最新刊期
      2023 年 第 55 卷 1 期

        新型电力系统

      • 肖先勇,刘俊勇
        2023, 55(1): 1-2. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300001
          
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        发布时间：2024-01-18
      • 周步祥,闵昕玮,臧天磊,张远洪,陈阳,赵雯雯
        2023, 55(1): 3-13. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200310
        摘要：在电力信息物理系统中，负荷重分配（load redistribution，LR）攻击是一种常见的虚假数据注入攻击。而在天然气网与电网耦合紧密的背景下，针对电–气耦合系统（integrated electricity natural gas system，IEGS）的负荷重分配攻击可能会对系统的安全运行造成更严重的影响。因此本文对电–气耦合下的LR攻击展开深入研究。首先，在分析IEGS双侧协同LR攻击作用机理的基础上，研究LR攻击的实施策略。其次，计及连锁故障对电网的影响，以IEGS经济损失最大为目标函数，建立IEGS下LR攻击的损失评估模型，统一度量了不同能源子系统的损失，量化了不同场景下LR攻击对系统安全经济运行的风险，定义了新的节点综合脆弱性评价指标，全面深层次分析IEGS中的高脆弱性节点。再次，对天然气管道流量方程中的非线性项进行线性化处理，将IEGS调度模型转化并添加到攻击者模型中，作为Karush–Kuhn–Tucher（KKT）最优条件，从而将整个模型转换为混合整数线性规划问题。最后，在IEEE 39节点和改进比利时20节点算例系统上，进行了3种LR攻击场景的仿真，验证了3种攻击在不同攻击资源下的攻击效果，分析了系统高脆弱性节点的分布与变化，并给出了针对不同LR攻击形式的系统综合保护策略。实验结果表明，双侧协同LR攻击会对系统造成更严重的损失，但依据本文评估和分析方法采取综合保护策略后，系统损失显著降低。  
        关键词：电–气耦合系统;双侧协同负荷重分配攻击;节点脆弱性转移;连锁故障   
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      • 雷霞,杨健,蔡长林
        2023, 55(1): 14-25. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200757
        摘要：针对传统市场机制不能充分体现新能源发电与常规机组之间及新能源之间发电特性区别这一缺陷，本文提出一种适应高比例新能源参与的现货市场交易模式。首先，将新能源发电属性分为电源属性和负荷属性，将新能源引起的实时市场与日前市场结算差额定义为系统平衡成本。通过分析新能源属性对系统平衡成本的影响机理，确定以准确性指数和相关性指数描述新能源属性，并利用改进叉熵法赋权形成新能源电力品质指数，将该指数及系统平衡成本联合形成品质价格以量化新能源的电力品质。其次，对美国PJM市场出清模式进行改进，将新能源机组附加电力品质价格与常规机组统一出清，建立同台竞争的市场交易环境，并提出激励相容的结算规则。最后，基于改进的IEEE 30节点系统算例分析验证了所提模型和计算方法的有效性。算例结果表明，考虑新能源品质价格后出清可以实现高品质新能源优先消纳，降低日前实时偏差调整电量，减少系统平衡成本，降低市场平均电价，同时常规机组在负荷高峰时段可获得额外收益，且新能源采取策略报价将会导致其亏损平均增加9%。研究结果表明：所提模式有利于新能源品质提升及市场公平竞争，为长期处于边际机组的固定成本回收问题提供解决方案，引导常规机组容量投资，为建设新型电力系统提供容量保障。  
        关键词：品质指数;品质价格;新能源市场;现货市场;市场模式   
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      • 文云峰,严格,邓步青,邢鹏翔,于琳琳,蒋小亮
        2023, 55(1): 26-34. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200613
        摘要：为了尽可能减少煤电机组退役和大规模非同步电源馈入对受端电网安全稳定运行的影响，本文在兼顾电网支撑能力约束的基础上提出了煤电退役与调相机配置协调策略。首先，构建了煤电机组对直流落点的无功支撑系数指标，并综合考虑机组役龄、污染物排放量、煤耗率等常规因素确定受端电网煤电机组的退役优先级顺序。进而，基于预想故障下系统的最大频率变化率和极值频率偏差约束得到煤电机组可退役的最大容量，形成相应的煤电机组退役策略。然后，提出了基于二分法的同步调相机配置策略，该策略可以对投建调相机的容量和选址进行决策，通过在煤电退役路径中协调配置调相机，确保受端电网的电压支撑能力满足要求。最后，在受端电网配置调相机后，对煤电机组可退役的最大容量进行同步更新，并对煤电机组退役策略进行相应的调整，实现煤电机组退役和调相机配置的相互协调。基于改进的IEEE 39节点系统和河南电网规划系统开展了仿真分析，根据多馈入短路比和预想故障下的暂态仿真结果可知，在煤电机组退役容量相同的情况下，与传统的煤电机组退役策略相比，本文所提策略确定的煤电机组退役顺序可以有效降低机组退役对受端电网静态电压稳定性的影响，并且可以降低大扰动故障下对受端电网暂态电压稳定性的影响。  
        关键词：煤电机组退役;调相机;支撑能力;受端电网;电压;频率   
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      • 孙银锋,刘宇晗,郭宇航,李国庆,王振浩,吴学光
        2023, 55(1): 35-47. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200496
        摘要：采用架空线的柔性直流输电技术是解决高渗透率、远距离可再生能源并网消纳的有效方案。然而，架空线路故障率较高，其直流故障穿越问题亟待研究。本文提出利用风场现有分散储能实现风电柔直并网直流故障穿越协调控制。首先，研究风电场接入多端柔性直流输电系统（multi-terminal HVDC based on MMC, MMC–MTDC）中MMC及风电场储能系统等主要组成部分的拓扑结构和基本工作原理；其次，针对大规模风电经柔直并网系统的直流故障，定量分析非故障极功率裕量，通过控制风电机组全功率变流器现有并联储能系统来消纳故障期间的不平衡功率；针对不同功率消纳方案，提出由储能系统、换流站、直流断路器和风电场协调配合进行故障穿越，根据直流断路器动作信号进行故障分类，改变换流站控制方式与风电场出力，从而实现不同故障类型的快速恢复。该策略能够保持系统在故障期间并网运行且不出现闭锁、过载等问题，提升系统的稳定性。最后，在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建上述仿真模型，详细研究了风电场经MMC–MTDC并网系统的直流故障穿越策略，验证了本文所提出的基于储能系统的直流故障穿越策略能够维持故障期间的功率平衡，实现故障快速恢复，平稳实现直流故障穿越。本文所提故障穿越策略有望对新能源柔直并网提供必要的依据和参考。  
