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深埋锦屏大理岩力学特性与能量演化研究
楼晨笛, 张朝鹏, 吴世勇, 周济芳, 彭媛, 艾婷, 刘洋, 张茹, 任利
当前状态:  doi: 10.12170/20210524002
[摘要](31) [HTML全文](13) [PDF 1845KB](1)
摘要:
与浅层岩体相比,深层岩体赋存环境更为复杂,导致其力学特性与常见的浅部岩体存在较大差异。锦屏二级隧洞工程最大埋深超过2 500 m,其引水隧洞最高地应力达70 MPa,开展高应力条件下硬岩的力学特性研究,具有重要的理论价值和现实意义。采用四川大学MTS815岩石力学试验系统对取自2 400 m深的锦屏大理岩开展单轴和三轴压缩等系列静态力学试验。试验结果表明:锦屏大理岩的单轴抗压强度为180.43 MPa,随围压的增长,大理岩表现出“脆-延-塑”力学特征,围压32.0 MPa为分界点;同时,起裂应力、损伤应力和峰值应力均具有相似的增长趋势,所定义的脆性指标的下降趋势逐渐趋于平缓;低围压下,弹性能在峰前占主导,而高围压下,耗散能增长更为显著,弹性能峰前峰后差值减小,表现出更为明显的塑性特征。研究结果为准确描述深层岩石力学行为、确保深部工程稳定性提供了一定的理论基础。
连续降雨下黄土陡坡开裂及稳定性评价
王磊, 李荣建, 刘军定, 杨正午, 师金锋
当前状态:  doi: 10.12170/20211022003
[摘要](13) [HTML全文](5) [PDF 3660KB](2)
摘要:
连续降雨导致边坡失稳破坏是黄土边坡常见的地质灾害之一。为了深入研究连续降雨对黄土陡坡渗流场、变形场及稳定性的影响,利用具有侧向隔渗和纵向减阻作用的隔离槽技术对黄土陡坡的两侧降雨边界进行处理,在此基础上开展黄土陡坡现场连续降雨(6 d)试验并进行数值模拟分析,描述了黄土陡坡开裂过程和特征,分析了坡体含水率和孔压响应,并探讨了裂缝对陡坡稳定性的影响。结果表明:边界隔离会导致连续降雨陡坡坡顶形成近乎横向贯通的裂缝,基本消除了局部降雨以外土体的边界约束效应;连续降雨后期陡坡开裂对坡体含水率及孔压分布产生较大影响,最大含水率及孔压中心以裂缝为竖向对称轴下移,并造成降雨结束4 d后水分总下渗深度为降雨期间的1.3倍;连续降雨导致陡坡的安全系数降低了58%,而降雨结束4 d后陡坡的安全系数提升了9%,降雨期间边坡开裂极易引发陡坡上半部滑坡。研究结果可为黄土地区边坡的降雨灾害防治提供参考。
开封市7.20特大暴雨城市内涝风险评估
冯峰, 喻谦花, 罗福生, 霍继超, 冯跃华, 靳晓颖, 刘翠
当前状态:  doi: 10.12170/20210824002
[摘要](39) [HTML全文](18) [PDF 11498KB](2)
摘要:
河南7.20特大暴雨由于降雨强度大、历时长、洪灾多发引起了广泛关注,特大暴雨导致郑州、开封等城市出现严重内涝。针对城市内涝风险评估问题,将开封12个自动内涝监测站点数据进行筛选和分析,构建了由短期风险、长期风险2个维度9个影响因子组成的半结构多层次多目标指标体系,在输入层采用信息熵权向量,在准则层对短期风险、长期风险2个子系统采用熵值权向量、对等权向量、决策偏好权向量3种赋权方法,构成改进风险模糊评价模型。对12个站点的内涝风险进行5个级别(极高、较高、中等、较低、极低)的评估。结果显示:在短期风险评估中,5号站点为极高风险,10号站点为中等风险;在长期风险评估中,6号站点为较高风险,8号站点为极低风险;在目标层的最终评价中,3种方法均显示5号、2号站点风险极高,7号、8号站点风险较低。经过与开封市内涝实际情况对比,认为评价体系和改进模型具有较强的适用性,针对城市内涝风险能够给出短期风险、长期风险、综合风险精准的评估结果,为城市进行排水管网完善、内涝积水点防治等提供可靠的数据支持,为应对暴雨引发的内涝问题制定应急减灾预案和应对措施提供依据。
珠江三角洲地区极端降水时空演变特征
邹贤菊, 宋晓猛, 刘翠善
当前状态:  doi: 10.12170/20210714002
[摘要](17) [HTML全文](11) [PDF 5156KB](3)
摘要:
研究区域极端降水演变对科学应对变化环境下区域水资源利用及防灾减灾具有重要意义。选取气候变化检测和指数联合专家组定义的6个极端降水指数(最大持续干旱日数、最大持续降水日数、极端降水日数、极端降水总量、最大日降水量和日降水强度),采用线性趋势法和克里金插值法对珠江三角洲地区极端降水变化进行时空演变分析,并采用交叉小波识别大气环流异常因子(厄尔尼诺-南方涛动、北大西洋涛动、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子)与极端降水的相关关系。结果显示:(1)除最大持续降水日数外,各极端降水指数均有不同程度增加,表明珠江三角洲地区极端降水正在增加,但变化不显著;(2)极端降水增加的站点主要集中在区域中部和北部,其中变化显著站点主要位于珠江口北部和区域北部;(3)不同气候态下各极端降水指数总体空间分布相似,但变化趋势空间差异较大,且变化幅度有所增加,表明随着年代际的推移极端降水越来越明显;(4)印度洋偶极子对最大持续干旱日数的影响最显著,而厄尔尼诺-南方涛动对其他极端降水指标的影响最显著。
基于Sentinel-3A SRAL 2级产品的鄱阳湖水位评估与校准
黄对, 王文种, 刘九夫, 张建云, 崔巍, 韦丽, 闵敏
当前状态:  doi: 10.12170/20210616005
