两倍以上，但不易开裂；墩顶、墩底易开裂，与成桥反应一致；建议施工期的A类连续刚构桥抗震重要性系数取0.76。研究结果可为地震时，采用悬臂施工技术建造高墩大跨度刚构桥提供参考。关键词：高墩大跨度刚构桥;地震反应;箱梁开裂;最大悬臂状态;桥墩开裂
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：弯曲河道水沙动力特性较顺直河道更加复杂，洪水流量与来沙条件变化改变弯道河床冲淤演变规律，影响漫滩洪水各项特性。本文开展了弯曲河道水槽模型试验，测量了不同水沙条件下弯道水面超高、河床地形、弯道水位和滩槽纵向流速，探究了水沙条件变化对弯曲河道河床冲淤演变和漫滩洪水特性的影响。对比了兰运长公式、张红武公式和毛佩郁公式对弯道水面横向超高的计算结果，发现兰运长公式具有更高的计算精度，该公式能更好地预测河床冲淤稳定后弯道最大水面超高。水流未漫滩时，泥沙补给变化对河床冲淤演变的影响较小，这是因为大部分补给泥沙沉积在上游顺直河段或被输运至弯道下游，仅有少量补给泥沙淤积在弯曲河段。洪水漫滩后，更多上游补给泥沙被输运至弯曲河段淤高河床。随着泥沙补给增大，弯曲河道主槽泥沙淤积量增大，河床小幅淤高，但对弯道水位和边滩流速的影响较小；洪水流量增大后，弯道水位和边滩水流流速显著增加；这表明洪水流量是影响弯道水位与边滩水流流速的主要因素，上游泥沙补给则是次要因素。对于洪水漫滩工况，90°弯道凹岸中断面附近（30°～60°）边滩水流流速相对弯道主槽和上游来流流速显著增大，其流速最大值出现在弯道50°断面，约为上游来流流速的1.3倍。研究成果对弯曲河道防洪减灾有重要意义。关键词：弯曲河道;水面超高;漫滩洪水;河床演变
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发布时间：2024-01-10
水利与土木工程
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预切缝对滚刀破岩裂纹扩展的影响规律研究 AI导读
摘要：针对硬岩地质条件下传统滚刀破岩出现贯入度低、磨损严重和破岩效率低等问题，许多新型辅助破岩方法被提出，如通过激光、水射流等非接触式破岩方法在岩石上制造预切缝来辅助滚刀破岩。为了明晰预切缝条件下滚刀破岩机理，采用颗粒离散元方法建立预切缝在滚刀侧面（侧置式）和滚刀前面（前置式）两种辅助破岩仿真模型，探究了预切缝深度和间距对滚刀破岩裂纹拓展的影响规律。研究结果表明：1）侧置式辅助破岩模型中，预切缝主要影响裂纹的拓展，诱导破岩过程中侧向裂纹向预切缝底端扩展；前置式辅助破岩模型中，预切缝主要影响裂纹的萌生起裂，在贯入初期只产生侧向裂纹，并促使侧向裂纹向两侧扩展。2）滚刀垂直力和裂纹数量均随着预切缝深度的增加而减小，但滚刀垂直力随着刀间距的增大而增大，裂纹数量则随着刀间距的增加先增大后减小。3）同等条件下，侧置式辅助破岩模型的破岩效率要高于前置式辅助破岩模型，但前置式辅助破岩模型中滚刀的垂直力要远小于侧置式辅助破岩模型中的滚刀垂直力，可通过进一步增加前置式辅助破岩模型中滚刀贯入度来充分利用预切缝辅助破岩。4）滚刀贯入度一定时，侧置式辅助破岩模型适用于预切缝深度大于滚刀贯入度的情况，而前置式辅助破岩模型适用于预切缝深度小于滚刀贯入度的情况。关键词：预切缝;裂纹扩展;滚刀;颗粒离散元;岩石破碎- 390
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：电磁流量计作为一种高效、精确和便捷的流量测量仪表，被广泛的应用于工业流体测量、油田钻井液的测量和血液测量等导电流体的测量。受外界扰动和流速分布的影响，电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题，改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一。本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高。首先，在研究权重函数优化原理的基础上，通过分析正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路；其次，基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型，确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数，并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布，证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势；最后，搭建实验平台，通过磁场测试实验和流体测试实验进行验证。