        关键词：MMC–MTDC;风力发电;储能系统;直流故障穿越   
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      • 罗嘉明,高仕斌,韦晓广,臧天磊,张敬凯
        2023, 55(1): 48-58. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200387
        摘要：轨道交通作为电力系统的主要用能对象之一，每年消耗大量电能用于电力机车牵引。因此，降低牵引能耗、提升供能系统的弹性与效能对促进碳达峰、碳中和具有重要的现实意义。轨道交通“网–源–储–车”协同供能系统在传统牵引供电架构的基础上引入了储能系统与新能源发电系统，然而，如何实现牵引负荷、储能系统及新能源发电系统的高效能源自洽，减少双向波动性与不确定性对能量管理系统的影响成为了新的难题。为实现以上目标，减轻牵引负荷对牵引网的功率冲击，延长储能系统的使用寿命，本文提出了一种基于模糊Petri网（fuzzy Petri nets，FPN）的“网–源–储–车”动态阈值能量管理策略。该策略在“网–源–储–车”基本功率分配框架的基础上，设定了多工况下牵引供电系统与储能系统、新能源发电系统的动态能量交互规则，可适用于不同架构的“网–源–储–车”协同供能体系；在此基础上，以电力机车功率与储能系统寿命作为模糊Petri网的输入参数，经过模糊化、Petri网推理、反模糊化等操作后实现对放电阈值的自适应动态调整。本文以某牵引变电所实测数据作为测试案例，仿真结果表明：相较于基于固定阈值的能量管理策略，基于模糊Petri网的动态阈值管理策略能够有效提升能量回馈效率与再生制动能量储存效率，同时，增加光伏发电系统的利用电度，降低电力机车经由接触网从电力系统取能的平均功率及储能系统的平均放电深度；对延长储能系统的预计寿命、提升协同供能系统的能量利用效率与运行经济性具有积极意义。  
        关键词：轨道交通;储能系统;模糊Petri网;动态阈值   
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      • 周诗丁,王顺亮,张英敏,马俊鹏,冯麟,单鹏
        2023, 55(1): 59-69. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200305
        摘要：模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的设计和分析通常是在电网平衡下进行，但在实际运行中交流电网是不平衡。电网不平衡将导致MMC桥臂环流的直流分量不再相等，含有2倍频的正序、负序和零序分量，使系统损耗增加，影响系统性能。首先，本文根据MMC的数学模型和相单元的瞬时功率分析环流的产生机理，得到电网不平衡时环流各分量的等效电路。然后，提出一种电网不平衡下基于二阶广义积分器（second order generalized integrator，SOGI）的环流抑制策略，该策略将三相环流中2次谐波分量与不相等的直流分量分离后单独抑制，采用比例积分（proportional integral，PI）控制经SOGI提取桥臂环流的正序、负序2倍频分量，采用准比例谐振（proportional resonant，PR）控制环流的零序2倍频分量。最后，在PSCAD/EMTDC平台中搭建217电平的MMC系统模型，将本文所提环流抑制策略与传统环流抑制策略、采用准比例谐振器控制环流抑制策略和采用比例积分谐振（proportional integral resonant，PIR）控制环流抑制策略进行仿真实验对比。实验结果表明：在单相非金属接地故障时，与其他3种环流抑制策略作对比，本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.000 6 kA，将谐波畸变率降低到0.03%，表明所提策略的优越性；同时在两相非金属接地故障时，本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.003 9 kA，谐波畸变率降低到0.22%。仿真实验结果验证了本文方法的有效性。  
        关键词：电网不平衡;模块化多电平换流器;二阶广义积分器;环流抑制策略   
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      • 苟洪霖,江琴,张英敏,李保宏,吴谨轶,王腾鑫,张敏
        2023, 55(1): 70-79. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200529
        摘要：作为直流输电的新方向，混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点，可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法，针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器（line commutated converter–modular multilevel converter，LCC–MMC）混合直流输电系统，提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征，首先，明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法，包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后，针对黑启动初期的弱交流系统阶段，采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略；在系统达到一定强度后，提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后，在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证，结果表明：黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制；MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立，并维持系统电压和频率在稳定范围内；在非黑启动电源机组和负荷并网后，交流系统强度改变，所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡，且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性，3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势，从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。  
        关键词：混合直流;黑启动;恢复阶段;虚拟同步;协调控制   
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      • 王沿胜,何川,刘绚,南璐,刘天琪