[摘要](34) [HTML全文](30) [PDF 2282KB](5)
摘要:
Sentinel-3A卫星合成孔径雷达高度计(SRAL)因其时空分辨率优势在水位监测上应用潜力较大。基于2016—2018年Landsat-8 与Sentinel-2 光学遥感获取鄱阳湖星子站邻近水域,提取湖上Sentinel-3A SRAL 2级产品卫星测高点,提出一种卫星测高水位计算与校准方法,并结合实测水位进行评估。结果表明:Sentinel-3A SRAL 2级产品在鄱阳湖的过境数据有效率为64%,3—9月有连续覆盖数据,12月至次年2月受水位低或湖滩出露影响无有效数据;不同高程系统下的卫星观测水位与实测水位序列的一致性极显著,皮尔逊相关系数为0.999,在0.001水平上显著相关,实测水位变化量与卫星观测水位变化量的皮尔逊相关系数为1,二者的平均偏差为−0.175 m,标准差为0.084 m,其中降轨统计指标值优于升轨,枯水期则优于丰水期,以降轨枯水期指标值为最优:平均偏差、均方根误差、标准差分别为−0.082、0.107和0.076 m。以2016—2017年、2017—2018年、2016—2018年卫星测高水位与实测数据的平均偏差作为校准参数,校准水位的平均绝对偏差都为0.073 m,皮尔逊相关系数为1。研究验证了卫星测高数据计算和校准河湖水位方法的有效性,该类数据可应用于水文、气候变化研究与洪旱监测等。
北三河流域水资源供需平衡对降水变化的敏感性
刘涛, 王高旭, 吴永祥, 吴巍, 田雪莹, 张妮娜
当前状态:  doi: 10.12170/20210926003
[摘要](8) [HTML全文](9) [PDF 2302KB](1)
摘要:
分析不同区域水资源供需平衡对降水变化的敏感性,结合云水资源和降水效率的空间分布,有助于常态化人工增雨作业地点的确定,对实现空陆水资源的统筹利用具有重要意义。以北三河流域为研究区域,基于新安江模型和彭曼-蒙特斯公式分析了研究区需水量对降水变化的响应,并探讨了不同计算单元水资源供需平衡对降水变化的敏感性。结果表明:受降水变化影响,流域平水年产水量增加的比例大于枯水年与特枯年,农田灌溉需水量大致呈线性变化趋势;自然降雨情景下流域资源性缺水量分别为35.46亿m3P=50%)、43.17亿m3P=75%)和46.30亿m3P=95%),缺水峰值分别出现在5月、7月和8月;各单元缺水量对降水变化的敏感性主要由产水变化主导,空间上呈由北向南逐渐递减的趋势,当平水年降水量增加20%时,北部地区相对减少率达到150%以上,中部介于30%~50%,南部则小于15%。
考虑环间接头力学特性的盾构隧洞纵向分析模型
姚家晨, 杨建喜, 曾东, 李同春
当前状态:  doi: 10.12170/20211208003
[摘要](22) [HTML全文](26) [PDF 2284KB](2)
摘要:
盾构隧洞环间接头具有明显的非线性力学特性,合理模拟其受力变形响应是隧洞纵向变形分析中的难点。针对此问题提出了一种简便实用的环间接头分析模型,采用可传压不传拉的接触面单元模拟环间接触,采用基于埋置梁广义位移法的梁单元模拟螺栓,能够同时考虑环间接头处的非线性接触状态和接头螺栓的轴向刚度和剪切刚度,且适用于各种环间连接螺栓形状(直螺栓、弯螺栓或斜螺栓)。通过算例,将有限元模型与理论解析模型计算结果进行对比,验证了该模型的准确性。将该模型应用于某实际工程中穿越断层破碎带的盾构隧洞的纵向变形分析,结果表明:输水盾构隧洞在均质基岩中状态稳定,在断层破碎带区域衬砌环间缝变形和螺栓应力显著增大,但均在设计控制范围之内。该模型可为工程安全建设及运行提供一定参考。
贵港二线船闸输水系统水力特性原型观测
罗慧婧, 严秀俊, 李中华
当前状态:  doi: 10.12170/20220107001
[摘要](5) [HTML全文](8) [PDF 1682KB](0)
摘要:
贵港二线船闸是西江航运干线中的重要通航枢纽,作为中高水头巨型船闸,采用的是简单的闸墙廊道侧支孔出水及双明沟消能的分散输水系统布置型式,为验证输水系统布置及闸阀门运行方式是否合理,对船闸输水系统进行了水力特性原型观测试验。观测结果表明,闸室水力特性及船舶停泊条件基本满足规范及设计要求,船闸进出水口及闸室内流态较好;在当前船闸水头及推荐的阀门运行方式下,输水末期闸室内的超高、降超出了规范要求,改善闸阀门运行方式后,有效降低了惯性水头;船闸原型与模型间流量系数存在偏差,偏差值不超过6%;双线船闸在不同工作时序下运行,相互间影响不大。
考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究
李芬, 王屹之, 洪子博, 胡丹
当前状态:  doi: 10.12170/20210630001
[摘要](12) [HTML全文](6) [PDF 1143KB](2)
摘要:
在地震和波浪等复杂环境荷载作用下,海上风机的桩周冲刷和地震动水压力会显著影响海上风机的动力响应。建立了考虑地震动水压力及桩周冲刷效应的海上风机非线性动力计算模型,首先基于场地相关反应谱选取了34条地震动记录,通过多条带分析方法获取了不同工况下海上风机的地震易损性曲线,进一步讨论了地震动水压力和冲刷深度对海上风机地震易损性的影响。研究表明:在一般设防烈度下,冲刷深度对海上风机受到地震荷载作用时能否正常工作有显著影响,对风机发生永久性破坏概率的影响较小;而动水压力对海上风机4种极限状态下的地震易损性的影响均较小。海上风机易损性分析对海上风机的抗震设计有着重要的理论指导意义和工程应用价值。