磁场测试结果表明，正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063 mT左右，总体磁感应强度波动范围在0.11 mT以内，说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性；流体测试结果表明，当流量在0.743～2.582 m/s时，单点相对示值误差最大仅为0.950%，系统重复性误差在1.034%以下，经过优化后的系统提升了测量精度，这对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义。关键词：电磁流量计;线圈优化;均匀磁场;权重函数;有限元分析
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发布时间：2024-01-10
机械工程
- 摘要：煤矿深部开采条件下煤尘灾害严重，采用非离子表面活性剂可有效改善煤尘润湿性，抑制煤尘的产生和扩散。为了探究非离子表面活性剂对煤尘表面的润湿过程和润湿机理，采用分子动力学模拟和实验研究相结合的方法，研究非离子表面活性剂月桂基葡糖苷（APG）与曲拉通X–100（Triton X–100）对煤尘表面润湿性能的影响；基于苯环碳骨架结构建立3组煤–水界面吸附体系模型，对比分析表面活性剂在煤表面的吸附平衡构型和分子空间分布，计算煤–表面活性剂–水间相互作用能及能量组成变化，考察APG和Triton X–100与水分子形成氢键的能力；以河南平顶山矿区丁、戊、己3组煤层煤样为测试对象，开展沉降和接触角实验并计算煤样表面自由能组成，验证模拟结果，利用傅立叶红外光谱（FT–IR）测试煤样芳香烃基团特征，验证Triton X–100与煤分子间的作用机制。结果表明：达到吸附平衡状态时，非离子表面活性剂分子通过烷基链相互连接，形成聚集状态，在煤–水界面与水–气界面均有分布；Triton X–100通过增强与水分子的相互作用，促进水分子在煤表面的吸附，对煤表面润湿性能影响较大。室内试验结果表明，Triton X–100对煤表面的润湿效果优于APG，质量分数为1.5%时效果最优，且煤尘中的芳香烃含量越高，越利于Triton X–100的吸附。研究成果可为深部开采的高效抑尘剂研发提供理论指导和借鉴。关键词：非离子表面活性剂;煤尘;润湿性;分子动力学
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：运用共沉淀低温水热技术制备软铋矿铁酸铋（sillenite bismuth ferrite，S-BFO），构建S-BFO非均相活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate，PMS）降解环丙沙星（ciprofloxacin，CIP）体系。实验结果表明：在初始pH值为（6.5±0.1）和反应温度为（25±1） ℃条件下，向反应溶液中加入0.675 mmol/L PMS、1000 mg/L的催化剂，反应60 min后，溶液中84.8%的CIP被去除（初始浓度为5.0 mg/L）；在相同反应条件下，S-BFO活化PMS降解CIP效率高于S-BFO活化过二硫酸盐（persulfate，PS）。采用场发射电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）和X射线衍射仪（X-ray diffraction，XRD）分别对S-BFO的微观形貌特征和晶型结构进行了分析。探究了PMS浓度和初始反应pH值对S-BFO活化PMS降解CIP的影响，评估了S-BFO/PMS体系在实际水体条件下处理污染物的应用潜能。通过活性物质淬灭实验，发现体系中对CIP起主要降解作用的活性物质是单线态氧（1O2），而不是硫酸根自由基（
$\cdot \mathrm{SO}_4^{-} $ 关键词：软铋矿铁酸铋;过一硫酸盐;环丙沙星;机理;产物- 380