        2023, 55(1): 80-92. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200937
        摘要：近年来，在未来多能互补、综合能源系统的背景下，气电联合配网得到迅速的发展。然而，当前全球各地极端灾害频发，给能源系统的安全性带来了严峻的挑战。针对极端灾害对系统造成的失负荷影响，为兼顾系统的经济性与安全性，提出了一种考虑极端灾害下系统韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划模型。首先，以规划成本与运行成本最小化为目标，建立考虑电动汽车充电站、分布式燃气机组和储能设备的气电联合配网扩展规划模型；然后，考虑极端灾害的作用，建立考虑韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划模型，该模型包括基础场景与极端灾害最坏场景，其中基础场景考虑系统的经济性，以规划成本与基础场景运行成本最小为目标，极端灾害最坏场景则通过韧性约束保证系统的安全性，所提模型通过主问题–子问题迭代求解。最后，算例仿真发现：通过增加电动汽车充电站、分布式燃气机组和储能设备的规划投建，系统的经济性得到明显提升；而在面对极端灾害的影响下，通过分布式燃气机组的发电和电动汽车、储能设备的放电，系统失负荷情况得到减少，但随着系统韧性的增大所需单位规划成本会大幅增加。本文为在规划层面提升系统韧性提供了一种有效与实用的方法，为未来减小极端灾害对系统造成的影响的方案提供了一定参考。  
        关键词：电动汽车充电站;分布式燃气机组;储能设备;极端灾害;韧性;分布鲁棒优化   
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      • 李颢然,薛屹洵,戴铁潮,常馨月,潘昭光,孙宏斌
        2023, 55(1): 93-100. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200939
        摘要：为解决新能源大规模发展下日益严重的弃风弃光现象，中国很多城市及园区开始广泛使用电解水制氢作为消纳新能源的一种有效途径，随之产生了越来越多的电–氢耦合系统，本文以化工园区为例，提出了考虑氢负荷响应的园区级电–氢耦合系统协同优化调度方法。首先，以实际绿氢绿氨工业园区为基础，提出了典型园区级电–氢耦合系统架构，并从系统的源–网–荷–储各角度建立了包括煤制氢、电解水制氢、储氢罐、氢制氨、氢燃料发电机与输氢管网的化工园区电–氢耦合系统模型。其次，以实现园区整体效益最大为目标，并在目标函数中加入弃风弃光惩罚项，同时考虑氢负荷的需求侧响应，使氢制氨作为园区内可灵活调节的资源，基于此进行化工园区电–氢耦合系统协同优化调度。为验证本文所提出优化调度方法的经济性及优越性，对比分析了3种不同运行场景下的优化调度结果。结果表明，电解槽与氢燃料发电机通过跟踪园区内的电源与电负荷的变化情况，实时调整自身出力功率，在保证园区电量平衡的前提下减少与外界的电力交易，减少园区购电成本与弃风弃光，同时，考虑氢制氨的需求侧响应可以在保证经济效益的前提下，进一步减少弃风弃光、降低园区整体运行成本。  
        关键词：电–氢耦合系统;电解水制氢;氢负荷   
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      • 王凯,延肖何,刘念
        2023, 55(1): 101-109. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200726
        摘要：随着中国电力现货市场的发展及“双碳”目标的提出，风光储场站参与电力现货市场已成为主流趋势。为了考虑市场价格波动与风光出力不确定性对风光储场站出力分配的影响，本文从经济学引入投资组合理论作为收益和风险的权衡工具，提出了风光储场站参与日前、日内、实时市场的出力分配方法，使风光储场站获得最大化收益的同时承担最小的风险。首先，考虑风光出力不确定性，基于日前、日内、实时市场的电价构建了多时间尺度的收益模型。然后，采用历史电价数据的方差与协方差来描述市场风险及其相关性，考虑风光储场站内部能量的协同调控，构建了以场站的收益最大、风险最小为目标函数的出力分配优化模型。最后，通过增广拉格朗日乘子法对问题进行求解，获得了风光储场站参与电力现货市场的最优出力分配。对市场风险、场站最优出力分配、风险规避指数灵敏度与计算效率进行算例分析。结果表明：市场电价与风险之间存在着较强的相关性；使用本文方法后的场站收益比参与单一市场可以提高13.3%，风险可以降低84.1%；随着风险规避程度的增加，场站会降低高风险市场的参与度；本文算法具有较高的计算效率。因此，通过本文的优化方法，风光储场站可以根据不同市场的风险与预期收益有选择性地参与市场，并按照自身风险规避程度实现收益的最大化与风险的最小化。  
        关键词：投资组合理论;风光储场站;出力分配;风险规避   
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        发布时间：2024-01-18

        滑坡堰塞湖灾害机理与防控

      • 周家文,陈明亮,瞿靖昆,胡宇翔,夏茂圃,蒋楠,李海波,范刚
        2023, 55(1): 110-128. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201131
        摘要：随着中国高坝大库水利水电工程的相继运行，水库滑坡灾害已成为影响工程运行稳定和威胁沿岸人民生命财产安全的重大隐患，提升其综合防控能力是国家重大需求。水库滑坡是一个复杂的地质综合体，其变形破坏过程不仅与滑坡所在区域的地质条件特性相关，更取决于诱发因素如降雨、库水位变动等动态作用的影响，从开始孕育变形到最终失稳破坏一般需经历较长的历时，是一个不断累积发展的过程，不仅涉及降雨入渗与库水影响的时空叠加作用，更涉及多因素耦合下的渐进破坏机制，其致灾机理与防控难度极高。本文结合大量现场调查、室内外试验和数值模拟，总结了库区地质、水文等条件对于滑坡易感性及空间分布的影响规律，揭示了强降雨、库水位变动及多因素叠加作用下水库滑坡的累积灾变失稳机理；建立了离散元模型与流体力学模型（DEM–SPH）耦合的滑坡–涌浪模拟技术，能够较好地揭示高速滑坡体入河与水流的强碰撞及涌浪的非线性传播过程，可为滑坡致灾影响范围及应急避险方案制定提供科学依据；构建了无人机–3维激光扫描空地数据融合的大范围水库滑坡3维变形演化监测技术，并归纳总结了水库滑坡的综合治理技术。此外，针对多因素驱动下水库滑坡复杂致灾机理及防控技术方面的研究不足和局限性，展望了水库滑坡在灾变累积失稳与稳定评价、多源融合监测与智能预警、滑坡–涌浪流固耦合模拟与致灾影响评估、生态措施–支护结构联合治理技术方面的未来发展方向，期望为水库滑坡灾害防控减灾研究提供借鉴。  
        关键词：水库滑坡;失稳机理;致灾评估;监测预警;防控减灾   
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      • 石振明,张公鼎,彭铭,钟启明,蔡烁
