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复杂双面边坡整体稳定性分析
潘池, 李飒
当前状态:  doi: 10.12170/20190730001
[摘要](10) [HTML全文](10) [PDF 1811KB](0)
摘要:
实际工程中边坡常呈现出复杂的几何结构,利用有限元强度折减法讨论了3种边界条件下凹凸坡结构和不同坡度组合情况双面边坡的安全系数和破坏特性,并与单面平直边坡进行对比分析。研究发现:在本次计算条件下,双面边坡垂直放坡时,单面平直边坡的安全系数大于凸坡;对于凸坡其他情况,全约束边界条件下安全系数最大,与平直边坡相比提高了约3%。所有形式的凹坡的安全系数均大于平直边坡,其中,全曲面凹坡在全约束边界条件下安全系数提高了近10%,约为其余样式凹坡的2倍。当双面边坡横纵坡度不等时,边坡沿危险坡面产生滑移,决定边坡整体稳定性的因素为较陡的坡度;坡度相等时,边界条件对双面边坡破坏模式的影响较为明显,不同边界条件将导致边坡不同的破坏形态,在半约束条件下,双面边坡只沿法向约束一侧产生滑移破坏,而另外两种约束条件下,其破坏区域均为对称形状。
基于RBF代理模型和粒子群算法的水交换优化研究
戚蓝, 郑诗豪, 张丛林
当前状态:  doi: 10.12170/20190724002
[摘要](11) [HTML全文](9) [PDF 885KB](0)
摘要:
良好的水交换对改善水环境、提高水域周边景观效果等具有十分重要的作用。而引水置换的方法对促进水交换效果显著,但利用数值模拟进行水交换研究耗时长、效率低,且人为改变参数的局限性大,不利于寻找最优的换水方案。为解决这一问题,基于径向基函数(简称RBF)代理模型建立水交换优化模型,并通过粒子群算法求最优解。以某人工岛游艇别墅区港池初拟方案为例,验证该方法的可行性和优越性。算例结果表明:(1)构建的基于RBF代理模型的水交换优化模型精度较高;(2)基于RBF代理模型的水交换优化模型计算1次所需时间量级为秒,而传统数值模拟计算的量级为小时;(3)通过粒子群算法,对建立的基于RBF代理模型的水交换优化模型求解,得到研究区域的最优换水方案。上述最优方案的结果与MIKE21水动力和对流扩散模型的计算结果相符。
三峡枢纽下游引航道水力波动叠加效应研究
程龙, 李云, 安建峰
当前状态:  doi: 10.12170/20190811001
[摘要](11) [HTML全文](8) [PDF 1063KB](0)
摘要:
为深入探索三峡枢纽运行产生的水力波动在下游引航道内的叠加规律,从明渠非恒定流基本方程出发,建立了三峡-葛洲坝两坝间河道及三峡枢纽下游引航道的Preissmann四点隐式差分格式数学模型,研究了引航道波动叠加规律,分析了河道基流和初始水位对波动特性的影响,并对葛洲坝枢纽流量不变和敞泄时三峡枢纽下游引航道口门和升船机下闸首的水位波动过程进行了回归分析。研究表明,引航道口门的波动过程主要由两坝间净流量所引起的平均涨水过程和以其为平衡轴的振荡过程叠加而成;升船机下闸首水位波动过程则表现为引航道口门波动过程和引航道内往复波流的叠加,其相对波动幅值的衰减过程基本符合指数规律。回归分析得到的表达式,能有效获得引航道水位波动过程,具有较高的模拟精度。
张家口冬奥会核心区非点源污染负荷估算
张冉, 夏建新, 任华堂
当前状态:  doi: 10.12170/20190822001
[摘要](10) [HTML全文](7) [PDF 1102KB](0)
摘要:
确定非点源污染负荷量对于张家口冬奥会核心区水环境安全具有重要意义。利用输出系数法,结合数字高程模型,根据2015年土地利用遥感数据以及2007—2016年统计年鉴数据,计算了非点源污染输出负荷量和空间分布,分析了不同类型污染负荷的贡献。结果表明:(1)2007—2016年非土地利用因素污染源年输出的TN污染负荷量为1 154.25~17 540.39 kg;年输出COD污染负荷量为2 114.76~34 552.41 kg;年输出TP污染负荷量为51.29~842.54 kg;年输出NH4+-N污染负荷量为34.40~514.88 kg。(2)土地不同利用类型输出的TN污染负荷量为33 372.94 kg;COD污染负荷量为21 453.45 kg;TP的污染负荷量为512.82 kg;NH4+-N的污染负荷量为1 129.78 kg。(3)农业人口生活和耕地为输出非点源污染负荷量的主要污染源。(4)污染物输出负荷量的空间分布不均匀,东沟上游子流域和下游出口子流域的输出量比较高,太子城河中下游子流域输出负荷量相对较高。
框架式海堤变形模拟与稳定影响因素分析
郑安兴, 毛前, 臧振涛, 周建芬
当前状态:  doi: 10.12170/20190806002
[摘要](11) [HTML全文](5) [PDF 834KB](0)
摘要:
以温州框架式海堤为背景,采用有限元强度折减法,分析密排桩结构参数和桩基周围淘蚀对框架式海堤变形、稳定性的影响。计算结果表明:随着密排桩桩长增加,密排桩桩身水平位移不断减小;密排桩径对桩身水平位移的影响较小;密排桩排间距对桩身水平位移基本没有影响;随着桩基周围淘蚀深度增加,密排桩桩身水平位移不断增大,增大幅度最大位置都发生在桩顶;随着密排桩桩长增加,框架式海堤整体稳定安全系数增大;随着密排桩桩径增大,框架式海堤整体稳定安全系数增大;密排桩排间距为2.1 m时,框架式海堤整体稳定安全系数最小。
基于随机森林与支持向量机的水库长期径流预报
李伶杰, 王银堂, 胡庆芳, 刘定忠, 张安富, 巴亚荃
当前状态:  doi: 10.12170/20190626001
[摘要](125) [HTML全文](77) [PDF 975KB](7)
摘要:
水库长期径流预报对于研判水文情势变化和指导水库调度管理具有重要意义。针对云南龙江水库年、汛期和枯水期平均入库径流,利用随机森林从环流指数、海温、气压和前期月径流中选取关键预报因子,基于粒子群与交叉验证相结合的算法优选参数,建立随机森林与支持向量机模型,开展龙江水库入库径流预报研究。结果表明,太平洋中北部与西部气候因子对径流预报的影响较大,前期月径流对年、汛期径流的重要性偏低,但对枯水期的影响程度与部分气候因子相当。随机森林与支持向量机模型总体精度较高,模拟与预报的合格率均达到85%以上,平均绝对百分比误差均低于15%,支持向量机的泛化能力强于随机森林,但二者在局部极值流量处的预报精度尚有待提升。