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：糖精（Saccharin，SAC）是一种最早应用于食品、饮料、医药和饲料中的人工甜味剂，几乎不为人体和生物吸收，经排放进入水环境中，因检出频率及浓度高，衰减慢且存在毒性风险等被认定为环境新型有机污染物。本文对比了饮用水的多种预氧化工艺对水中SAC的降解效果，对UV/H2O2联用工艺降解SAC进行了动力学分析，同时，考察了氧化剂量、初始SAC浓度和水中常见共存阴离子（
$\mathrm{Cl}^{-}{\text{、}} \mathrm{CO}_3^{2-}{\text{、}} \mathrm{NO}_3^{-}{\text{、}} \mathrm{SO}_4^{2-} $ $\mathrm{NO}_3^{-}>\mathrm{SO}_4^{2-}>\mathrm{CO}_3^{2-}>\mathrm{Cl}^{-} $ 关键词：UV/H2O2联用工艺;糖精;饮用水处理;氧化降解;水质安全- 503
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：本文借助动态热机械实验，研究Qtech T26抗爆型聚脲（简称为T26聚脲）的动态热机械性能；采用10 kg 三硝基甲苯（trinitrotoluene，TNT）接触爆炸试验，研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能；基于Williams−Landel−Ferry方程拟合T26聚脲的损耗模量、储能模量和损耗因子主曲线，并采用扫描电子显微镜对涂层防护钢筋混凝土板迎爆面和背爆面涂层的典型区域进行微观断口形貌分析，探讨其断裂机制。结果表明：T26聚脲受频率影响明显，在热机械性能层面印证了T26聚脲的应变率敏感性；在外界荷载作用频率大于等于1000 Hz时，T26聚脲的损耗因子保持在0.24以上，吸能效率高；喷涂10 mm T26聚脲涂层的钢筋混凝土板在10 kg TNT接触爆炸破坏下，背爆面涂层完整，无任何破片飞出；迎爆面T26聚脲与混凝土未脱离，T26聚脲与混凝土界面之间在表面处理之后附着力较好，在爆炸产生的拉伸波作用下，涂层与混凝土间仍有良好的附着性。T26聚脲在爆炸荷载作用下的断裂机制表现为高温力学性能失效机制、高温与冲击荷载耦合断裂机制、高速荷载脆性断裂机制和拉伸断裂机制；背爆面最大变形区域为纵向变形区域外侧的圆环区，背爆面中心区域在防护过程中承受高应变率荷载，出现少量脆性破坏。T26聚脲实现了接触爆炸零破片的防护效果，这一效果对实际工程中结构爆炸防破片具有极高的应用价值。关键词：聚脲;抗爆防护;时温等效;断裂机制
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发布时间：2024-01-10
化学工程与材料工程
- 摘要：针对低照度条件下采集到的图像存在亮度偏低、细节模糊等问题，通过分析传统Retinex理论在增强图像过程中的缺陷，提出了一种基于梯度稀疏和多尺度变分约束的图像增强算法。该算法首先将输入图像由RGB空间转换到HSV空间，提取亮度分量，实现3个通道的解耦合。然后，根据零范数的梯度全局显著特性，定义了一个新的相对全变分正则项。接着，在HSV空间下惩罚亮度分量，构建一种具有梯度稀疏的变分模型对亮度通道进行约束，并通过将控制因子扩张为多个尺度，形成多尺度变分约束，提升照度估计的准确度，使之更加符合光照分布特性。根据Retinex理论进行映射，获取亮度通道对应的反射图像。进而利用亮度通道不同尺度下的约束所对应的不同照度结果，分别提取图像的粗略细节、中等细节和精细细节，通过多尺度细节加权，对反射图像进行细节增强。最后，对照度图像进行伽马校正，与经细节提升后的反射图像重组并进行颜色空间转换得到输出的增强图像。通过定量、定性实验对本文算法进行了验证，实验结果表明：本文算法的增强图像有着更高的色彩丰富度和更低的色差水平，能够保持图像的自然度，提升图像的视觉效果。在均值、平均梯度和信息熵的表现上，相比原图均有大幅度提升；与现有的先进算法相比，本文算法的平均定量指标在不同类型低照度图像的增强图像上均产生了较优的效果，且运算效率较高。关键词：图像增强;HSV空间;梯度稀疏;多尺度变分模型;亮度约束
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发布时间：2024-01-10 -
基于双网络及多尺度判决器的图像修复算法 AI导读