        2023, 55(1): 129-140. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200577
        摘要：堰塞坝是由滑坡等失稳地质体快速堆积并阻塞河道而形成的天然坝体，溃决后会对下游人民生命财产安全造成严重威胁。深入开展非均质结构对堰塞坝溃决过程的影响研究，可为堰塞坝灾害的风险评估和应急处置提供重要参考。依托自主研发的水槽试验装置，通过开展不同结构类型堰塞坝的溃决模型试验，分析了均质、竖向非均质和水平非均质结构对坝体溃决的影响。研究发现：1）堰塞坝侵蚀过程受局部区域材料性质影响严重。2）均质坝中，随着中值粒径增大，材料抗侵蚀能力增强，溃决特征先由层状冲刷变为陡坎侵蚀，再变为多级陡坎侵蚀，峰值流量逐渐减小，峰现时间逐渐推迟。3）竖向非均质坝中，坝体上部材料主要影响溃口形成阶段历时和坝前水位；中部材料主要影响溃口发展阶段的溃口下切速率；底部材料主要影响下游坡脚稳定性和残留坝体形态。受溃口加速下切和溃决流量增加彼此间相互叠加影响作用，中部及底部材料分布对峰值流量的影响最为显著。4）水平非均质坝中，坝体内部4个区域对溃口发展的影响不同。过流侧上方材料影响溃决前期的溃口下切速率；过流侧下方、对岸侧上方材料分别影响溃决中后期的溃口下切、展宽速率；对岸侧下方材料对溃口发展影响最小。泄流槽设计时，应考虑非均质结构的影响，基于坝体结构特征采用工程措施限制溃口深切、促进溃口展宽，以降低峰值流量。  
        关键词：堰塞坝;物理模型试验;溃决侵蚀;溃决流量;非均质结构   
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      • 李东阳,年廷凯,吴昊,张彦君
        2023, 55(1): 141-149. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201012
        摘要：滑坡–堵江–涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡–河流相互作用。为了真实再现这一演进过程，本文提出了一种扩展的离散元法（DEM）与计算流体动力学（CFD）耦合数值方法，通过在局部平均DEM–CFD耦合方法中引入流体体积法（VOF）建立了一套能够描述河流自由水面演化的扩展DEM–CFD耦合数值框架，实现了对滑坡涌浪形成及传播过程的追踪；并提出了一种新的局部孔隙率计算方法即虚拟球模型，来克服网格颗粒临界尺寸比的限制，从而实现复杂地形建模要求；进一步通过多个典型算例验证其准确性和有效性。在此基础上，开展了滑坡–堵江–涌浪灾害链演化模拟，并应用至白格滑坡坝形成过程复演，深入分析了滑坡–河流动态演化过程及耦合作用机理。结果表明：所提出的方法能够准确模拟滑坡–河流相互作用；滑坡–河流–河谷地形的耦合作用驱动了灾害演化，滑坡体驱动了涌浪的传播，而河流则增加了滑坡体的动能耗散，且对其沉积过程在河流流向上产生相反影响；模拟得到的白格滑坡运移路径、沉积形态及涌浪侵蚀面积与实地调查结果吻合度较高，成功再现了2018年10月11日白格滑坡堵江事件。本文所提出的扩展DEM–CFD耦合数值方法为深入研究滑坡–堵江–涌浪灾害链演化机制提供了有力的数值工具，对于灾害预测及防灾减灾策略的制定具有一定的参考价值。  
        关键词：滑坡堵江;滑坡涌浪;灾害链;DEM–CFD耦合方法;滑坡–河流相互作用;白格滑坡   
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        发布时间：2024-01-18
      • 蔡耀军,杨兴国,周招,郑栋,黄卫,周家文,张亚年
        2023, 55(1): 150-160. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201052
        摘要：受持续来流影响，在大江大河内形成的堰塞湖极易在数十天甚至数天内漫顶溢流溃决，引发非常态溃决洪水，严重威胁下游沿岸地区人民群众生命财产安全。堰塞湖溃口坍塌变形发展迅速、现场观测难度大，当前普遍难以实地观测堰塞湖溃口形态变化及水力学参数，至今未能获取溃口坍塌发展的真实数据。针对堰塞湖溃决洪水威胁及溃决机理不明等难题，基于堰塞湖溃决过程现场观察及历史堰塞湖溃决案例分析，阐明堰塞体体型、材料级配、库容及上游来水量是决定堰塞体危险性的关键。并以“11·3”白格堰塞湖为原型，分别开展了堰塞湖溃决1∶80室内和1∶20野外物理模型试验，揭示堰塞体溃口发展遵循“流速驱动、流量控制”，以获得较大流速为目标的自我演化机制；溃口坍塌发展的主要动力机制是携沙水流剪切冲刷、陡坎上游负压区涡流掏刷、陡坎下游高速水流冲刷、边坡重力坍塌；堰塞体溃决坍塌依次呈现尾部下切、陡坎溯源、全断面下切、上冲下淤4个发展阶段变化特征，溃口平面形态相应依次呈现线条型、倒喇叭型、双曲面型、近似等宽型4个变化特征。陡坎溯源是溃决前最高效的冲刷方式，也是判断堰塞体漫顶过流后是否溃决的重要标志。开展堰塞湖溢流溃决大型物理模拟试验有助于推动高危堰塞湖应急疏通排水设计和堰塞体坍塌控溃技术发展，为堰塞湖应急处置提供参考。  
        关键词：堰塞湖;溃决机理;物理模型;溃口发展;流速驱动   
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      • 肖华波,王泽皓,石伟明,王东坡,欧阳朝军
        2023, 55(1): 161-170. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200655
        摘要：滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象，由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用，使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此，介绍一种基于计算流体力学方法（CFD）与离散单元法（DEM）的流固耦合模型CFD–DEM，采用计算流体力学方法（CFD）求解水体流动，采用离散单元法（DEM）模拟散粒体滑坡运动，充分利用不同计算模型的优势，对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先，利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算，从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比，结果表明模拟结果与试验结果吻合很好，验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后，将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析，重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程，计算结果显示：计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近；色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s，颗粒平均速度最大达到16.12 m/s；滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸，之后开始沿坡面向上爬升，最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害，可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。  
