裂隙岩石抗剪强度弱化临界水压力及统计损伤本构模型

水岩耦合作用下的坝肩岩石强度参数弱化效应对高拱坝枢纽的长期安全稳定运行具有重要影响。针对坝肩裂隙大理岩抗剪强度参数的水压弱化效应，首先，采用岩石力学测试系统，开展了不同渗透水压作用下裂隙岩石三轴压缩试验；其次，结合岩石应力应变曲线分析了渗透水压对裂隙岩石抗压强度、黏聚力和摩擦系数的影响；最后，基于有效应力原理，分析获得岩石的弱化临界水压力，进而研究了考虑渗透水压的岩石统计损伤本构模型。结果表明：渗透水压对裂隙大理岩抗剪强度参数的影响主要表现为其对黏聚力的弱化效应，黏聚力弱化率随渗透水压增大会大幅度增加，最大弱化率接近100%,黏聚力弱化率为0时的水压力为弱化临界水压力。弱化临界水压力作为渗透水压对岩石强度和黏聚力弱化的界限值，可用于界定渗透水压对裂隙岩石抗剪强度的影响规律。基于渗透水压对抗剪强度参数的影响，构建了考虑水压弱化效应的岩石统计损伤本构模型，并进行试验数据验证，结果表明：该模型能实现水岩耦合作用下岩石破裂全过程的演变规律计算。研究成果对裂隙岩石弱化效应与高拱坝坝肩的稳定分析具有一定的参考价值。     

延展钢网板用于拱形支护的研究

研究延展钢网板的力学特性及其简化计算的模型 ,同时探讨了这种新型支护材料在水利工程中的应用前景。通过对拱形延展钢网板的力学特性进行有限元数值模拟 ,用刚度等效的平板模拟拱形廊道支护试验中的延展钢网板 ,所得的计算结果与试验值比较接近。结果表明 ,用等效的平板模型来模拟延展钢网板是可行的 ,从而为钢网板在工程中应用提供一种简便而可靠的计算方法     

水工隧洞衬砌底板缺陷诱因及其对结构安全的影响分析

水工隧洞长年运行会出现裂缝、磨损、掉块、冲坑等缺陷,极大影响工程安全。针对水工隧洞衬砌底板冲坑产生的原因及其对结构安全的影响问题,开展隧洞断面水力特征参数的数值模拟,从水力学角度分析衬砌底板冲坑产生的原因,并开展运行和检修工况下不同冲坑深度对衬砌结构受力的影响分析,结合监测数据与模拟成果对冲坑所在位置截面承载能力进行验算,结果表明：隧洞底板流速与紊动能均较大,在运行过程中受高速水流冲蚀作用最强,也最容易产生破坏。冲坑形成后主要对隧洞底板和边墙弯矩的对称性及数值影响较大,对轴力及剪力影响较小。受内外水压力控制的差异,相对于检修工况,运行工况下冲坑对结构安全的影响更加明显,冲坑导致截面抗弯刚度显著减小,随着冲坑深度增加,抗弯承载力逐渐减小,工程运行中应重点关注运行工况下底板混凝土的冲刷情况。     

基于机器人检测的引水隧洞结构缺陷特征分析

利用机器人对水工隧洞进行检测是解决引水隧洞斜井段安全巡检的有效手段。采用爬行机器人搭载三维激光扫描仪及高清摄像装备对引水隧洞进行结构巡检,通过三维点云处理与缺陷数据拼接获取引水隧洞断面的缺陷信息,并结合缺陷数据处理成果分析引水隧洞结构缺陷特征及分布规律,实现了引水隧洞表观缺陷形态不规则、分布不均、多种缺陷共存的巡检与分析。结果表明：引水隧洞内存在的缺陷包括裂缝、渗漏、漏筋等,上平段缺陷数量明显多于斜井段,其中裂缝是最主要的缺陷类型。上平段裂缝主要分布在洞顶位置,多以垂直洞轴线的横线裂缝存在;斜井段裂缝均匀分布在洞周各个位置,走向以斜向裂缝居多。可见,上平段和斜井段缺陷数量和裂缝特征均存在较大差异,在后期的安全巡检过程中更应该主要关注裂缝的扩展情况。     

引水隧洞结构安全风险评价的动态Bayes网络模型

在运行期内，引水隧洞结构安全的影响因素较多且会随时间发生变化，因此，需要对引水隧洞结构安全进行分析评价。该文建立了一个动态Bayes网络(dynamic Bayesian network,DBN)模型评估引水隧洞的结构安全。首先，通过文献调研和专家咨询，确定引水隧洞结构安全的影响因素；然后，基于模糊层次分析法进行专家咨询，确定条件概率表(conditional probability table,CPT);最后，利用智能机器人巡检结果获得先验概率，并根据隧洞寿命的指数分布假设确定指标的转移概率。将模型应用于中国大渡河流域某水电站引水隧洞的结构安全评价，前向推理结果表明：引水隧洞整体风险较低，约在40 a后风险值增加至0.800,需要采取修补措施。反向传播结果显示：在不同的安全期，引水隧洞需关注不同的安全指标。该模型的评价结果与工程判断一致，表明模型具有较好的准确性和实用性。     

用于可再生电力消纳的沼气直接甲烷化研究

利用甲烷化反应将沼气中的二氧化碳转化为甲烷可以同时实现绿氢的消纳和可再生能源的高效利用。本文将沼气直接甲烷化和高温固体氧化物电解池(SOEC)电解水制氢过程耦合,以实现可再生电力的消纳与生物沼气能源的利用。首先,对比了Pt基镍硅催化剂和Ru基镍铈催化剂的CO₂甲烷化活性,二者均能高选择性地在400℃、0.1 MPa下实现模拟沼气中CO₂的甲烷化,Pt基镍硅催化剂由于更低的贵金属用量具有一定的成本优势。其次,通过二段甲烷化工艺优化,使用Pt基镍硅催化剂在2620 h^-1空速下单程转化率超过95%,甲烷选择性接近100%。最后,建立了SOEC电解水制氢与沼气直接甲烷化的工艺计算模型,系统理论能效为70.6%;通过热交换网络的设计,系统理论能效提高到85.4%,能效提升显著。