基于Copula函数的大通站水沙特征分析
黄宇明, 缴健, 窦希萍, 郭海军, 丁磊
当前状态:  doi: 10.12170/20210408003
[摘要](92) [HTML全文](33) [PDF 2118KB](7)
摘要:
长江口受人类活动影响较为强烈,其水沙序列一致性遭到破坏。以大通站1965—2019年逐月径流量和来沙量资料为基础,采用滑动窗口算法结合Copula理论的方法,研究长江口来水来沙变化特征及丰枯一致性问题,并分析水沙联合分布模型边缘函数选取不确定性问题。结果表明:(1)受人类活动的影响,大通站水沙组合在1965—2019年间均呈减少趋势,并且在1979和2000年发生突变,水沙序列1965—1979和1980—2000阶段最优函数模型均为Clayton模型,2001—2019则为Frank模型;(2)大通水文站3个阶段水沙序列同步频率分别是84.52%、84.40%和83.20%,远大于丰枯异步频率,揭示了长江上游来水来沙条件具有较强的一致性。(3)PE3-PE3边缘分布组合的95%置信区间小于PE3-GPD组合,说明采用PE3-PE3组合可以减少函数选取的不确定性。通过探讨大通站来水来沙联合变化特征,可为长江口水域水资源管理、河道整治等工作提供参考。
长江经济带生态系统健康评估及时空变化特征
喻志强, 曹浩, 王正勇, 程卫帅
当前状态:  doi: 10.12170/20200519001
[摘要](61) [HTML全文](48) [PDF 2539KB](6)
摘要:
长江经济带生态系统的健康是支撑我国经济社会可持续发展的重要基础。基于“活力-组织力-恢复力-贡献力”评价指标体系,构建长江经济带生态系统健康评估模型,对2000年和2015年各县市的生态系统健康状况进行评估。结果表明:(1)长江经济带生态系统健康空间分异格局总体呈现北部高南部低、上游高下游低的特点,生态系统健康指数的高值区主要位于云南省,低值区主要位于安徽省和江苏省;(2)与2000年相比,2015年生态系统健康指数整体增加,局部降低,其中,生态系统健康指数下降的区域主要位于长三角沿海地区;(3)2015年长江经济带生态系统健康以四因子主导为主,四因子主导区占研究区县市总数的41.2%,且大部分四因子主导区是由原组织力-恢复力-贡献力主导区转化而来。总体而言,研究时段内长江经济带生态系统健康状况有所恢复,但在人类干扰较大的地区有所下降。
对雨洪资源利用的再认识
胡庆芳, 王银堂, 邓鹏鑫, 李伶杰, 王磊之, 云兆得
当前状态:  doi: 10.12170/20220216004
[摘要](1) [HTML全文](1) [PDF 887KB](0)
摘要:
雨水和洪水是宝贵的自然资源,雨洪资源利用是具有悠久历史的重要水资源开发利用方式。近年来雨洪资源利用的实用性技术获得了蓬勃发展,但对其基本概念尚存在明显的认识误区,相关概念和术语的不规范使用给研究和实践带来了混乱。鉴于此,从有关历史和现实情况出发,根据水文学基本理论,对雨洪资源利用进行了再认识,明确了雨水、洪水的自然资源和水资源属性,阐明了雨水资源利用和洪水资源利用的基本内涵和定义,辨析了雨水资源利用和洪水资源利用之间的关系,并澄清了“雨水资源化”、“洪水资源化”等术语的规范性。对雨洪资源的思考和认识有助于夯实雨洪资源安全高效利用的理论基础,为科学开展雨洪资源利用评价、规划和技术创新及应用创造了条件。
基于雷诺数的砂砾石管涌过程判别
王宇, 谷艳昌, 王士军, 段祥宝
当前状态:  doi: 10.12170/20211014001
[摘要](32) [HTML全文](21) [PDF 1707KB](0)
摘要:
管涌破坏是发生堤坝险情乃至溃决主要原因之一,传统渗流力学涉及管涌机理、发展过程及控制措施,而管涌过程定量判别及非线性特征研究尚显不足。开展不同级配砂砾石管涌试验,指出细颗粒含量及均匀程度是影响砂砾石管涌破坏的主要因素;分析管涌破坏过程中水流状态变化规律,提出了基于雷诺数Re的管涌过程判别方法。试验结果表明:砂砾石管涌过程可定量地分为孕育阶段(Re<0.85)、形成阶段(0.85≤Re≤5)、发展阶段(5<Re≤50)和破坏阶段(Re>50)。孕育和形成阶段,可动细颗粒启动并缓慢调整,水力坡降与渗流速度呈线性关系,黏阻力占主控作用,渗流运动符合达西定律;发展和破坏阶段,渗流通道形成并逐步扩展,可动细颗粒快速流失,渗流速度变化较大,惯性力占主控作用,水力坡降与渗流速度呈远离平衡态的非线性关系,层流逐渐向紊流过渡,可用二次方程描述。研究结果可为管涌险情科学预报和应急处置提供决策依据。
外来水量诊断法在污水管网预诊断中的应用
冯杭华, 陈海涛, 施翔, 郭帅
当前状态:  doi: 10.12170/20210518001
[摘要](65) [HTML全文](32) [PDF 2215KB](9)
摘要:
为实现污水管网全覆盖、全收集、全处理目标,全国各地区陆续开展排水管网排查与整治项目。以“长江大保护”为代表的污水提质增效项目指出,在全面开展排查修复工作之前,应对管网进行预诊断。针对这一问题,提出了基于外来水量分析的诊断方法,介绍了外来水量预诊断的目的、意义、诊断内容及技术路线,并综合运用水量平衡法、基于化学质量平衡法和基于流量测量的方法对“长江大保护”项目中的南方某城市排污管网进行了诊断。诊断结果表明:该城市污水系统整体外来水占比约为16%,但局部汇水区域旱天外来水量达到50%以上;该市雨水入流现象严重,约一半以上汇水区域雨水入流量达到30%以上。排污管网预诊断,对管网排查、修复工作具有一定的指导意义。