        关键词：滑坡涌浪;计算流体力学（CFD）;离散单元法（DEM）;耦合模型;数值模拟   
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      • 孙永彬,张恩,李启亮,牛海威,王少帅,王诜,张策
        2023, 55(1): 171-183. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200465
        摘要：隐蔽性滑坡隐患是金沙江下游最普遍的地质灾害发育形式，具有隐蔽性强、突发性强、高位远程运动等特点。近年来，特大山区隐蔽性滑坡灾害案件频繁发生，对人民的生命财产造成了极大威胁。如何突破传统地质灾害调查手段的局限性、滞后性，提前有效识别隐蔽性滑坡隐患并探索其发育特征，对指导中国西南地区防灾减灾、工程规划建设具有重大科学意义。本文选择金沙江下游永善段地质灾害高易发区，利用升降轨时序InSAR–光学遥感综合识别方法，精细识别区域性时序地表形变、隐蔽性滑坡隐患光学遥感信息，通过野外考察，深入探索隐蔽性滑坡隐患发育特征。研究显示：1）通过升轨时序InSAR技术识别隐蔽性滑坡隐患26处，降轨时序InSAR技术识别隐蔽性滑坡隐患28处，光学遥感识别隐蔽性滑坡隐患48处（与升降轨时序InSAR识别结果有10处重合），合计识别滑坡隐患92处；对识别结果进行100%的野外考察，将升降轨InSAR和光学遥感识别结果划分为完全一致、部分一致、仅有光学遥感识别结果、仅有InSAR识别变形结果4种情况，识别准确率分别为82.86%、80.77%、75.00%和63.64%，总体识别准确率达78.26%，略高于目前国内滑坡隐患识别平均水平，验证了滑坡隐患识别的可靠性和有效性。2）通过对比分析综合遥感识别结果可知，InSAR技术和光学遥感的识别结果与二者的识别方式、影像成像条件、滑坡活动性关系密切，二者不能直接进行互检。3）通过分析滑坡发育特征可知，隐蔽性滑坡隐患发育规律随着地形地貌、地质条件的变化而变化，升降轨InSAR技术和光学遥感识别的隐蔽性滑坡隐患在地貌空间分布、地层岩性均存在一定差别。结果表明，综合遥感识别技术充分利用了升降轨InSAR技术和光学遥感识别方法的互补性，解决了隐蔽性滑坡隐患看不见、看不清、看不准的难题，提高了滑坡识别的准确率。  
        关键词：金沙江下游永善段;时序InSAR;光学遥感;综合遥感识别技术;隐蔽性滑坡隐患   
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        发布时间：2024-01-18
      • 常志璐,黄发明,蒋水华,张崟琅,周创兵,黄劲松
        2023, 55(1): 184-195. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200953
        摘要：滑坡易发性预测可以有效预测潜在滑坡的空间位置，是滑坡危险性和风险性评价的基础。由于斜坡单元依据真实地形地貌划分和具有明确的地质特征意义，更多的学者尝试利用斜坡单元进行区域滑坡易发性预测。但是，如何高效准确地划分斜坡单元并考虑其内部环境因子的非均质性是制约斜坡单元应用的关键因素，也是目前研究中的难点。本文以江西省崇义县为例，首先，提取研究区域坡向和山体阴影图作为基础数据，采用多尺度分割（MSS）方法划分斜坡单元，并结合试错法和研究区域历史滑坡形态特征确定MSS方法的最优参数组合。然后，基于斜坡单元提取高程、坡度、剖面曲率等环境因子，分别导入支持向量机（SVM）和逻辑回归（LR）模型，构建Slope–SVM/LR易发性预测模型。通过变化值和标准差表征斜坡单元内部环境因子的非均质性，进而构建Variant Slope–SVM/LR易发性预测模型。最后，采用ROC曲线和频率比精度分析上述模型的预测精度。结果表明：1）当尺度、形状特征权重和紧致度权重参数分别取20、0.8和0.8时，研究区域斜坡单元的划分效果最好；2）Slope–SVM、Variant slope–SVM、Slope–LR和Variant slope–LR模型的ROC精度分别为0.812、0.876、0.818和0.839，相应的频率比精度分别为0.780、0.866、0.792和0.865, 说明Variant slope–SVM/LR模型的预测精度高于Slope–SVM/LR模型。因此，MSS方法可以实现高效准确地自动划分斜坡单元，考虑斜坡单元内部环境因子的非均质性可以提高易发性预测结果的准确性。  
        关键词：多尺度分割方法;斜坡单元;易发性预测;非均质性   
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        发布时间：2024-01-18

        装配式乡村住宅

      • 曹万林,杨兆源,董宏英,秦海山
        2023, 55(1): 196-208. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200234
        摘要：为发展高效抗震、绿色节能、施工便捷的装配式村镇住宅建筑，提出了一种适于村镇低层住宅的低能耗装配式轻钢框架–钢丝网架珍珠岩复合墙板结构，轻钢框架由方钢管混凝土柱、H型钢梁、双L形带斜向加劲肋梁柱节点及预制混凝土楼板构成，钢丝网架珍珠岩复合墙板由钢丝网砂浆内外叶复合珍珠岩板夹心聚苯板构成，钢丝网架珍珠岩复合墙板单元包裹咬合轻钢框架，墙板单元间采用企口连接。进行了两层轻钢框架–钢丝网架珍珠岩复合墙板足尺结构的振动台试验，激振包括白噪声在内的57个工况，各工况的地震动峰值加速度PGA在0.07g～1.50g，分析结构的破坏过程、刚度退化、位移、应变等动力响应。结果表明：轻钢框架与钢丝网架珍珠岩复合墙板共同工作性能良好，钢丝网架珍珠岩复合墙板对结构刚度有显著的贡献；随地震峰值加速度的增大，结构自振频率降低，阻尼比增大；在8度设防地震作用下结构最大层间位移角为1/361，基本处于弹性状态；8度罕遇地震作用下，结构没有明显的破坏；在极罕遇地震作用下，外墙板损伤明显，轻钢框架损伤较轻；钢丝网架珍珠岩复合墙板与轻钢框架包裹咬合式柔性连接，具有滑移摩擦消能减震的作用。该结构体系在村镇低层住宅建筑中有广阔的应用前景。  
        关键词：装配式;轻钢框架;钢丝网架珍珠岩复合墙板;结构抗震性能;振动台试验   
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        发布时间：2024-01-18
      • 黄炜,张家瑞,苗欣蔚,黄惠
        2023, 55(1): 209-221. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200598
