基于正交试验土石坝热-流耦合模型参数的敏感性分析

【目的】研究热-流耦合模型参数的敏感性,减小运行期土石坝热-流耦合模型参数校正过程的工作量,为土石坝热 流耦合模型参数选取提供依据。【方法】采用正交试验法,以某水库土石坝为例,基于大坝热-流耦合模型,以坝体与坝基平均温度作为敏感性分析的主要指标,对大坝热-流耦合模型各参数的敏感性进行分析。【结果】渗透率和土体比热容对土石坝温度场影响较敏感,其极差值分别为0.124 5和0.086 2,其余参数的敏感性由强到弱依次为孔隙率(n)、饱和含水率(θs)、导热系数(λ)、残余含水率(θr)和土体密度(ρ),极差值分别为0.046 5,0.029 3,0.026 6,0.014 3和0.011 3,相对于渗透率和土体比热容,这5个参数对于温度场计算结果的影响较小。【结论】在对土石坝温度场进行校正时,应将模型中的渗透率和土体比热容作为重点参数。     

单个围桩-土耦合抗滑结构的土压力试验分析

针对新型桩-土耦合抗滑结构的工作机理研究,通过常规室内模型试验,采用土压力盒等应力测试手段,分析耦合结构中各围桩在滑体中的应力变化。结果表明:黏性土滑坡体中,采用围桩间距为4倍桩径,呈正六边形布置的耦合结构,锚固深度为桩长的2/5,在滑坡推力作用下,抗滑段内各围桩后土压力近似呈抛物线分布,在滑面以上约桩长的10%附近出现最大值。各围桩与桩中土压力值大致相等,围桩与桩间土体能够形成桩土耦合体共同来抵抗外荷载。锚固段内土压力值普遍较小,大致呈三角形分布,为讨论这种耦合结构的计算理论提供依据。     

基于KPCA RVM的土石坝沉降预测模型研究

【目的】针对土石坝坝体沉降存在多变量、强耦合、强干扰的复杂问题,建立基于KPCA-RVM的土石坝沉降预测模型。【方法】利用核主元分析(KPCA)对输入向量进行降维处理,以减少因子个数,随后利用相关向量机(RVM)模型对土石坝沉降进行预测,并以平均相对误差为指标对预测精度进行评价。【结果】实例应用表明,KPCA-RVM模型将输入向量由14个降低到7个,预测结果的平均相对误差仅为0.9%,预测效果得到明显提升。【结论】利用KPCARVM模型对土石坝进行沉降预测,不仅可以减少输入向量个数,而且可以提高预测精度,可在实际工程中推广应用。     

水质模型的全局参数敏感性分析

LH-OAT全局参数敏感性分析方法集成了LH抽样与随机OAT方法的优点,在随机OAT的基础上融入LH抽样法,保证参数敏感性分析的强壮性及有效性。但LH-OAT方法必须依靠复杂的计算机程序来实现,因为没有通用程序而限制了其推广应用。试验研究了LH-OAT方法的通用程序设计,并成功用于WASP富营养化水质模型中浮游植物动力学模型的全局参数敏感性分析。结果表明在充足供氮、磷时,浮游植物生物量变化率最敏感的参数是水温,其次是浮游植物的内源呼吸速率和温度调节系数,其三是浮游植物中叶绿素a与碳的比值,处于第四位的是浮游动物的数量;各参数合理的取值范围是成功使用LH-OAT方法的关键。     

基于EFAST方法的CERES-Wheat作物模型参数敏感性分析

为有效识别作物模型关键参数,减少模型模拟的不适用性,根据中国农业大学上庄实验站小麦田间实测数据,应用EFAST方法对CERES-Wheat模型输入参数进行定量的全局敏感性分析,分析小麦模拟产量对作物参数、土壤参数和田间管理参数变化的敏感性。结果表明:CERES-Wheat模型的作物品种型参数中,标准籽粒质量参数对模拟结果影响最大,而生态型参数中影响最大的是营养生长末期叶片面积质量比率;土壤参数中的矿化系数对模拟结果影响最显著;管理参数中的施氮量、播种日期、施肥日期、播种深度对模拟结果影响较显著。基于EFAST方法的敏感性分析对作物模型修正具有指导意义,可为确定模型关键参数及模型进一步优化提供参考依据。     