翻斗式雨量计翻斗旋转时间特性分析
廖敏涵, 刘九夫, 廖爱民, 黄一昕, 蔡钊, 闵星, 李薛刚
当前状态:  doi: 10.12170/20190610001
[摘要](46) [HTML全文](26) [PDF 798KB](1)
摘要:
在翻斗式雨量计的研究中,由于翻斗旋转速度较快,造成翻斗旋转时间的测量一直以来都是一个难点。利用图像处理中的帧间差分法,结合Matlab软件编程,提出了一种新的翻斗旋转时间测量方法。在此基础上,将该方法应用于4种常用的翻斗式雨量计,在不同的雨强尺度下分别进行试验研究,分析翻斗旋转的时间特性。结果表明:(1)试验中使用的4种单层翻斗式雨量计的翻斗旋转时间在小雨强下不稳定,波动较大;在大雨强下较为稳定,波动较小。(2)JDZ02和CQS·JD02的翻斗旋转时间随雨强的增大而减小,呈较好的线性关系,R2分别为0.99和0.86;JDZ05和CQS·JD05的线性关系不明显,R2均小于0.6。(3)引入数字图像处理中的帧间差分法可以有效获取翻斗旋转的时间特性,可以加深对翻斗雨量计的认识。
高聚物防渗墙在交通荷载作用下的应变特征
郭成超, 杨建超, 石明生, 蔡兵华, 李忠超
当前状态:  doi: 10.12170/20190520001
[摘要](70) [HTML全文](35) [PDF 1278KB](2)
摘要:
高聚物防渗墙是针对土质堤坝防渗加固的新型防渗技术,具有施工快捷方便、防渗性能优良、绿色环保等诸多优势,在实际工程中应用越来越广泛。为研究高聚物防渗墙的应变特征,以堤坝模型试验为基础,建立堤坝高聚物防渗墙三维有限元模型,分析了交通荷载(大车正载、大车偏载、动态冲击荷载)作用下防渗墙的横向应变以及竖向应变,并且通过与现场模型试验结果对比,验证了数值模型的合理性,得出高聚物防渗墙的应变随深度呈现先快速增大至峰值后减小至稳定状态的三段式变化规律。同时得到了在相同位置作用不同冲击荷载和防渗墙在不同位置作用相同冲击荷载时的应变变化曲线。结果还表明高聚物防渗墙表现出一定的柔性特征,有利于防渗墙防渗功能的发挥。
海河流域近500年旱涝演变规律分析
严小林, 张建云, 鲍振鑫, 王国庆, 关铁生
当前状态:  doi: 10.12170/20190603002
[摘要](75) [HTML全文](46) [PDF 1165KB](2)
摘要:
研究海河流域近500年旱涝演变规律能为流域防汛抗旱、防灾减灾提供科学依据。基于海河流域内1470—2000年间11个序列较完整站点的旱涝等级数据,采用小波分析、功率谱分析以及经验正交分解方法对海河流域旱涝时空演变规律进行了分析研究,结果表明:(1)海河流域1470—2000年期间经历了干旱(1470—1644年)-湿润(1645—1898年)-干旱(1899—2000年)的旱涝转换;(2)1470—2000年流域旱涝呈现出2~7年、10.4年(为什么这个有小数???)、19年、22年和25年左右的周期性变化特征,其中10.4和22年周期变化显著;(3)EOF第一模态表现为全流域性的干旱或洪涝,其方差贡献率为44%;第二模态为流域自西向东涝-旱-涝(或旱-涝-旱)的分布特征,其方差贡献率为12%。
椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算
才瀚涛, 黄华, 詹杰民
当前状态:  doi: 10.12170/20190608001
[摘要](132) [HTML全文](90) [PDF 1131KB](4)
摘要:
应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,并且,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增加而增加。
水压力环境中混凝土孔隙水压力变化规律研究
孙豹, 彭刚, 王乾峰, 梁辉
当前状态:  doi: 10.12170/20190322001
[摘要](129) [HTML全文](76) [PDF 764KB](3)
摘要:
为研究水压力环境中混凝土的孔隙水压力变化规律,进行了不同水压力作用下混凝土的孔隙水压力变化试验,基于试验数据,采用有限元软件ANSYS对不同水压力作用下混凝土的孔隙水压力变化进行瞬态反演数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:在水压力作用下,混凝土的孔隙水压力变化特征可分为快速增加、缓慢增加和稳定等3个阶段,当混凝土在0.875 MPa的水压力作用下,混凝土的孔隙水压力达到与所施加水压力相等的值需要9 h以上。采用有限元软件ANSYS数值模拟得到混凝土的孔隙水压力变化规律与试验数据吻合较好。
感潮河段支流口门枢纽布置方法研究
李寿千, 朱明成, 朱昊, 杭丹, 陆永军
当前状态:
[摘要](140) [HTML全文](129) [PDF 761KB](1)
摘要:
跨流域调水工程中,感潮河段支流口门枢纽受到用地条件限制常距江较近且开敞布置,进出口门水流受到非对称涨落潮流牵制,引水、排涝、通航功能协调困难。以新孟河延伸拓浚工程界牌水利枢纽为例,通过物理模型与数学模型试验相结合的方法,研究枢纽水动力条件及存在问题,并在此基础上提出枢纽总体布置方法。结果表明,枢纽外江侧口门开敞,引排水受涨落潮牵制明显,致使入江口堤头凸出挑流,泵站、节制闸进口及引航道口门区存在斜流;而枢纽内河侧边界固定,且节制闸正对引河,引航道处于遮蔽区,引排水流平顺。枢纽整体布置遵循以下原则:新开引河口门区与主河道呈锐角布置,角度取决于涨落潮历时对比,协调引水功能;引河与主河道之间堤头形态呈梯级布置,下梯级为锐角,上梯级为钝角,协调排水功能;节制闸正对引河布置,船闸布置在节制闸常态缓流区侧,泵站布置在节制闸另一侧,重点协调通航功能;枢纽尽可能远离口门区,使泵站和引航道位于岸线遮蔽区,减弱不良流态,协调枢纽各功能并使其充分发挥。( 请确认基金名及编号??)