        摘要：为加大装配式复合结构在低多层建筑的适用性，本文在装配整体式复合结构的基础上进一步优化墙板边界连接构造，提出一种新型的全装配式复合墙结构。对结构中采用盒式连接水平缝的全装配式复合墙体进行拟静力试验，深入研究了该类墙体的破坏模式、滞回特性、承载能力、延性性能、刚度退化规律和耗能能力等抗震性能指标，并对比分析了不同盒式连接件构造Wall shoes（WPC）、集成钢筋式（IPC）、分布钢筋式（DPC）对墙体基本力学性能的影响。研究结果表明：全装配式复合墙体是一种轻质、高强、节能、抗震性能良好的结构受力构件，试件中的填充体、中部肋格、边肋柱依次发挥作用，并得到墙体3个阶段的受力特点。相比DPC试件，IPC的屈服荷载和峰值荷载分别提升6%和10%，WPC分别提升2%和5%；试件的位移延性系数均大于3.3，符合钢筋混凝土结构抗震设计要求；各试件的刚度退化规律基本相同，其中，DPC试件的刚度退化速率最快；各试件的累积耗能均呈累积增长趋势，IPC累积耗能是WPC累积耗能的1.08倍，是DPC累计耗能的1.13倍。3种不同形式盒式连接构造均具有可靠的连接性能，集成钢筋式盒式连接综合抗震性能表现最优，其生产及安装方式也更为简单高效，适合运用于实际工程。  
        关键词：装配式混凝土;全装配式复合墙体;水平缝;盒式连接;抗震性能;拟静力试验   
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        发布时间：2024-01-18
      • 薛素铎,赵艳阳,沈银澜,武旺琪,郭汉桢
        2023, 55(1): 222-231. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200203
        摘要：连接节点对正交胶合木墙体抗侧力机制的发挥、延性及耗能起着至关重要的作用。本文提出一种由U型阻尼器拼装而成的环形节点，连接正交胶合木墙体与基础钢梁，使墙体的损伤集中于耗能元件，实现地震作用下耗散能量，保护正交胶合木墙体，同时，实现承载力可预测且损坏后可更换。通过低周往复抗剪试验，研究了7个不同形状及厚度的环形耗能节点的受剪性能，并对其滞回曲线、破坏特征、承载力、刚度退化及耗能能力等进行研究，对比不同收腰程度与钢板厚度对抗剪性能的影响；结合Eurocode 5等标准理论，计算正交胶合木锚固端钢板螺钉连接的抗剪承载力，推导环形耗能节点的主要力学性能指标计算公式；并基于有限元Abaqus软件，开展耗能节点往复受剪数值模拟。结果表明：以试验研究为基础，提出的正交胶合木锚固端抗剪承载力计算公式、环形Q235阻尼器力学指标计算公式及开展的有限元分析，为正交胶合木耗能节点设计提供依据；除厚度为8 mm、收腰宽度为86 mm的试件以外，其余节点试件实现了对木材的损伤集中到耗能元件上；所建立的环形阻尼器的力学性能指标计算公式，可以较为准确地预测节点的屈服力、初始刚度与屈服位移；有限元模型可以较好地模拟耗能节点的抗剪行为；通过分析给出了厚度为8 mm、收腰宽度为55 mm的试件为抗剪方向承载力及耗能能力两方面最佳的耗能连接。研究成果为正交胶合木结构在抗震区工程中的应用提供技术支撑。  
        关键词：正交胶合木;环形耗能节点;滞回曲线;耗能;抗剪;有限元分析   
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        发布时间：2024-01-18
      • 李雨珊,尹世平,徐世烺,侯向明,王宇清,李传秀
        2023, 55(1): 232-242. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200339
        摘要：因建筑外围护结构面层开裂脱落导致保温隔热性能下降，从而引起建筑能耗大等问题已经受到了广泛关注，并且现存的外墙保温方法难以保证墙体具有与建筑同样的寿命。基于此，本文提出了一种以工程水泥基复合材料（ECC）作为饰面层和结构层、挤塑聚苯乙烯（XPS）保温板作为保温层的夹心复合墙板，并对其进行了双面剪切试验。在此基础上，分析各类试件的破坏模式，研究制作方式、保温层厚度、连接件及玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）连接件角度对ECC–XPS夹心复合墙板界面黏结性能的影响。结果表明：预制试件的黏结性能最差，约为现浇试件的1/3；随着保温层厚度的增加，试件的抗剪承载力和延性降低，并且试件的厚度越大，其抗剪承载力和延性降低的幅度越大；连接件的存在能够有效提高试件的抗剪承载力和延性，还会改变试件的破坏模式；减小连接件的嵌入角度有助于增大试件的抗剪承载力，但会降低试件的延性，还会导致破坏模式发生改变。为了评估ECC–XPS夹心保温墙板达到峰值荷载后的耗能能力，对各类试件进行了韧性分析，发现在墙板中设置一定的连接件能够有效提高试件的耗能能力，并且设置90°连接件对耗能能力的提升最明显，同时预制试件的耗能能力最差。根据试验结果对抗剪承载力计算公式进行修正。研究为ECC–XPS夹心复合墙板在实际工程中的应用奠定了基础。  
        关键词：夹心复合墙板;工程水泥基复合材料;玄武岩纤维增强聚合物;界面黏结性能;韧性指数   
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        发布时间：2024-01-18

        碳中和与绿色能源

      • 侯正猛,罗佳顺,曹成,丁国生
        2023, 55(1): 243-252. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200226
        摘要：实现碳中和已经成为中国重大国家战略，在此目标导向下，中国的能源供需结构将迎来深刻变革，天然气作为清洁高效的低碳化石能源，肩负着能源消费结构从高碳污染向低碳绿色过渡的重要使命。分析研究天然气对于中国碳中和目标实现的贡献及在新形势下行业的发展前景具有重要现实意义和价值。为此，本文首先对碳中和概念及其内涵和实现方法进行了分析梳理，阐述了天然气对于“双碳”目标的贡献；同时，归纳总结了国内外研究机构、企业和学者对中国天然气行业的发展前景预测，并基于对中国经济发展的基本判断，构建了3种发展情景：基准情景、低速情景和高速情景；通过定基能源消费弹性系数法对中国“双碳”目标时期的一次能源消费总量及天然气消费量进行了预测。在此基础上，从中国天然气的供需两端论述了行业发展的方向和前景。最后，还对天然气在碳中和时代与其他绿色能源的耦合式发展提出了建议。研究结果表明：1）由于天然气清洁、便利等特性，应快速提高其使用量及在能源系统中的占比，在碳中和时代替代煤炭成为化石能源中的主体能源，与可再生能源共同构建起清洁能源体系；2）在假设情景中，预计2030年中国一次能源消费总量为55.14×108～60.78×108 t（吨标准煤），天然气消费量在5 449×108～6 006×108 m3之间；2060年一次能源消费总量为53.43×108～68.20×108 t，天然气消费量预计达到5 280×108～6 740×108 m3，天然气行业具有巨大的发展空间。针对中国天然气产业发展提出了建议：1）在供给端加大对常规天然气探勘开发力度的同时，积极推动对页岩气、煤层气、生物天然气及天然气水合物等非常规天然气的开发和试采，同时，促进进口LNG和管道气等贸易，巩固能源供应安全，丰富供应类型；燃气发电和工业用热将成为天然气在消费端的主要使用途径，尤其在未来以新能源为主体的新型电力系统中，气电将发挥快速响应等优势承担电网调峰调频作用；工业领域需大力推动以气代煤，提高天然气在高耗能行业的使用量；2）结合可再生能源产业现状从生产、储运、利用3方面提出了天然气产业与风能、太阳能和氢能等绿色可再生能源系统深度耦合发展的思路：天然气开发过程中引入更多电驱设备，大力发展二氧化碳强化页岩气开采、CCUS等负排放技术；重视天然气管网和储气库等基础设施尤其是应急调峰能力建设，实现电转气、储氢、碳封存等技术的深度融合；结合新型电网，通过数字和智能技术改造管理和控制模式，实现天然气储集运输及消费的智能化，助力天然气与新能源高质量协同发展，确保“双碳”战略目标的实现。  