基于DNDC模型的红枣生长模拟参数敏感性和产量不确定性分析

【目的】研究红枣生长模型模拟输入参数的敏感性和产量预测不确定性,为红枣生长模拟模型的本地化和区域化参数调整优化提供依据,以提高模型模拟预测精度和效率。【方法】以新疆昆玉市现代农业示范区为研究区,应用可扩展傅里叶振幅敏感分析法(EFAST)和蒙特卡罗法分析基于DNDC模型系统新构建的红枣生长模型的输入参数敏感特性和产量预测不确定性。【结果】作物参数中全株生物量中果实比例(Gfra)、最大作物产量(MaxY)、生长积温(TDD)和需水量(WaterR)等指标敏感度最高,土壤参数中田间持水率(FC)和孔隙度(Por)等指标敏感度最高,田间管理参数中灌溉量(IrrAm)、施肥量(FerAm)和有机肥施肥量(ManAm)等指标敏感度最高;随着参数的波动范围由±5%增大到±10%,红枣预测产量正态分布的相关一致性系数增大,模型的平稳性增加。【结论】调整参数优化模型,并对2015～2019年各年份进行产量模拟测试验证,预测产量结果相对误差控制在±8%以内(最小误差为-1.99%),调整红枣产量预测模型参数,提高了模型预测产量的精度,优化趋于合理。     

不同参数取值范围下CROPGRO-cotton模型全局敏感性和不确定性分析

在对新作物模拟的过程中,需要对品种参数重新进行率定,但是很多参数难以测量和校正,所以需要确定参数的取值范围。目前,参数的取值范围大部分通过2种方式得到：(1)实测数据和前人文献;(2)参数初始默认值的某个百分比上下变动。前者因为很多实测数据和率定后的参数未公布,所以选择后者确定参数取值范围。在5个参数取值范围(10%、20%、30%、40%、50%)下,通过Simlab软件,采取扩展傅里叶幅度敏感性检验(EFAST)法,对不同参数取值范围的输出变量进行敏感性和不确定性分析可知,30%的参数取值范围能很好地模拟作物生长。敏感性分析与不确定性分析标明其输出变量成熟期(MDAP)、产量(HWAM)、生物量(CWAM)的一致性检验系数(TDCC)分别为0.86、0.9、0.88,P值(显著性分析)均小于0.05,具有显著一致性,开花期(ADAP)的TDCC较小,为0.66,这因为只有参数EM-FL为敏感性参数,其余参数均不敏感。模型的输出结果中ADAP、MDAP、HWAM的实测值均处于95%置信区间内,CWAM略差。本研究可帮助CROPGRO-cotton模型在南疆地区的应用提升模拟精度和模拟...     

基于变化环境的地下水动态敏感性分析方法研究

【目的】探索、完善地下水动态敏感性分析方法。【方法】通过对地下水动态敏感性分析方法研究现状的分析,对地下水动态敏感性分析的概念进行了重新定义,并探索性地将正交试验与地下水动态建模相结合,用以进行地下水动态敏感性的分析。【结果】建立了基于改进正交试验法的地下水动态敏感性分析方法,将该方法用于宝鸡峡灌区,所得结果与现有其他方法所得结果相近,即均认为地表水灌溉量和蒸发量是影响灌区地下水动态的主要因素,并且该方法也在理论上克服了现有分析方法的一些局限性。【结论】基于改进正交试验法的地下水动态敏感性分析方法在实际中具有一定可行性,是对传统地下水动态敏感性分析方法的补充和完善。     

基于热-结构耦合的含水疏松砂岩隧洞冻结施工数值分析

【目的】针对含水疏松砂岩冻结法施工问题,对冻结帷幕进行应力应变分析,为同类岩土的施工和设计提供依据,也为冻结法施工多场耦合数值模拟奠定基础。【方法】以甘肃引洮一期工程7#隧洞为例,在综合考虑隧洞掘进对温度场、位移场和应力场影响的基础上,依托热学理论及有限元分析软件ANSYS,对隧洞进行热-结构耦合三维数值模拟分析。【结果】通过对隧洞进行热-结构耦合三维数值模拟分析,得到隧洞冻结与开挖过程中冻结帷幕厚度为3.3m,温度场平均温度为-13.3℃,冻土帷幕最大沉降量为2.46mm,满足设计要求;同时通过对最危险断面的应力与应力强度进行对比,得到Y方向应力和切应力安全系数分别为5.57和7.95,大于规范中供设计时的最大参考值2.0。【结论】对于含水疏松砂岩冻结法施工,温度和结构具有相关性,热-结构耦合分析相比结构分析和热应力分析精确度更高。     

高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法研究

【目的】建立新的有限元分析方法,为准确合理地进行高面板堆石坝的坝坡稳定动力分析提供参考。【方法】基于应力水平的有限元计算结果,将大型有限元软件ADINA的应力变形计算功能与GEO-SLOPE软件的边坡稳定分析功能相结合,提出了高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法,并利用该方法对紫坪铺水利枢纽工程面板堆石坝在"5.12"汶川大地震期间的大坝动力反应及坝坡稳定进行了三维有限元模拟分析。【结果】利用建立的高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法,对紫坪铺水利枢纽工程面板堆石坝位移的动力分析计算结果与该坝震后位移实际观测结果基本吻合,坝坡动力稳定的分析计算结果与震后实际调查分析结果基本一致。【结论】所提出的高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法是合理的,所获得的计算结果准确可信。     