甘肃省水资源—经济社会—生态环境耦合协调演变分析
张恬姿, 王小军, 齐广平, 康燕霞, 银敏华, 马彦麟, 贾琼, 张向宁
当前状态:  doi: 10.12170/20220406001
[摘要](14) [HTML全文](6) [PDF 1595KB](1)
摘要:
水资源、经济社会和生态环境之间存在复杂的耦合关系,推进三者耦合协调是实现区域可持续发展的重要前提。基于耦合协调度模型测算2010—2019年甘肃省14个市(州)水资源—经济社会—生态环境系统耦合协调度,并结合重心演化模型对耦合协调度演变特征进行分析。结果表明:(1)2010—2019年间,甘肃省水资源—经济社会—生态环境综合评价指数整体呈小幅上升趋势,空间分布与各市州水资源禀赋、经济社会发展和生态环境治理分布格局相一致。(2)考察期间甘肃省三系统耦合协调度处于[0.52,0.54]之间,属于基本协调类型;空间维度上各市(州)耦合协调类型或持续稳定或有所提升。(3)2010—2019年耦合协调度重心轨迹主要分布在兰州市,年均移动距离为7.19 km。应针对区域特点采取差异化策略以推动水资源—经济社会—生态环境向高级耦合协调方向演进。
基于图像识别技术的测压管群水深智能获取方法
樊顾飞, 高昂, 王芳芳, 罗洁
当前状态:  doi: 10.12170/20210830001
[摘要](7) [HTML全文](2) [PDF 1219KB](2)
摘要:
为在水工模型试验中准确同步获取过水建筑物不同部位水压力,提出并设计了基于图像识别技术的测压管群水深智能获取方法与系统。该系统采用非接触式(侧拍)影像采集方式,实时拍摄多个测压管内水面浮标的运动影像(反映水深变化过程),而后将影像资料导入计算机;软件识别系统采用灰度化、二值化及开操作等对图像进行预处理,而后采用findContours获取各个测压管水面浮标质心坐标,通过标定系数转换为实际水位数据,最终得到各个测压管内水深同步变化的时间序列。通过水工模型试验验证,该方法较传统人工测量方法获得的数据误差不超过±1.5%,且获取方式更快捷、数据更丰富,可为水工模型试验中测压管群水深测量提供新的思路。
自然氧化弱膨胀土的剪切破坏特征试验研究
南亚林, 郭鸿, 陈栋梁, 陈文涛
当前状态:  doi: 10.12170/20210624001
[摘要](37) [HTML全文](16) [PDF 1477KB](9)
摘要:
膨胀土体材料在大气环境下自然氧化,其黏粒的化学成分、矿物组分和颗粒结构将发生变化。通过XRF成分检测及室内土工试验方法,研究了不同围压条件下原状土样与氧化土样的剪切变形破坏规律,用硬化系数量化分析了土样从压缩硬化过渡到压剪混合破坏模态的非线性软化特征。结论表明:原状土样氧化后抗剪指标有所增强,内摩擦角变化是抗剪强度增加的关键因素。原状土样和氧化土样的剪切破坏机制较为复杂,在试验设定加载条件下,可能发生鼓曲状压缩、硬化压缩、压剪混合或剪切滑移等各类破坏模态。硬化系数可对土样加载过程中的剪切应力应变关系曲线进行量化,体现压缩硬化向压剪混合及剪切软化破坏模态过渡的非线性变化特征。可为膨胀土氧化效应研究及其土体稳定性分析提供一定的理论参考。
基于埋置梁广义位移法的桩基上拱式渡槽受力分析
胡荣金, 皮家骏, 潘世洋, 黄永涛, 刘晓青
当前状态:  doi: 10.12170/20210929002
[摘要](4) [HTML全文](2) [PDF 2250KB](1)
摘要:
桩基上拱式渡槽包含梁柱与块体结构,采用有限元分析时应分别采用梁单元与等参单元离散,存在梁单元与等参单元之间转角位移协调问题。从梁单元节点作为主节点的广义位移公式出发,建立了梁单元节点作为从节点时其转动位移与所埋置等参单元节点位移之间的埋置梁广义位移表达式。通过设置不同的网格尺寸和单元刚度,研究了梁单元与等参单元之间采用主从或从主广义位移模式对桩基上拱式渡槽结构分析的适用性,并将分析结论应用于某拱式渡槽的受力分析。研究结果表明,在保证计算精度的前提下,埋置梁广义位移法有效提高了计算效率,可用于梁板柱与块体结构的相互作用分析。
现代混凝土自收缩及其调控研究进展
李景浩, 何小波, 胡少伟, 蒋建华, 赵海涛
当前状态:  doi: 10.12170/20220111001
[摘要](10) [HTML全文](4) [PDF 3126KB](1)
摘要:
混凝土是使用最为广泛的建筑材料。现代混凝土为实现高性能而趋于采用低水胶比和高含量胶凝材料,使得混凝土自收缩显著增大,在约束条件下往往形成较大的拉应力,因此现代混凝土结构开裂问题愈发严重,显著降低了混凝土耐久性和缩短服役期,这类问题在水工大体积及薄壁混凝土结构中尤为突出。对近些年国内外就混凝土自收缩及其调控研究进行了文献综述,比较分析了自收缩“零点”与变形测量方法及装置、自收缩预测模型和自收缩调控措施三个方面的最新成果和进展,总结了现有研究存在的不足,并提出了一些关键问题的未来研究方向,为实际工程裂缝控制和自收缩研究提供参考。
考虑围压效应的块状节理岩体变形破坏数值模拟
詹懿德, 汪发祥, 佘恬钰, 沈佳轶, 吕庆
当前状态:  doi: 10.12170/20211220002
[摘要](7) [HTML全文](5) [PDF 1117KB](2)
摘要:
节理岩体变形模量是深部岩体工程设计及稳定性分析的重要设计参数,开展围压对节理岩体变形特征及破坏形态的研究具有重要意义。采用离散元数值模拟与室内试验测试相结合的研究方法,开展不同围压条件下含两组预制节理的块状节理岩体三轴压缩变形破坏数值模拟研究,主要结论如下:(1)块状节理岩体的变形模量随着围压的增大而增大,当围压超过4 MPa时,变形模量的变化趋于平缓;(2)块状节理岩体的破坏模式分为两种:一是产生沿着已有节理面的滑动破坏;二是产生穿过整个岩体的剪切破坏,且随着围压的增大,块状节理岩体的破坏模式由节理滑动破坏向岩块剪切破坏转变;(3)对于1+2、2+3、3+5和5+7块状节理岩体模型,发生破坏模式转变的围压分别为0.5、1.0、4.0和4.0 MPa。
咀儿上淤地坝防渗改造渗流及坝坡稳定分析
陈彬鑫, 聂兴山, 田淳
当前状态:  doi: 10.12170/20210509001
[摘要](7) [HTML全文](9) [PDF 1725KB](0)
摘要:
为提高小流域地表水的利用率,解决山区灌溉用水问题,结合山西省偏关县咀儿上淤地坝开展淤地坝防渗改造的技术研究。针对该淤地坝上游坝坡,提出原土培厚、黏土斜墙、复合土工膜共3种改造措施5种改造方案,并考虑渗流场和应力场的耦合影响,对原坝体和各种改造方案的渗流和坝坡稳定性进行数值模拟计算。结果表明:原坝体受渗透水的影响较大,无法安全蓄水;仅对上游坝坡进行原土培厚并不能使坝体满足防渗要求;在上游坝坡铺设黏土斜墙或土工膜可以有效地降低浸润线、减少渗流量、提高下游坝坡的稳定性;土工膜方案相对于其他方案具有更好的安全性和可行性,可以在条件允许的前提下优先考虑。研究结果对类似淤地坝防渗改造工程具有一定的指导意义。
河湖水系连通优化的内涵特征与准则初探
吕良华, 张海滨, 陈晓燕, 耿雷华, 宋翠萍
当前状态:  doi: 10.12170/20210622001
[摘要](42) [HTML全文](21) [PDF 712KB](7)
摘要:
针对新时期建设具有水资源、水环境、水生态、水灾害统筹治理功能的国家现代水网的需求,如何进行河湖水系连通优化,尽可能降低负面效应,最大程度发挥综合正效应,是河湖水系连通研究领域急需解决的问题。结合新时期河湖水系连通多功能需求,提出了河湖水系连通优化的概念内涵特征,并对概念内涵和特征进行了初步分析和探讨。在此基础上,结合我国水安全形势对河湖水系连通的新需求,从“十六字”治水思路、“十二字”原则、“三先三后”原则、工程与管理并重、遵循自然和历史规律等方面对河湖水系连通优化应遵循的准则进行了初步探讨,以期为河湖水系连通优化的深入研究提供借鉴。
琴键堰泄流能力影响因素与计算分析研究
李艳富, 韩昌海, 李子祥, 韩康, 余凯文
当前状态:  doi: 10.12170/20211111001
[摘要](12) [HTML全文](7) [PDF 1214KB](1)
摘要:
近年来特大洪水和超标准洪水频繁发生,已建水利工程泄流能力不足问题日益突出。琴键堰在适当低水头条件下具有高效泄流效率。归纳了琴键堰主要结构参数对其泄流能力的影响及最佳取值,总结了琴键堰流态对泄流能力的影响,分析了琴键堰发生低水头行为的条件参数。通过对比现有琴键堰泄流能力估算公式,并结合国内外已有试验数据,采用遗传算法拟合推导了基于溢流堰轴线长度堰宽、堰长、堰高、进出水宫室宽度及上下游倒悬长度流量系数计算式,整体误差小于6%。该式计算简单,适用于琴键堰整体泄流能力估算,可根据实际需求选取合适的估算公式。琴键堰主要结构参数的最佳取值及泄流能力的计算方法可为超标准洪水条件下泄流建筑物设计或改建提供估算依据。
开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性及优化布置研究
张文皎, 刘磊, 武彩萍, 吴腾, 罗立群, 胡能明
当前状态:  doi: 10.12170/20210609001
[摘要](65) [HTML全文](39) [PDF 1640KB](17)
摘要:
开敞式宽大单泄槽溢洪道与一般溢洪道相比易发生水流流态复杂、掺气效果差等工程安全问题。以马来西亚Baleh水电工程为例,采用VOF法与RNG k-ε双方程紊流模型对溢洪道流场进行三维数值模拟。计算分析了不同工况下溢洪道流态、流速、沿程压强等水力特性的分布规律。同时开展1∶50物理模型试验,经对比分析数值模拟结果与模型试验结果基本一致,验证了开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性数值模拟的准确性与可行性。进而利用紊流模型详细计算分析了溢洪道掺气坎的优化布置方案,结果表明:1#掺气坎抬高20 cm后,坎后掺气空腔长度由11.03 m增大至19.84 m,消能率增大约1倍;3#掺气坎沿泄槽陡坡上移15 m后,挑流水舌冲击位置上移,减轻了对挑流鼻坎段水流流态的影响。研究结果对同类工程的优化设计有一定的借鉴作用。
不同渗透系数的非均质黏土劈裂注浆数值模拟
申时钊, 涂小兵, 雷进生, 周珂, 刘金鑫, 唐亚周
当前状态:  doi: 10.12170/20210826002
[摘要](7) [HTML全文](3) [PDF 5291KB](0)
摘要:
针对地下工程中软弱黏土地层病害治理问题,考虑黏土材料的非均质性与低渗透性,对黏土进行劈裂注浆加固特性分析。基于Weibull分布函数理论构建非均质黏土地层模型,对黏土进行劈裂注浆加固模拟;基于注浆模拟计算结果,分析不同均质度与渗透系数对黏土劈裂注浆效果的影响。结果表明:土体劈裂注浆难度随均质度的增大而增加,均质度较高的土体劈裂后产生的裂缝较为单一,裂缝分布范围较小;均质度较低的土体劈裂产生的裂缝宽度较大,裂缝影响范围更为广泛。浆脉扩展的长度及增长幅度随土体渗透系数的增大而减小,渗透系数大的土体劈裂浆脉宽度要大于低渗透系数土体,渗透系数较小的土体浆脉长度始终比较大,浆脉距注浆孔越远,其宽度越小。研究可为软弱黏土地层劈裂注浆的工程应用提供一定的指导作用。