        关键词：碳中和;能源转型;天然气;可再生能源;耦合发展   
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        发布时间：2024-01-18
      • 杜俊生,陈结,姜德义,范金洋,张传玖,陈紫阳
        2023, 55(1): 253-264. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200622
        摘要：随着中国化石能源比重下降、无碳能源比重上升的能源清洁化的结构转型，井下废弃矿井数量增多，同时风能和太阳能（WS）得到迅速发展，但资源利用率却很低。为了提高资源化利用率和加快转型升级，提出了一种结合风能和太阳能的混合压缩空气蓄能（CAES）系统，并将井下废弃矿井作为压缩空气的储能空间。首先，根据太阳能、风能、毁弃煤矿地下空间资源及电网分布特征确定了WS–CAES混合系统的潜在区域，主要分布在三北（东北、华北北部和西北）地区，具备了发展该系统的巨大潜力。然后，基于系统压缩机、膨胀机、热换器和储气室等各参数数学模型，研究了换热器效能、环境温度、质量流量、总压比和压缩/膨胀级数运行变量对系统输出功率和总效率的性能影响，压缩机/涡轮机级数对总效率（η）具有显着影响，级数2增至级数5时，η增幅为7.31％。最后，针对毁弃煤矿巷道储存高压气体的可行性，从巷道深度、内衬及围岩渗透性方面进行Comsol软件数值计算和分析，结果表明：巷道深度对系统储存气体的泄漏无明显影响；巷道内衬对系统稳定性具有重要作用；围岩渗透率则是决定系统气密性的关键因素，其围岩渗透率越小，储气库气体泄露量越小，气密性则越好；同时，煤矿井下主通风巷和运输巷具有储存压缩空气能力。  
        关键词：压缩空气蓄能;储气库;气密性;围岩渗透率;热力学分析;数值模拟   
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        发布时间：2024-01-18
      • 陈维,宋鹏云,许恒杰,孙雪剑
        2023, 55(1): 265-278. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200349
        摘要：在“碳达峰、碳中和”背景下，二氧化碳（CO2）捕集利用与封存（carbon capture, utilization and storage，CCUS）技术作为减少CO2排放的最有效策略已成为世界关注的热点。针对应用于CCUS技术中的离心式压缩机，以螺旋槽干气密封为研究对象，含杂质CO2为润滑介质，基于EOS–CG（equation of state for combustion gases and combustion gas-like mixtures）模型获得干气密封运行工况范围内含杂质CO2混合物密度、焓值、声速及焦耳–汤姆逊系数等热力学参数；考虑实际气体效应、黏温压效应、阻塞流效应、离心惯性效应及润滑介质与密封端面间的对流换热，采用有限差分法耦合求解雷诺方程、能量方程及密封环热传导方程，获得含杂质CO2干气密封压力场、温度场、开启力、泄漏率等稳态性能参数。结果表明：当温度一定时，密度随压力的增大而增大，焓值、焦耳–汤姆逊系数随压力的增大而减小；当压力一定时，密度随温度的增大而减小，焓值随温度的增大而增大，在较低压力区域，声速随温度的增大而增大，焦耳–汤姆逊系数随温度的增大而减小；当密封进口压力为12 MPa、进口温度为380 K、转速为15 000 r/min时，含杂质CO2干气密封出口压力为1.9 MPa，气膜进出口温差约为23 K，密封环端面内外径温差约为10 K；以转速、进口压力、进口温度为变量时，气膜温度、密封环端面温度随转速、进口温度的增大而增大，随进口压力的增大而减小；开启力随转速、进口压力、进口温度的增大而增大；泄漏率随转速、进口温度的增大而减小，随进口压力的增大而增大。  
        关键词：CO2捕集利用与封存;含杂质CO2;物性参数;干气密封;温度场   
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        发布时间：2024-01-18

        水利与土木工程

      • 陈立,余博闻,许全喜,何小花,张康贺,房复康
        2023, 55(1): 279-286. DOI: 10.15961/j.jsuese.202101096
        摘要：长江三峡水库建成后，下游河段将发生长时间累积性的冲刷。由于边界条件的不同，不同河型河槽断面形态的冲刷调整特点存在差异。本文基于2003—2018年长江三峡水库坝下游荆江段实测河道断面形态资料，选取典型顺直河型、弯曲河型和分汊河型的典型断面，计算断面宽、平均水深和宽深比等断面形态特征参数，分析不同河型断面形态冲刷调整的异同，并探讨其成因。主要发现：1）不同河型的断面形态调整存在一致性和差异性。不同河型的平滩河槽断面总体向窄深化方向发展；顺直河型、分汊河型的枯水河槽断面宽深比总体减小，断面亦向窄深化方向发展；而弯曲河型的枯水河槽断面宽深比以增大居多，即断面总体宽浅化。2）平滩河槽和枯水河槽断面宽深比调整差异主要受水流动力轴线摆动范围控制。顺直河型、分汊河型水流动力轴线摆动范围覆盖平滩河槽与枯水河槽，即冲刷集中于平滩河槽和枯水河槽，两者均呈现窄深化特征；弯曲河型水流动力轴线摆动范围位于平滩河槽内，却超出枯水河槽，汛期摆到凸岸边滩上并冲刷凸岸边滩，枯水河槽显著展宽，凹岸深槽淤积，断面向宽浅化方向发展，且初期凸岸边滩宽度越大，宽深比变化率越大。3）蓄水后水流动力横向摆动范围缩小且水流冲刷动力集中，宽浅河段受水流冲刷下切的影响更显著，加上宽浅河段的河床组成相对较细，抗冲性弱，导致蓄水前宽深比越大的断面，蓄水后宽深比变化幅度也越大。  
        关键词：荆江河段;河型;平滩河槽;枯水河槽;断面形态   
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        发布时间：2024-01-18
      • 张艳军,宋圆馨,董文逊,邱安妮,罗兰,黄尔
        2023, 55(1): 287-295. DOI: 10.15961/j.jsuese.202101067