中国水-能源-粮食关联系统协同安全评价
刘晶, 刘翠善, 李潇, 王国庆, 鲍振鑫
当前状态:  doi: 10.12170/20190603009
[摘要](223) [HTML全文](109) [PDF 951KB](7)
摘要:
为保障我国水-能源-粮食关联系统安全,运用压力状态响应模型对我国2007—2016年水-能源-粮食关联系统进行协同安全性评价。选取16个代表性指标,构建我国水-能源-粮食关联系统协同安全评价指标体系及评价模型,利用层次分析法确定各指标权重,根据2007—2016年全国及各省区相关指标统计数据,对全国及不同地区水-能源-粮食关联系统进行协同安全评价。结果表明:近10年全国水-能源-粮食关联系统的协同安全度总体呈波动上升趋势。北京、天津和上海等省区水-能源-粮食关联系统综合协同安全度较高;而宁夏、新疆和重庆等地区综合协同安全度低;大部分省区关联系统综合协同安全度水平2012—2016年高于2007—2011年。
雅砻江流域水电站水足迹计算及分析
俞雷, 贾本有, 吴时强, 吴修锋, 徐鹏, 魏金俐
当前状态:  doi: 10.12170/20190603003
[摘要](170) [HTML全文](96) [PDF 740KB](6)
摘要:
为量化水电开发利用对当地水资源消耗情况,引入水电站水足迹概念,以雅砻江流域梯级水电站群为研究对象,选择总水量消耗法,利用多年实测资料,考虑3种空间系统边界(一库一级、一库多级、流域整体),计算了干流7座水电站的水足迹。结果表明:(1)雅砻江流域7座水电站的水足迹范围为0.01~2.91 m3/GJ,平均水足迹为1.13 m3/GJ,小于其他空间尺度研究的水足迹,表明雅砻江流域水电开发利用的水资源利用效率高于其他地区和流域;(2)水电站水足迹主要受能效因子(单位装机容量的库区水面面积)和地形因子(库区水面面积与库区平均水深比)影响(相关指数分别为0.950 7和0.783 1),而蒸发深度和气象因子(降雨量和气温)对水电站水足迹值的影响较小;(3)水电站水足迹值与空间系统边界的设定有关,需根据水电站实际运行方式选择合适的空间系统边界。
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2020-03期封面

2020, (3): 1-128.  
[摘要](0) [PDF 9663KB](0)
摘要:

2020-03期目录

2020, (3): 1-2.  
[摘要](8) [HTML全文](19) [PDF 386KB](5)
摘要:
冰温度膨胀力室内模拟及影响因素试验研究
汪恩良, 冷玉鹏, 韩红卫, 肖尧, 富翔
2020, (3): 1-10.   doi: 10.12170/20191009001
[摘要](235) [HTML全文](139) [PDF 1441KB](9)
摘要:
东北地区冬季气候寒冷,河渠、水库等水工建筑物在冬季由于结冰形成的冰盖会产生作用于水工建筑物上的静冰荷载。随着温度升高,冰盖板产生冰温度膨胀力,会对野外水工建筑物造成破坏。由于野外观测周期长,且多种条件限制野外实地观测,因此,为了研究冰盖的冰温度膨胀力及其相关影响因素,在低温环境模拟实验池内进行了冰温度膨胀力室内模拟试验,并对冰温、冰厚等相关影响因素进行了分析。结果表明:冰温度膨胀力产生于气温升高阶段,且随着温度的升高,冰温度膨胀力呈增大趋势。冰温度膨胀力发展到峰值时,对应冰温为−1.9 ℃,环境温度接近0 ℃,与野外实际观测结果相符。室内试验的最大冰温度膨胀力为118.7 kPa,试验的最大冰厚为10.65 cm,冰温度膨胀力的最大峰值出现在冰盖板的3.5 cm处,表明冰温度膨胀力的作用点在最大冰厚的1/3处,且冰温度膨胀力沿冰厚呈先增大后减小的分布。
破冰船引航下极地船舶结构冰荷载的离散元分析
刘璐, 胡冰, 季顺迎
2020, (3): 11-18.   doi: 10.12170/20200305001
[摘要](192) [HTML全文](156) [PDF 1096KB](1)
摘要:
采用破冰船引航的方式可有效保障商船在极地冰区的航行安全。通过基于闵可夫斯基和原理的扩展多面体构造任意形态的海冰单元,同时发展基于扩展多面体单元的粘结失效模型模拟海冰的破碎过程,从而建立基于扩展多面体的离散元方法。采用扩展多面体离散元方法模拟船舶冰区航行过程中的船-冰相互作用,并分析船舶结构上的冰载荷。根据“雪龙号”船体结构模型,采用扩展多面体离散元方法模拟了单船破冰条件下的冰荷载,通过船舶抗冰设计中常用的冰阻力Lindqvist公式和Riska公式校核离散元计算结果。对比结果表明,扩展多面体离散元方法与相关公式计算结果相近,对船舶结构冰荷载的模拟精度较好。采用离散元方法计算了引航条件下破冰船和货船上的冰荷载,分析不同航速和船宽比条件下两船上的冰阻力大小和特点。扩展多面体离散元方法可有效用于船舶结构的冰荷载分析,其计算结果可为冰区船舶设计和航行安全提供重要参考。
基于卫星遥感图像的丰满水库冰情演变规律研究
李楠, 曹蕊, 脱友才, 邓云
2020, (3): 19-28.   doi: 10.12170/20200227004
[摘要](80) [HTML全文](51) [PDF 3104KB](5)
摘要:
基于ENVI 5.1软件平台,采用Landsat-7和Landsat-8卫星遥感图像,对吉林市丰满水库的卫星遥感图像进行冰情解译和库表温度反演,探究丰满水库的整体冰情演变规律及其与库区水体热力演变的关系。结果表明:在整个冰期,丰满水库入流条件稳定,库区冰情受水体热力学影响显著;在结冰期,库区表层水温呈库中低、坝前和库尾高的分布规律,结冰过程从库区中部开始,逐渐向坝前和库尾发展,坝前最后封冻;在稳封期,库区冰盖下水温呈垂向逆温分布,冰盖厚度沿程分布不均匀,库尾存在10~30 km的明流段;在开河期,库区表层水温自库尾至坝前呈沿程降温分布,水库以文开河的形式自库尾向坝前逐渐开河。
利用水位变化的黑龙江开河方式和开河日期预报
路锦枝, 王涛, 郭新蕾, 邹德昊
2020, (3): 29-36.   doi: 10.12170/20200318003
[摘要](9) [HTML全文](6) [PDF 929KB](0)
摘要:
天然河道发生武开河时容易产生冰塞冰坝,造成凌汛灾害。在分析破冰水位和实测日水位的基础上,提前准确预报开河方式和开河日期并及时采取相应防范技术,是防凌减灾的一项重要非工程措施。基于冰盖挠度破坏原理,在利用水位变化判断开河模式的研究基础上将一维冰厚模型的度日法进行优化,计算河道冰厚变化,预报2015—2018年黑龙江开河方式及开河日期。结果表明:开河日期预报除2017年预报值和实测值误差1天,其余年份均完全相同;开河方式预报除因2018年开河水位过低导致水动力不足影响到预报的准确度外,其余年份预报值和实测值相同。
基于父子型窝塘地形变化探讨窝崩机理
应强, 张幸农, 罗龙洪, 苏长城, 假冬冬
2020, (3): 37-42.   doi: 10.12170/20190425002
[摘要](203) [HTML全文](110) [PDF 918KB](12)
摘要:
窝崩涉及水与土的交互作用,因其发展速度快,且位于水下难以观测,故其发展过程和运移规律很难掌握,对窝崩的成因机理也存在不同观点。选择长江下游和畅洲左汊洲头进口侧2012年发生的窝崩(子窝崩)作为研究对象,此窝崩是在原已发生窝崩(父窝崩)的窝塘湾腰上的继发性窝崩,比较了父窝塘及口门附近长江深槽窝崩前4年的地形变化,发现窝崩口门外长江地形呈淤积状态,这与已往认为窝崩是由深槽冲蚀引起的概念不相符。父窝塘上湾腰地形2010年11月至2012年2月间淤积,2012年2月至2012年10月窝崩前无地形资料比较,根据水文资料分析,推测为冲刷,说明在较浅槽一个水文年内的河床冲刷可引发窝崩。子窝崩发生前后,父窝塘下部区域地形变化不大,说明窝崩产生的泥沙在近底层向较低处输移,对周边相对较高河床地形影响不大。
太湖流域湖西区暴雨时空分布特性分析
陶雨薇, 王远坤, 王栋, 倪玲玲
2020, (3): 43-50.   doi: 10.12170/20190430002
[摘要](113) [HTML全文](63) [PDF 3051KB](6)
摘要:
全球气候变暖和快速城市化进程影响降水结构,导致极端水文气象事件频发。为研究变化环境下太湖流域湖西区暴雨时空分布特性,选取1961—2015年湖西区多个雨量站的降水资料,分析了暴雨指标(年暴雨日数、年暴雨量、年暴雨强度、年暴雨贡献率)变化特征,并计算出给定重现期下的年最大日降水量值。结果表明,湖西区年降水量自北往南逐渐增加,年暴雨日数和年暴雨量均呈现中部较低、南北两侧较高的分布,年暴雨强度自西南往东北先增大后减小,年暴雨贡献率在西南地区偏小;湖西区宜兴站近55年年暴雨日数、年暴雨量、年暴雨贡献率呈显著上升趋势;自2005年起湖西区各暴雨指标表现出显著上升趋势;金坛站和丹阳站年均最大一日降水量高于溧阳站和宜兴站,并且各雨量站5年一遇的年最大日降水量均超过了100 mm,达到了大暴雨水平,其中金坛站和丹阳站较易发生极端降水事件。
辐射沙洲海域潮汐不对称对岸线变化的响应
钱沛, 冯曦, 冯卫兵, 张蔚
2020, (3): 51-60.   doi: 10.12170/20190901002
[摘要](210) [HTML全文](175) [PDF 4932KB](21)
摘要:
基于Delft3D建立辐射沙洲海域平面二维潮流数值模型,并与实测潮位流速进行验证,保证了计算精度。分别对1984年和2014年岸线条件下辐射沙洲海域的潮汐不对称性进行了研究。结果表明,辐射沙洲海域潮波变形显著,大部分区域涨潮历时小于落潮历时。近岸地区潮波变形在岸线变化后明显减弱。浅滩和深槽处涨落潮流速相对大小不同。岸线变化使得该海域涨潮占优的特性越发显著。通过分析烂沙洋水道及西洋水道的潮汐不对称性,分别探讨了岸线变化对两个潮波系统的影响特征。岸线变化对传入辐射沙洲南部水域的东海前进波的影响为:大潮期涨落潮潮高不对称性在岸线变化前后差别大,偏度在岸线变化后略微增加。岸线变化对传入辐射沙洲北部水域的黄海旋转潮波的影响为:偏度在岸线变化后增加明显,造成潮汐不对称的主要分潮组合可能发生改变。
单排三角锥透空圆孔礁坝保滩促淤的试验研究
张志涛, 拾兵, 王俊杰
2020, (3): 61-67.   doi: 10.12170/20190416001
[摘要](89) [HTML全文](48) [PDF 1043KB](2)
摘要:
借助波浪水槽断面模型试验,开展了不同设计水位下的单排三角锥透空圆孔礁坝对波浪的消减作用及对砂质岸滩地形演变和底层水质点运动轨迹影响的研究。由试验资料分析可知:人工礁坝对波高消减、波面形态及波浪爬高有较大影响;人工礁坝会削弱掩护区的水动力强度,减弱波浪挟沙能力,促使超饱和悬沙在礁后落淤,且通过对水质点水平运动离岸流速的阻减,防止底层泥沙产生离岸亏损。本试验研究在一定程度上揭示了人工礁坝的消浪阻流特征及砂质岸滩地形的响应规律,可为人工礁坝在砂质海滩防护中的应用提供依据。
长江南京以下深水航道工程绩效评价指标体系初探
谢亿秦, 孔庄, 廖鹏, 岳巧红
2020, (3): 68-74.   doi: 10.12170/20190610003
[摘要](84) [HTML全文](49) [PDF 685KB](4)
摘要:
为全面衡量长江南京以下12.5 m深水航道工程建设成效,以该工程的价值取向和内在逻辑为基本原则,基于“价值-目的-目标-指标和标准”关系链,以深水航道项目价值取向为核心,通过正反推演分析出一套切实遵循项目目标、紧密联系项目内容的绩效评价指标体系,并通过专家问卷调查进行验证分析。相较于现有的航道工程指导类绩效评价指标体系,该指标体系不仅是对工程本身的实施以及成绩的评价,更注重对当下国家重大战略决策落实程度的评价,以期反映该工程与国民经济、社会发展、资源环境之间的关系。
砂土中钻井船插桩对邻近群桩影响的模型试验
杨喜涛, 王建华, 范怡飞
2020, (3): 75-81.   doi: 10.12170/20190316001
[摘要](182) [HTML全文](121) [PDF 1654KB](9)
摘要:
为研究钻井船作业过程中桩靴贯入对邻近群桩的影响,在砂土层中开展了1g条件下的1×2型群桩模型试验,邻近桩桩头条件为固定桩头,桩间距为2.5倍桩径。通过对桩靴贯入土层前和桩靴贯入土层过程中邻近群桩中近桩靴桩的弯矩的测量,得出沿桩身弯矩随桩靴贯入土层深度的变化规律,并与相同净间距单桩桩身响应情况对比。将同一时刻群桩桩身最大弯矩相对于单桩桩身最大弯矩的增长率定义为弯矩增大系数,通过弯矩增大系数的变化研究插桩对邻近群桩效应的影响及插桩对邻近群桩效应的影响随净间距的变化。研究表明:与桩靴贯入土层前相比,桩靴的贯入使邻近群桩效应减弱,且随着净间距的增加,插桩对邻近群桩效应的影响越来越小,净间距超过1倍桩靴最大直径时,建议可以不考虑插桩对邻近群桩的影响。
直剪试验下砂土剪切带形成的细观变形机制
潘远阳, 魏玉峰, 李远征, 杨豪, 雷壮
2020, (3): 82-91.   doi: 10.12170/20190520002
[摘要](55) [HTML全文](30) [PDF 1981KB](2)
摘要:
剪切带的形成与发展是影响土体变形破坏的关键因素。利用数值模拟试验方法,对砂土直剪试验中剪切带的形成和演化机制进行研究。试验中采用条块法对试样进行标记,以观测其变形及发展过程;并记录剪应力及剪切位移的变化,分析试样的应力应变特征;最后从细观角度对颗粒试样的平均转动量、配位数及孔隙变化率等参数进行统计分析,以揭示试样的细观变形规律。研究表明:砂土剪切带的形成是一个渐进的过程,呈现出累进破坏的特征;且剪切过程中颗粒试样会发生局部变形并形成狭长的剪切带,剪切带的厚度受平均粒径及颗粒摩擦系数的直接影响,当颗粒粒径为1.25倍平均粒径且颗粒摩擦系数为0.5时,剪切带厚度达到最大值;此外,剪切带区域的强力链较为密集,通过对强力链进行光密度及面积占比分析发现峰值时刻最为显著(平均光密度约为1.4,强力链面积占比约为52%),这表明力链网络的结构变化与剪切带的形成及演化具有同步性;同时发现剪切带内、外颗粒体系的平均转动量、平均配位数及孔隙变化率等细观参数存在显著差异,说明剪切带对外荷载的响应较为强烈。
膨胀复合浆液的物理力学性能试验研究
马波, 雷进生, 涂保林, 戴康, 程爽
2020, (3): 92-98.   doi: 10.12170/20190227002
[摘要](173) [HTML全文](72) [PDF 578KB](2)
摘要:
目前普通硅酸盐水泥浆液是水利工程中最常用的注浆加固材料,针对其存在流动性差、析水率高、结石率低、结石体强度低、抗渗性能差等问题,采用单因素控制变量法和正交试验法,对制备的不同配合比的水泥基膨胀复合浆液进行黏度、密度以及结石体力学性能试验。试验结果表明:掺加粉煤灰可以增加浆液的和易性和流动性;掺加膨润土可以提高浆液的结石率和稳定性,同时降低浆液的析水率;掺加粉煤灰和膨润土的浆液流动性和结石率性能都有所改善,但是前期结石体强度较低,而后期强度主要靠粉煤灰的水化作用进行补充;水泥浆液掺加适量的膨胀剂对结石体的膨胀影响较大,并且可以提高结石体的抗渗性能。合理选择和控制粉煤灰、膨润土和膨胀剂掺量,可以明显改善和提高注浆效果。
增湿重塑非饱和黄土时水-热运移规律研究
李仁杰, 王旭, 张延杰, 李建东, 李泽源, 任军楠
2020, (3): 99-105.   doi: 10.12170/20190415001
[摘要](21) [HTML全文](8) [PDF 1041KB](0)
摘要:
为研究非饱和黄土中水蒸气的吸附与运移规律,采用水蒸气对非饱和黄土进行增湿,分析蒸汽压梯度、温度梯度和含水率梯度共同作用下非饱和黄土中水-热运移规律。研究结果表明:在非饱和黄土中,水蒸气和温度的扩散范围近似于一个椭球体。水蒸气在土体中运移时,蒸汽压力沿径向逐渐消散,蒸汽运移速率减缓,土体含水率和温度也逐步降低;当蒸汽气压为0.1 MPa,温度为145 ℃,通气6.5 h后,水蒸气最大增湿半径为80 cm,横向、纵向有效增湿半径分别为60和70 cm;在以通气点为圆心,横向40 cm,纵向50 cm的椭球体内,含水率在12%~17%间变化,接近土体的最优含水率17.08%,增湿效果较好;延长通气时间,增湿范围和增湿程度均将增大;水蒸气增湿时,液态水和气态水迁移共存,但在有效增湿范围内以气态水迁移为主。受到土颗粒的阻碍,沿径向水分运移速率逐渐减小,但温度传导系数在两阶段内接近一个定值。水蒸气增湿法作为土体增湿的新技术与新方法,具有诸多优点,在对土体增湿的工程实践和试验中有着广泛的应用前景。
基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型
张秋宇, 王立成
2020, (3): 106-113.   doi: 10.12170/20190303001
[摘要](34) [HTML全文](25) [PDF 902KB](0)
摘要:
针对低频疲劳荷载与孔隙水压力的耦合作用,将混凝土疲劳裂缝扩展所消耗的能量分为两部分,一部分由低频疲劳荷载提供,另一部分由孔隙水压力提供,并给出了两部分能量的计算方法。基于能量的可叠加原理,结合混凝土断裂过程中能量释放率的概念,建立了低频疲劳荷载与孔隙水压力耦合作用下混凝土的裂缝扩展模型,并通过试验数据对模型进行了验证。结果表明:当孔隙水压力为0时,模拟曲线与试验数据吻合较好;当孔隙水压力与低频疲劳荷载共同作用时,水压作用会提供闭合裂缝张开时消耗的能量,促进裂缝的扩展,导致裂缝扩展速率增大,且随着孔隙水压力的增大,裂缝扩展速率增加,混凝土疲劳寿命降低。
基于边界面的多隔舱筒形基础动力分析
吴诗阳, 曹永勇
2020, (3): 114-121.   doi: 10.12170/20190523001
[摘要](172) [HTML全文](85) [PDF 1571KB](5)
摘要:
多隔舱筒形基础作为近几年发展起来的海上风电基础结构,其稳定性能极大影响了风机的安全性。为研究在极端风荷载作用下筒形基础的稳定性,通过AR自回归线性滤波法,模拟脉动风速谱,采用边界面弹塑性动力本构模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维动力数值分析,研究了该结构在随机风荷载作用下的沉降发展、动力响应和周围土体的孔压变化情况。研究表明:随着加载持续,筒体的水平位移、转角和竖向位移均呈缓慢增长趋势,同时筒体顶部水平位移远大于端部位移;基础内部土体孔压受分舱板影响,发展缓慢且小于基础外侧土体孔压,沿筒径方向,越靠近筒壁孔压越大;基础外侧,土体孔压随埋深的增加逐渐减小,最后趋于稳定;土体的应力路径逐渐向临界状态线靠近,但并未达到破坏标准。
进博会区域河网水环境提升与效果评估
陈庆江, 丁瑞, 王维维
2020, (3): 122-128.   doi: 10.12170/20200325001
[摘要](113) [HTML全文](93) [PDF 5215KB](4)
摘要:
首届中国国际进口博览会于2018年11月在上海市国家会展中心举办,区域河网动力弱、入河污染负荷强,周边河道小涞港于2017年刚脱离黑臭,亟需提升区域水环境。采用数值模拟与现场试验运行相结合的方法,开展水环境提升方案研究。针对进博会及周边区域水质差、水体浑浊、水动力弱等问题,采用控源截污、生态修复、活水畅流等措施,新建3座装配式溢流堰,形成三级水位和活水循环的水网动力格局,促进了进博会区域循环净水-生态修复的良性循环。运行监测结果表明,核心区小涞港透明度大于1.5 m,重点区大于1.2 m,主要水质指标由Ⅴ~劣Ⅴ类提升至Ⅱ~Ⅲ类。运行评估结果表明,控源截污对水质提升起主要作用,贡献占比73%;活水畅流与生态修复对水质提升贡献占比分别为15%和12%。
尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究进展
赵天龙, 陈生水
[摘要](1997) [PDF 945 KB](1332)
摘要:
尾矿库是维持矿山生产的重要设施,同时也是矿山的重大危险源,开展尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究对于提升我国尾矿库防灾减灾水平具有重要意义。分析比较了尾矿坝与挡水土石坝在溃决机理与溃坝致灾过程方面的区别和联系,总结了尾矿坝在坝体形式、填筑方式、坝料组成和溃决机制等方面的特点,对近年来我国在尾矿坝溃坝机理与溃坝致灾过程方面的研究工作进行了较为系统的总结,指出当前我国尾矿坝工程理论研究中存在的问题,并对该领域今后需深入开展的研究工作提出建议。
基于模糊层次分析法的平原水库健康综合评价
岳强, 刘福胜, 刘仲秋
[摘要](1026) [PDF 872 KB](556)
摘要:
为了解决平原水库安全评价中存在的忽略生态和可持续性问题,针对平原水库面积大、水深小、坝线长和基础处理差的特点,在健康功能分区的基础上,综合考虑安全、生态特征、可持续性和社会政治环境等因素构建了平原水库健康综合评价体系,指标体系包括围坝安全、水库社会效益、水库生态效应和状态持续性4类一级指标和15个二级指标。利用模糊数学方法提高层次分析法确定各指标权重的准确性,构建平原水库健康综合评价的多目标多层次模糊模型,克服了传统评价方法的主观随意性,系统分析各类指标的耦合影响,改进评判分析的不确定性。评价结果表明:该方法操作方便、效果较好,可用于一般水库的健康评价。
三维圆柱绕流数值模拟湍流方法的选择
乔永亮, 桂洪斌, 刘祥鑫
[摘要](1082) [PDF 1367 KB](1009)
摘要:
研究湍流模拟方法对三维圆柱绕流数值模拟精度的影响,分别采用雷诺平均法(RANS)中的κ-ω模型、SST模型以及大涡模拟法(LES)对亚临界区内雷诺数Re=3 900时的三维圆柱绕流进行数值计算,分析了圆柱体表面的受力、圆柱后流场时均速度特性与瞬时涡量分布情况。结果表明,当流体流过圆柱表面时,圆柱表面出现的与流速方向相反的负压力差区域使流体从圆柱表面分离,引起了不稳定的周期性交替脱落的湍流涡泄,从而在圆柱表面产生周期性波动的升力,同时在圆柱后近流场区域形成回流区。研究还发现,LES法对圆柱体的受力以及流场时均速度特性的模拟效果要优于κ-ω模型与SST模型;相较于前人利用浸入边界法得到的模拟结果,LES法的模拟精度也有了较大提升;同样,通过对瞬时流场涡量等值线图的分析,并与已有的模拟结果进行对比,发现LES法不但可以从整体上表现出漩涡的周期性脱落,而且对流场中不同位置的、复杂的小尺度湍流涡泄也描述得非常细致,得到的自由分离剪切层长度与湍流涡泄的卷曲度更符合湍流涡泄的特征。所以,在亚临界区,LES法对湍流的模拟效果相对较好。
基于HEC-RAS及HEC-GeoRAS的溃坝洪水分析
贺娟, 王晓松
[摘要](909) [PDF 679 KB](1138)
摘要:
洪水漫顶、渗漏等原因引起的垮坝失事,将会给下游人民带来巨大的生命财产损失,因此,对溃坝洪水引起的淹没范围的准确预测至关重要。通过对大渡河上22座梯级水电站进行对比分析,选定长河坝电站水库大坝为研究对象,分析洪水漫顶引起的长河坝溃坝,及由其引起的下游黄金坪、泸定水电站的连续溃坝对泸定县的淹没范围。首先利用HEC-GeoRAS和Google地球提取研究区域的地形数据,然后将建好的模型导入到一维溃坝洪水计算工具HEC-RAS中进行溃坝洪水演进模拟,最后通过HEC-GeoRAS分析研究区域的洪水淹没范围及流速分布。结果表明:由长河坝溃坝引起的下游泸定县的洪水淹没范围为左右岸平均漫堤宽度约200 m,已经淹没到了城区;从流速分布图得出河道中心的流速均较大,最大流速为16.217 m/s。研究结果可为洪水风险图的制作及防洪决策提供一定的技术支持。
浮式防波堤研究进展
沈雨生, 周益人, 潘军宁, 王兴刚
[摘要](1209) [PDF 1309 KB](594)
摘要:
浮式防波堤与其他传统防波堤相比,可适应水深较大、地基软弱、大潮差和引入水体交换等情况,在港口海岸工程、海洋工程以及海水养殖等诸多领域具有广阔应用前景。对国内外浮式防波堤的主要研究成果和进展进行了综述,从理论推导、经验公式和数值计算3个方面归纳和总结了浮式防波堤波浪透射系数的计算方法。介绍了浮式防波堤结构型式的研究进展,重点分析了浮箱式、浮筒式、浮筏式及其相应改进结构等不同型式浮式防波堤的消浪原理和消浪效果,分析比较了不同结构型式浮式防波堤的优缺点。最后介绍了浮式防波堤在国内外的工程应用,并分析了限制浮式防波堤应用的主要原因,指出了目前浮式防波堤研究方面的不足,以及推广应用浮式防波堤需要进一步研究的内容。
基于分布式光纤测温技术的堤坝渗漏监测
何宁, 丁勇, 吴玉龙, 周彦章, 李登华, 何斌
[摘要](1009) [PDF 1877 KB](1014)
摘要:
渠道堤坝普遍存在渗透变形及渗漏破坏等工程问题,传统大坝及岸堤安全监测技术测点分散、容易漏测。在介绍分布式光纤测温技术原理的基础上,通过室内试验和现场原型试验,开展了分布式光纤测温技术方法比选、测量精度和稳定性分析、渗漏监测及分析方法、常规监测技术对比分析、工程实践应用等研究,论证了分布式光纤测温技术应用于堤坝渗漏监测的可行性和适用性。布里渊测温系统受温度和应变影响,测值波噪明显,光纤埋设及保护要求较高,拉曼测温系统可测得绝对温度,其测温稳定性及精度均优于布里渊测温系统;加热法和梯度法监测渠道堤坝渗漏在技术上均可行;分布式光纤测温技术具有监测距离长、空间分辨率高、远程线性测量等特点,在渠道堤坝渗漏监测实践应用中具有显著的技术优势。
硫酸盐和干湿循环耦合作用下混凝土性能研究
刘道维, 刘本义, 李向东, 袁杰
[摘要](911) [PDF 542 KB](679)
摘要:
试验主要研究了粉煤灰与矿渣粉掺量以及新拌混凝土含气量对混凝土在硫酸盐和干湿循环耦合作用下质量损失、抗压强度、相对动弹性模量等性能变化的影响。研究结果表明:经过3个干湿循环周期后,掺有矿物掺合料的混凝土试件强度增长大于基准组混凝土;从第4个干湿循环周期开始,掺矿物掺合料的混凝土试件的质量损失均小于基准组混凝土,且试件质量损失大大减少;掺加矿渣后,混凝土试件经过6次干湿循环周期,相对动弹性模量仍保持在60%以上;粉煤灰和矿粉复掺对混凝土的抗硫酸盐干湿循环破坏能力有所提高,当粉煤灰与矿粉比例为3∶1时,采用复掺对改善干湿循环过程中混凝土试件的抗压强度的效果最好。并且,混凝土中适当引气也可提高其抗硫酸盐干湿循环性能。