混凝土碱-骨料反应长期膨胀变形预测模型研究进展
王继敏, 白银, 丁建彤, 毛学工, 蔡跃波
当前状态:  doi: 10.12170/20210805001
[摘要](33) [HTML全文](18) [PDF 2244KB](4)
摘要:
碱-骨料反应被称为混凝土的“癌症”,是影响混凝土寿命的重要因素。对于已经使用活性骨料的混凝土结构,如何预测碱-骨料反应引起的混凝土长期变形,并合理评价结构的整体安全性,是工程密切关心的问题。回顾了混凝土碱-骨料反应长期变形预测模型的研究进展,将现有模型归为宏观膨胀的数学拟合模型、结构宏观变形的唯象学模型、基于骨料膨胀的模型、考虑碱-硅酸反应(ASR)凝胶的模型、考虑物质迁移的模型等五大类,并分析了各种模型的优缺点和适用范围。认为ASR长期膨胀变形预测模型需重点考虑碱离子向骨料内部的扩散、SiO2的溶解及凝胶的组成,且需根据岩相分析来选择 “反应环”模型或“凝胶袋”模型。
太湖流域典型洪水降水和水位要素解析
胡庆芳, 朱荣进, 王银堂, 李伶杰, 李曦亭
当前状态:  doi: 10.12170/20210914001
[摘要](7) [HTML全文](6) [PDF 1540KB](0)
摘要:
为加深对流域洪水运动和城市水文规律的认识,开展了太湖流域2020年洪水与2016年、1999年和1991年3场历史洪水的对比分析,全面剖析了4场流域性洪水对应的降水、水位要素的异同。结果表明:在降水时程分布上,1991年、1999年和2016年致洪降水过程比较集中但存在间歇期,而2020年致洪降水可视为一次连续降水过程,累积雨量大但时程分布较均匀;在降水空间分布上,1991年与2016年洪水期降水为“北部型”降水、北部水利分区致洪降水明显高于其他分区,1999年为“南部型”降水、南部水利分区致洪降水明显高于其他分区,而2020年则为“全流域型”降水,各水利分区致洪降水差距相对较小。受降水过程影响,1991年、1999年和2016年洪水期太湖水位上涨过程中存在一定回落或平稳期,但2020年洪水期太湖水位表现为持续性上涨过程。2020年洪水期南部浙西区代表站最高水位明显超过了1991年和2016年,但北部湖西区和武澄锡虞区水位情势不及1991年、1999年和2016年严峻。总体上,2020年太湖流域洪水规模与强度低于1999年等年份,其灾害损失也较小,但对流域及区域设计暴雨、洪水计算和洪水调度仍具有重要参考价值。
中间渠道次生波发育长度数值模拟研究
郑飞东, 李云, 王晓刚
当前状态:  doi: 10.12170/20210921001
[摘要](10) [HTML全文](4) [PDF 1563KB](1)
摘要:
分散梯级船闸充、泄水会引起船闸中间渠道内水体振荡波动,严重时会增加船舶操控难度,甚至引发安全事故。国内外专家学者针对中间渠道非恒定波流特性的研究主要集中于长波的波动特性,对次生波的关注甚少。针对三峡水运新通道分散梯级船闸布置方案,建立了基于船闸输水基本方程和Boussinesq方程的船闸-中间渠道耦合数学模型,研究船闸充、泄水条件下中间渠道次生波发育长度的分布特性及其对相关水力参数的响应规律。结果表明,上级船闸泄水条件下,次生波发育长度与单宽峰值流量有关,而下级船闸充水时,次生波的发育长度取决于单宽峰值流量和船闸运行水头。基于数值计算结果,给出了船闸不同运行方式下次生波发育长度的预测方法,可为分散梯级船闸的设计和运行调度提供理论指导和技术支撑。
超高水头大型船闸闸室明沟消能特性研究
陈明, 陈沿吉, 苗健康, 黄海津
当前状态:  doi: 10.12170/20210805008
[摘要](13) [HTML全文](9) [PDF 2319KB](0)
摘要:
为研究超高水头、大尺度船闸闸底廊道侧支孔输水系统闸室明沟消能特性,以单级水头60 m、有效尺度为280 m×40 m(长×宽)的闸室为研究对象,采用三维紊流数值模拟方法,针对流速、紊动能、剩余比能及流速分布均匀度等参数进行分析,阐明了双层侧支孔单明沟和单层侧支孔双明沟的消能特性,并对比了两种明沟消能工的消能效果。结果表明:对于双层侧支孔单明沟布置型式,垂向间距d与支孔面积平方根D之比由d/D=2.29增加至5.71过程中,消能效果先变优后变差,当d/D=3.43时可达到较佳的消能效果;双明沟型式考虑合理的宽度(单个明沟宽度b与支孔面积平方根D之比b/D=2.71)后,相比双层侧支孔单明沟型式,消能效果更佳。研究结果可为类似船闸的消能工设计提供技术支撑。
膨润土石灰改良黄土强度及微观结构试验研究
高梦娜, 王旭, 李建东, 张延杰, 蒋代军
当前状态:  doi: 10.12170/20210818003
[摘要](17) [HTML全文](12) [PDF 1592KB](1)
摘要:
黄土工程性能较差,必须经过处理才能作为路基填料使用。为了提高黄土路基的承载力,更好地解决黄土路基的工程病害问题,在黄土路基填料中加入膨润土和石灰,通过不同组合掺量的膨润土-石灰-黄土的无侧限抗压强度试验与核磁共振试验,分别从土体强度和孔隙结构的角度出发,研究各掺量膨润土-石灰对黄土路基填料强度及孔隙结构的改良效果。试验结果表明:膨润土可以有效填充黄土的孔隙,石灰能使土体内分散的颗粒连成整体,并使土体无侧限抗压强度提高4.01倍;改良黄土的无侧限抗压强度随着养护龄期的增大而增大;与素黄土相比,改良黄土的孔隙度降低,大孔隙占比显著减少。通过微观电镜扫描发现土颗粒之间连成整体,且颗粒间的大孔隙也基本均被填充。因此,膨润土和石灰对黄土填料的改良效果是较为显著的。