摘要：为了有效解决修复复杂背景及高分辨率图像时产生的边界扭曲、伪影及训练不稳定的缺陷，提出了一种基于双生成对抗网络及多尺度判决器的图像修复算法。首先，将待修复图像输入基于空洞卷积（dilated convolution）层的内容预测网络，以重构损失和基于生成对抗损失的全局判决器为标准，进行粗修复，得到清晰合理、整体语义一致性的结构。然后，将粗修复结果输入细节修复网络，经空洞卷积路径和感知卷积路径解码和反卷积后，送入3个不同尺度的判决器进行优化，提升修复结果的纹理细粒度。最后，使用3个不同尺度的对抗损失优化网络参数，捕获破损区域的多尺度边缘信息，生成合理、逼真的纹理细节。在公认的图像数据集上对本文算法进行修复实验、双网络修复对比、高分辨率修复对比、目标移除实验、消融实验及客观实验，实验结果表明：本文提出的算法在修复背景复杂图像时，能生成合理的结构和清晰的纹理细节；双网络结构优于单网络结构；修复高分辨率图像时得到的纹理细粒度优于对比算法；将本文提出的算法用于高分辨率目标移除，能得到结构清晰合理、纹理细腻的结果；消融实验验证了提出模块的有效性；本文提出的算法的峰值信噪比、结构相似度、平均$ l_{1} $ $ l_{2} $ 关键词：图像修复;双生成对抗网络;多尺度判决器;重构损失;生成对抗损失- 437
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发布时间：2024-01-10 - 摘要：针对核电安全壳表面裂缝视觉检查任务面临的裂缝细小且占像素少、裂缝与背景对比度低、相似纹理干扰多、光照不均衡等问题，作者提出了一种细小裂缝分割模型（segmentation network of tiny cracks，TCS-Net）。该模型具有与U-Net网络相似的编码–解码结构，在下采样过程使用软池化（soft pooling）可实现在编码过程中保存原始图像基本特征的同时又保持了高响应特征信息的放大，从而减少信息损失实现裂缝边缘细节及位置信息保留；解码端在上采样过程中加入兼顾通道注意力和空间注意力的语义补偿模块以融合编码端的各层特征，可增强裂缝的多尺度细节信息；鉴于裂缝分割任务存在数据不平衡的分类问题，为避免训练过程被多数类（背景像素）所主导，TCS-Net模型结合二元交叉熵损失和Dice系数作为目标损失函数，以解决单一损失关注度倾向带来的训练不稳定的问题，也可优化准确率、交并比、召回率等性能指标。该模型在真实的安全壳图像上实验，结果表明，与现有的主流语义分割模型相比，TCS-Net裂缝分割模型的交并比指标可提高5%～9%，召回率指标可提高9%～13%，由此说明该模型具有检测率和检测精度更高，能有效适用于目标与背景严重不平衡、背景复杂且干扰较多情况下的细小裂缝分割任务。关键词：裂缝分割;注意力机制;卷积神经网络
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发布时间：2024-01-10 -
基于小波域ADMM深度网络的图像复原算法 AI导读
摘要：图像复原是一个重要的底层视觉问题，旨在从低质量图像中恢复出高质量图像。虽然，近年来基于深度学习的方法在图像复原领域展现出了优秀的性能，但是，大多数深度网络均是基于经验进行结构设计，较少考虑与现有的传统算法进行融合，因此网络可解释性较差。针对上述问题，本文提出了一种基于小波域ADMM深度网络的图像复原算法。首先，将小波变换同步引入到数据项以及先验项，提出了小波域下的图像复原模型，将图像复原问题变换到小波域进行研究，构建新的图像退化模型和复原代价函数。然后，为了有效降低该问题的优化求解难度，提出引入ADMM算法将其进一步分解为更易处理的复原子问题和去噪子问题分别求解，通过不断优化得到小波域图像最佳估计。最后，基于上述优化过程解的具体形式指导构建深度卷积神经网络，实现端到端的图像复原。该网络由于是在小波域进行图像处理，使得网络感受野增加且网络中特征映射的空间尺寸缩小。不仅能获得更好的性能，而且大幅降低了运算复杂度、提高了处理速度。将上述网络应用于图像去模糊和图像去噪任务，在Set10、BSD68和Urban100数据集上验证复原性能。相关实验结果表明，本文提出的算法对于去模糊和去噪任务都能取得较好的复原效果，其PSNR值增加0.08～0.18 dB，同时结果图片保留更多的细节信息，因此无论是定量还是定性结果都优于对比算法。关键词：图像复原;小波变换;ADMM;卷积神经网络- 470
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发布时间：2024-01-10
信息工程
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