        摘要：近年来，学者们纷纷认识到暴雨壤中流机制是湿润山区小流域的重要产流机制之一，进一步探明暴雨壤中流机制对于山洪模拟至关重要。本文将暴雨壤中流的泄流过程划分为基岩贮水、快速泄流、地表泄流3个阶段：在基岩贮水阶段，基岩或暂态不透水层上的凹洼区尚未填满时，降水需先填洼，不产流，此阶段常出现“雨大水小”；在快速泄流阶段，基岩或暂态不透水层上的凹洼区已填满，暂态饱和区扩大，将土壤–基岩区的事件前水排出，此阶段常出现“雨小水大”；在地表泄流阶段，暂态饱和区进一步扩展到地面，此时形成地表径流。本文据此提出贮水泄流公式对这3个阶段进行定量描述，并构建了基于暴雨壤中流机制的山区水文模型（subsurface storm flow-based mountain hydrological model, SSFM）。以湖北省丹江口市官山河流域为典型，选取12场实测洪水过程，用SSFM模型进行模拟，并将其结果与TOPMODEL模型、分布式时变增益模型、新安江模型的模拟结果进行对比分析。从模型对比可以看出：1）时变增益模型（TVGM）、新安江模型、TOPMODEL模型及SSFM模型模拟结果的平均洪峰误差分别为–29.61%、–51.74%、–29.08%、–24.82%，径流深误差分别为–30.83%、–26.87%、–18.43%、–9.67%。2）“基岩贮水”和“快速泄流”可以解释官山河流域山洪过程中出现的“雨大水小、雨小水大”的异变特征。这些结果也表明，由于引入了3阶段暴雨壤中流机制，SSFM模型的模拟效果比其他模型有较为明显的改进，更加适合在湿润山区小流域进行水文模拟，在山洪预警预报方面具有深入发展和应用的价值。  
        关键词：官山河流域;暴雨壤中流机制;3阶段贮水泄流公式;SSFM模型;洪水模拟   
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        发布时间：2024-01-18
      • 陈江,熊杰,李宇驰,熊峰
        2023, 55(1): 296-303. DOI: 10.15961/j.jsuese.202101023
        摘要：相比于常规混凝土结构，水下混凝土结构开裂对结构安全具有更加恶劣的影响，准确、及时地监测裂缝的发生发展过程，对保障涉水工程安全、防止事故具有重要意义。本文基于流体–热源–裂缝的热效应耦合作用，提出水下混凝土结构裂缝监测的温度示踪法，并设计3种裂缝监测方案，分别采用监测管–多孔套管组件、监测管–空心套管组件和监测管–灌水管组件实现开裂信息与开裂部位热力学信息的转换。其中：前两种监测方案主要利用热传导原理，使开裂后裂缝周围介质的热力学参数发生改变，从而改变热量传递规律；第3种方案主要利用对流传热原理，通过灌水使裂缝截面产生对流传热效应，从而提高传热速度。针对上述3种监测方案，分别制作了混凝土梁试件，采用光纤光栅温度传感器和陶瓷加热管组成的传感加热单元开展了瞬态传热模型试验，根据热源降温曲线的分段特征，定义了反映热源降温速度的判别指标，利用该指标进行裂缝的识别，并对3种方案的裂缝识别效果进行分析和对比。结果表明：3种监测方案均能很好地判断是否有裂缝产生；在裂缝定位方面，方案3效果更好；在裂缝宽度定量识别方面，方案1无法识别裂缝宽度，方案2仅可在流动水环境中识别裂缝宽度，方案3可根据渗漏流量识别裂缝宽度。  
        关键词：结构健康监测;裂缝检测;点热源;光纤光栅;温度示踪法   
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        发布时间：2024-01-18
      • 路韡,李子奇,刘世忠,李健宁,王力
        2023, 55(1): 304-312. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100466
        摘要：为降低自锚式悬索桥体系转换施工费用、提高施工效率、简化分析过程，以抛物线理论为依据，推导出主缆垂度的影响参数，结合各参数的可控性、敏感性，通过调整主索鞍顶推和吊杆张拉策略，提出3阶段2轮张拉吊索不接长体系转换方案。为在有限元计算时精确模拟方案中主、散索鞍施工状态，将索鞍圆心点与塔顶或散索鞍底座中心点建立刚臂和主从约束两个边界，通过激活、钝化刚臂模拟索鞍临时固定和滑移状态，通过设置索鞍圆心点强制位移模拟索鞍超顶状态。以双塔3跨和独塔2跨2座自锚式悬索桥为例，根据现场实际情况分别制定了2套吊索不接长体系转换方案，并建立有限元模型对2座桥梁体系转换过程进行模拟和分析。结果表明：自锚式悬索桥主跨是避免吊索接长的关键桥跨，主缆跨径和主缆长度是影响主缆垂度、避免吊索接长的关键可控参数；通过增大主缆初期变形可有效避免吊索接长，实施方案为张拉主跨长出段吊索使主索鞍超前就位，以改变主缆跨度；提前施工部分二期恒载、加劲梁在第1轮吊索张拉后脱架，以增加主缆弹性伸长。由2座桥梁实例分析结果可知，体系转换前期主索鞍可控滑移、超前就位，后期对称张拉桥塔两侧吊索，使主缆和主索鞍间的抗滑移安全系数和桥塔应力均变化平稳，所提方案和索鞍模拟方法达到了预期目的，可为同类型自锚式悬索桥体系转换提供参考。  
        关键词：自锚式悬索桥;体系转换;主缆线形;吊索张拉;索鞍顶推   
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        发布时间：2024-01-18
      • 江杰,龙逸航,欧孝夺,邢轩伟,张探
        2023, 55(1): 313-324. DOI: 10.15961/j.jsuese.202101018
        摘要：相比直线线路盾构施工，新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂，且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段，结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解，考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响，计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解；第2阶段，将土体竖向位移视为位移荷载，施加在既有隧道上，基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论，构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程，运用有限差分法对方程降阶并求解。最后，与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性，并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明：新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性，最大沉降位置位于弯道内侧1～2 m处，与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R0会增加既有隧道沉降，弯道内侧沉降增速大于弯道外侧，一般要求R0不小于300 m；当R0大于600 m时，可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降，沉降增加速度也随D′的增大而增大，但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Zc会减少既有隧道沉降。  
        关键词：曲线盾构隧道;新建隧道;既有隧道;镜像法   
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