基于速度与加速度准则的泄水闸裂缝工作性态诊断
徐世媚, 黄耀英, 徐小枫, 殷晓慧, 郝丹, 陈飞
当前状态:  doi: 10.12170/20210816001
[摘要](4) [HTML全文](16) [PDF 2637KB](0)
摘要:
裂缝实测资料综合反映了现场复杂因素对水工混凝土结构宏观裂缝性态的影响,考虑时效分量是评价裂缝工作性态的重要依据,可基于速度与加速度准则对裂缝工作性态进行诊断。结合王甫洲水利工程泄水闸实际情况,选取水工混凝土结构裂缝典型位置安装裂缝计组,监测获得经历不利荷载工况下的裂缝实测资料,建立反映温度非线性效应的裂缝统计模型,分离获得时效分量,采用速度与加速度准则对时效分量进行诊断。裂缝实测资料的应用分析表明,考虑温度非线性效应的裂缝统计模型拟合效果较好,虽然王甫洲水利工程泄水闸检修门库裂缝部分测点时效分量表现不收敛,但均趋于闭合,诊断该泄水闸裂缝目前处于稳定状态。该方法能简便且可靠地反映裂缝的时变规律,可为水工混凝土结构的裂缝工作性态诊断提供参考。
模拟履带-软黏土相互作用的环形触探仪研发
黄伟健, 廖晨聪, 刘世奥, 叶冠林
当前状态:  doi: 10.12170/20210728006
[摘要](14) [HTML全文](3) [PDF 2128KB](0)
摘要:
海底履带机器人在软黏土海床上行走时会压陷并剪切土体。压陷反映了履带贯入深度与土体强度,剪切则决定了土体能够提供的驱动力。传统地面力学中的贝式仪将压陷和剪切过程剥离测试,忽略了两者之间的相互作用关系。提出了新的环形触探形式与工作方法,将床面行走的压陷和剪切过程统一到触探仪的压陷贯入和扭转剪切中,通过与前人室内模型试验的对比,验证了环形触探概念的有效性和可行性。针对海床常见的正常固结软黏土,采用修正剑桥模型结合有限元方法,基于环形触探仪对履齿结构参数齿高、齿距进行了敏感性分析,探究了履齿结构参数对软黏土强度发挥的影响。研究结果表明,齿高、齿距对软黏土的强度发挥影响显著,适当增大齿高、缩小齿距有助于软黏土强度的充分发挥。
黄河流域水资源与产业升级互动关系研究
刘建华, 唐琦
当前状态:  doi: 10.12170/20210906002
[摘要](8) [HTML全文](7) [PDF 1009KB](2)
摘要:
构建黄河流域水资源与产业升级综合评价指标体系,根据计算所得指数进行时空分析,运用PVAR模型,通过格兰杰因果关系检验、脉冲响应与方差分解等方法,对黄河流域八省区2010—2019年水资源与产业升级的互动关系进行实证分析,提出相应对策建议。结果表明:(1)黄河流域八省区通过优化水资源利用方式难以促进产业结构调整,需要寻找新的发展驱动力,提高产业链附加值,构建现代化产业体系;(2)黄河流域八省区优化水资源利用对提高产业环境友好程度产生促进效应,应着力推动黄河流域水资源可持续利用,建立黄河流域生态补偿机制;(3)黄河流域八省区提高产业环境友好程度对改善水资源状态起积极作用,应大力发展可再生能源,提升产业绿色化水平,恢复水体状态。
常州市主城区畅流活水方案模拟比选及现场试验研究
穆守胜, 柳杨, 乌景秀, 范子武, 刘国庆, 谢忱
当前状态:  doi: 10.12170/20210416002
[摘要](34) [HTML全文](47) [PDF 3320KB](3)
摘要:
为了改善常州市主城区水环境,通过数值模拟计算与现场试验相结合的方法,开展畅流活水水环境提升方案研究。利用优质丰富的长江水作为引水水源,通过魏村枢纽和澡港水利枢纽引水,围绕新建工程大运河西枢纽及与4座活动堰工程的调度组合,设置了5组模拟方案,通过水动力数学模型,模拟各方案下城区内部河道流量分配情况,并结合现场试验论证了推荐活水方案的效果。结果表明:推荐方案形成了3级水位差、水位精准调控、流量合理分配的畅流活水格局,河网水环境改善显著,同时大部分水质指标在引水结束后16天内均仍处于较好的状态,但部分河道的水质反弹明显。通过数学模型开展水动力调控是改善平原河网城市水环境的有效手段,但需要强化日常监测,根据水质变化情况合理确定活水周期,同时对部分水质异常点位开展污染源解析工作,保障河网水环境的长效久治。
基于某水利枢纽工程混凝土力学性能对比研究
范向前, 刘决丁, 葛菲, 汤雷, 韩浩田
当前状态:  doi: 10.12170/20211115001
[摘要](13) [HTML全文](9) [PDF 2205KB](2)
摘要:
为探讨大坝混凝土的相关力学性能及断裂特性,基于某水利枢纽工程提供的两种不同混凝土配合比(根据含水率的不同分别命名为C0.48和C0.43)及现场粗细骨料,开展混凝土梁三点弯曲试验,测定其坍落度、抗压强度、劈裂强度等相关力学性能参数,并分析了不同配合比对断裂面、起裂荷载与失稳荷载、临界有效裂缝长度及双K断裂韧度等断裂参数的影响。结果表明,C0.48混凝土的坍落度大于C0.43混凝土的坍落度,C0.48混凝土的抗压强度和劈裂强度均小于C0.43混凝土的;C0.48混凝土断裂面的粗骨料较C0.43混凝土断裂面凸出不明显;C0.43混凝土的起裂荷载与失稳荷载、临界有效裂缝长度及断裂韧度均比C0.48混凝土的要大,表明C0.43混凝土强度高,延性和韧性好。
考虑鱼类生态需水过程的漓江并联水库群生态调度
杨培思, 王丽, 莫康乐, 陈求稳, 李婷, 曾晨军, 唐磊, 张辉
当前状态:  doi: 10.12170/20210715002
[摘要](15) [HTML全文](7) [PDF 2281KB](3)