花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响
赵井辉, 刘福胜, 韦梅, 程明
[摘要](800) [PDF 1289 KB](469)
摘要:
掺合料混凝土技术快速发展和建筑节能要求不断提高背景下,通过压汞法试验,研究分析花岗岩石粉的细度及掺量对混凝土微观孔隙结构的影响规律,从微观层面论证花岗岩石粉作为混凝土掺合料的可行性,并在微观层面进行混凝土宏观抗渗抗冻试验的联系分析。研究表明:花岗岩石粉越细,对混凝土小孔径孔隙的填充作用越好,对大孔径孔隙填充作用不明显,综合填充效果较差;混凝土中掺入0~150 μm花岗岩石粉,当掺量为10%和20%时,对混凝土孔隙结构参数及孔级分配起到优化作用;0~150 μm花岗岩石粉掺量控制在30%以内时有利于提高混凝土抗渗性能;0~150 μm花岗岩石粉掺量控制在20%以内时可保证掺合料混凝土抗冻等级与不掺石粉的混凝土抗冻等级相同,当花岗岩石粉掺量增大至30%时,掺合料混凝土抗冻等级有所降低。
生态袋挡墙护岸结构设计及其力学性能变化
朱海生, 陈健, 张桂荣, 王蔚, 方绪顺
[摘要](1023) [PDF 2918 KB](585)
摘要:
目前我国河流整治工程中过度硬化现象仍然普遍,亟需开发和应用兼具生态保护、资源可持续利用以及符合工程安全需求的生态护岸技术。生态袋挡墙护岸技术是能够将生态岸坡和墙体工程完美融合的系统,该系统解决了结构工程与生态工程结为一体的难题。以南京市板桥河岸坡整治工程为例,详细研究了生态袋挡墙护岸结构的设计、施工及植被种植技术。通过现场试验段的全过程跟踪,总结归纳出影响生态袋挡墙护岸工程质量的主要因素为生态袋体质量、加筋材料质量、袋内土体密实度、植被覆盖度等。以生态袋这一典型柔性护岸材料为例,通过对比全新生态袋、工程中已使用1.5年的生态袋力学性能和抗老化性能,评估生态袋的耐久性,研究生态岸坡工程质量与生态袋物理力学性能的内在联系,结论表明使用1.5年后的生态袋力学性能保持率较好,但较难满足30年使用寿命的设计要求。必须进一步改进生态袋护岸工程设计和施工方案,以满足工程耐久性能与力学性能要求。
海河流域径流变化趋势及其归因分析
张利茹, 贺永会, 唐跃平, 王国庆
[摘要](841) [PDF 1359 KB](383)
摘要:
在气候变化和人类活动共同影响下,流域径流发生了很大变化。尤其是海河流域,水资源匮乏的现象更为严重,分析水资源变化趋势对实现水资源的可持续开发利用具有重要意义。根据海河流域实际地形地貌特征及水文站分布情况,选取观台、响水堡、张家坟、下会和桃林口等5个水文站所在的区域,采用Mann-Kendall秩次相关检验法及线性回归方法,分析检验各典型区域年径流量的历史变化趋势。基于半分布式流域水文模型——TOPMODEL,采用水文模拟的途径,定量评估了典型区域气候变化和人类活动对径流变化的影响。归因结果表明:除桃林口外的其他4个水文站的年径流量均呈显著减小趋势,海河典型区域年径流减小主要跟人类活动有关,其占比都在65%以上。人类活动对观台、张家坟和响水堡站径流量减小的影响占比为65%~70%,对桃林口站径流量减小的影响占比为75.4%,对下会站径流量减小的影响占比高达81.7%,主要原因是海河流域自20世纪60年代中后期以来进行大规模水利建设所产生的水文效应。
港珠澳大桥桥墩浮拖运输方案分析
秦尧, 唐友刚, 刘成义, 刘浩宇, 别社安
[摘要](893) [PDF 1145KB](7904)
摘要:
根据港珠澳大桥桥墩结构质量和尺度巨大的特点,提出了合理的装船运输方案.采用水动力分析软件,建立桥墩的三维质量模型、桥墩主体与半潜驳船的驳运联合体模型.基于势流理论计算船体受到的波浪荷载,分析联合体在海上拖航过程中的稳定性、运动响应,检验桥墩浮拖过程的稳定性.计算结果表明:不采用加固措施,横浪条件下桥墩的稳定性难以满足,浪向角不大于45°时满足拖航要求;采用侧向支墩及钢丝绳对桥墩局部加固,桥墩在所有浪向条件下均满足稳定性要求.
利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性
孔郁斐, 周梦佳, 宋二祥, 杨军, 张龙英, 施洪刚, 刘剑
[摘要](2617) [PDF 1142KB](2768)
摘要:
降雨条件下的边坡稳定性分析,需要同时考虑水的渗流与边坡内力进行耦合计算。非饱和土的特殊性质增加了计算难度,其渗透性、强度都会随含水量的变化而变化。介绍了非饱和土的有效应力原理,并比较了PLAXIS 和Geo-Studio两款软件使用的有效应力原理和破坏准则的异同。PLAXIS软件中用有限元法计算非饱和土的渗流问题,利用简化的Bishop有效应力公式进行固结、变形及边坡稳定性计算,土体本构关系根据需要选用;Geo-Studio软件中也使用有限元法计算非饱和渗流,但其边坡安全系数计算方法为极限平衡法,强度准则为Fredlund双变量理论。最后结合算例详细介绍了PLAXIS软件中进行非饱和土边坡计算的建模方法。算例显示,PLAXIS软件中建立的计算模型可以准确反映降雨过程中边坡安全系数的变化规律。今后的工程设计中,可以考虑使用这一软件进行非饱和土边坡设计计算。

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