单轴压缩条件下岩石破损过程的CT试验分析

采用工业计算机层析(ICT)设备与全数字液压实验系统EHF-EG200KN试验机,对大台煤矿冲击倾向性煤层底板岩石试样进行了单轴压缩荷载作用下的CT试验,得到了单轴压缩荷载作用下不同应力阶段岩石试样微裂纹发展的CT图像。通过对CT图像灰度值的分析,得到单轴压缩荷载作用下岩石的损伤破裂过程。为进一步研究煤层底板岩石的破坏及冲击地压的发生机理提供依据。     

基于CT图像的岩石破裂过程裂纹分形特征分析

岩石材料存在不同阶次随机分布的微观孔隙和裂纹,其受载后的宏观断裂失稳和破坏与内部微裂纹的分布以及微裂纹的产生、扩展和贯通有密切关系.通过对岩石CT图像中各点材料进行分析,清晰地看到岩石材料中孔洞及裂纹区域的大小分布随应力的变化过程.利用分形维数对裂纹扩展至破裂过程进行分析,揭示岩石裂纹从萌生、扩展到贯通的细观破损机理....     

基于系统动力学的雏菊世界模型气候控制敏感性分析

Lovelock于20世纪70年代提出了著名的盖娅假说,认为地球是一个由生物和非生物环境组成的“超级有机体”,有能力调节自身的气候和化学组成,使之适合于生物的生存.盖娅假说遭到了生物学家,尤其是新达尔文主义者的强烈批评,认为它是目的论;随后,Lovelock通过雏菊世界模型论证了该假说.模型中的黑雏菊和白雏菊通过反射较少或较多的太阳光来调节地球的温度.基于雏菊世界模型,通过假设不同的初始条件——不同初始面积分配和不同的太阳光反射率组合,运用系统动力学对雏菊世界的温度调节能力进行了敏感性分析.结果证明,既使初始条件有差异,雏菊世界仍能够通过自我调节机制调节系统稳定时的星球温度,达到最适合生物生存的温度.雏菊世界模型对于初始面积分配、光照反射率组合条件不敏感.最后,雏菊世界模型的优点在于系统分析思想和以及对地球系统的简化,但是随着人类活动对地球系统影响的日益显著,建议模型应包含更多的环境、生物变量以及反馈关系和人类活动因素,将盖娅系统融入到自然-人类耦合的大系统中.     

深部原岩应力场有限元反演与工程应用研究

【目的】构建基于实测数据的深部原岩应力场有限元多元回归反演分析模型,为实际工程设计和科学研究提供基础数据。【方法】针对有限测点原岩应力数据仅能反映局部应力场,远不能表达原岩应力场分布规律的缺陷,在分析霍州矿区地质条件的基础上,应用大型通用软件ANSYS12.0建立了最大埋深达930 m的研究区域原岩应力场数值计算力学模型,并利用4个测点的实测数据进行了原岩应力场有限元多元回归反演分析。【结果】多元回归的复相关系数为0.904 0,接近于1.0。研究区域内煤岩体3个主应力几乎全为压应力,原岩应力分布均匀,但分层现象明显,且受断层影响较大;310水平上2#煤顶板最大主应力为15.0~17.0 MPa,由于地质构造差异,在距离边界250~450 m处存在一个应力相对增高的地带。【结论】建立了原岩应力有限元反演分析模型,其计算结果与实测结果的拟合程度较高,可为矿井建设和安全生产提供原岩应力基础资料,有较强的工程实用性。     

小湾河水库混凝土面板堆石坝应力应变计算分析

采用有限元分析法,选取秦安小湾河混凝土面板堆石坝坝体典型剖面,利用ANSYS软件建立模型和划分网格,模拟工程实际分期、分级施加荷载,在竣工期和蓄水期2种工况下进行二维有限元应力应变计算,分析了不同工况下坝体最大垂直位移和上下游最大水平位移,坝体最大大、小主应力,面板顺坡向应力及周边缝剪切、拉伸位移的情况.结果表明:垂直位移的变化不如水平位移的变化明显,坝体的应力水平均不高,周边缝的拉伸位移和剪切位移都较小,面板变形协调,坝体位移及应力应变满足安全要求.依据工程实例,此方法计算精度满足要求,方法简便、成果直观.     

基于双层复形法的重力坝断面优化研究

【目的】进行重力坝断面优化设计的算法研究,为减小重力坝断面面积,优化重力坝体型提供参考。【方法】以复形法为基础,简化了在所有约束条件下寻找可行点的收缩步骤以减少计算次数,然后构造了双层优化结构,即把第1层复形的优化结果作为第2层复形的初始点,再以复形法原理进行优化,最后以某拟建重力坝为实例进行了坝体横断面的优化分析。【结果】优化后的各断面特征参数均满足要求,其断面面积较原设计方案减小了15.97%,坝体体型更瘦,且坝体上、下游应力分布更加合理。【结论】双层复形法较复形法具有更高的稳定性、更快的收敛速度,可适用于大体积、结构复杂的水工结构优化设计。