摘要:
水库群联合运行带来巨大的经济和社会效益,同时也对河流生态造成诸多影响。为提升漓江流域水库群联合运行的发电、通航、生态保护和青狮潭水库蓄水综合效益,构建了考虑鱼类生态需水过程的并联水库群多目标调度模型,采用第三代非支配遗传算法(NSGA-Ⅲ)对模型优化求解。结果表明:(1)与常规调度相比,优化调度在保障发电工程效益的同时,实现了通航与生态效益的提升;(2)构建的并联水库群多目标生态调度模型,在枯、平、丰水年的生态流量满足率都维持在47%之上,尤其保障了鱼类越冬、产卵和繁殖期的生态需求;(3)实施漓江并联水库群联合生态调度,青狮潭水库在枯水年和丰水年蓄水量分别增加22.26×106 m3和 24.55×106 m3,缓解了青狮潭水库供水压力。研究可为并联水库群多目标生态调度提供相关参考。
复杂边界条件下膨胀土的体变特性与抗压强度研究
李燕, 王斯海, 朱锐
当前状态:  doi: 10.12170/20210627001
[摘要](53) [HTML全文](28) [PDF 1934KB](5)
摘要:
季节性冻土地区的渠基土易受现场复杂环境的影响,从而影响渠道安全运行。以北疆典型渠道为背景,开展湿干、冻融及其耦合循环条件下渠基膨胀土的体变特性和抗压强度试验研究,探讨不同循环边界条件、不同循环次数下渠基土的变形特征和强度特性。试验结果表明:在湿干循环过程中,试样体积变幅在4次湿干循环后趋于恒定;在冻融循环过程中,试样的体积变幅随冻融循环次数的增长而逐渐减小;在耦合循环过程中,试样的体变特性受湿干效应和冻融效应的综合影响,发生“冻胀融沉”和“冻缩融胀”的临界饱和度约为70%,同时耦合循环中的湿干过程对试样在后续冻结、融化过程中的体变有一定的弱化作用。耦合循环条件下试样的抗压强度衰减最为显著,7次耦合循环后,试样的抗压强度降低了46.9%~59.1%。湿干循环和冻融循环条件下试样的抗压强度衰减程度则与饱和度相关。研究结果可为北疆膨胀土输水渠道的建设与维护提供参考。
不同冻土条件下渠道地基热状况模拟研究
韩洪武, 穆彦虎, 虞洪, 丁泽琨, 陈领
当前状态:  doi: 10.12170/20210108001
[摘要](15) [HTML全文](11) [PDF 1703KB](1)
摘要:
多年冻土区水利工程的建设和运营会对下伏多年冻土产生显著热影响,且不同冻土条件下影响程度存在明显不同。以高海拔多年冻土区某渠道工程为背景,在考虑冻融土体内水分迁移、冰水相变以及土体未冻水含量与温度非线性关系基础上,构建了冻融土体水-热耦合数学模型。利用该模型,开展了气候变暖背景下,渠道多年冻土地基热状况长期演化规律模拟预测,并考虑多年冻土年平均地温(MAGT)和体积含冰量(iv)的影响。结果表明,当多年冻土含冰量为少冰(iv≤10%)时,渠道垂向和横向热侵蚀显著,运营50年后渠道下部和岸坡下30 m范围已无多年冻土。当MAGT为−0.5℃时,自岸坡向外约10 m范围内下部多年冻土已退化,而当MAGT为−1.0和−1.5℃时,岸坡下部仍有多年冻土分布。随着含冰量的增加,多年冻土热惰性显著增加。当多年冻土含冰量由少冰(iv≤10%)增加至多冰(10<iv≤20%)、富冰(20<iv≤30%)时,即使在MAGT为−0.5℃时,运营50年后渠道下部仍有多年冻土存在,但是自渠道中心形成了一个“锅底状”的融化盘。在过水和气候变暖因素作用下,渠底和坡脚多年冻土表现为自上而下的退化模式,而岸坡和天然场地多年冻土退化表现为活动层的缓慢下移和上限附近多年冻土的缓慢升温。
北疆某工程膨胀土的力学特性及微观机制试验研究
崔子晏, 张凌凯
当前状态:  doi: 10.12170/20211220006
[摘要](28) [HTML全文](18) [PDF 4398KB](2)
摘要:
北疆供水一期工程穿越膨胀土区域,自运行以来发生多次滑动破坏,为深入探讨其破坏机理,通过对膨胀土进行室内直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验,从宏观角度分析其力学特性,微观上揭示其物理机制。结果表明:(1)随含水率增加,黏聚力降低,内摩擦角呈先增大后减小的趋势,在最优含水率时达到峰值;随干密度增加,黏聚力增加,内摩擦角呈逐步增大的趋势;(2)随含水率增加,稳定孔隙比呈下降趋势,表明土体的压缩性增强;随干密度增加,初始孔隙比减小,稳定孔隙比趋于定值。电镜扫描结果显示,随固结压力增加,土体的结构类型由絮凝结构逐渐向紊流和层流状结构演化,孔隙数量与大小均下降,颗粒聚集效应明显,膨胀土压缩性降低;(3)膨胀土在低固结压力下渗透性较强,在较高压力下(200~1 600 kPa)较小,量级为10−6~10−8,渗透系数与孔隙比呈正相关,可用幂函数的形式表达。电镜扫描结果显示,随固结压力增加,松散堆积结构转变为紧密结合的层流状结构,孔隙面积减少,渗透系数显著降低。
协整和集对分析法在降雨资料短缺地区的插补移用
王秀杰, 齐喜玲, 滕振敏, 李丹丹
当前状态:  doi: 10.12170/20210721001
[摘要](8) [HTML全文](5) [PDF 1251KB](1)
摘要:
针对中小流域降雨资料短缺,洪水精确预报难度大的问题,提出利用线性协整和集对分析(SPA)方法分别对台风雨和非台风雨下的观测降雨数据进行插补移用,对驼英水库进行洪水预报研究。基于台风雨协整计算结果发现雨量站之间存在协整关系,协整模拟结果与实测降雨的纳什系数均在0.85以上,相关系数达到0.90,主雨峰和场次降雨误差均较小,说明协整理论可用于降雨资料短缺时的数据插补。非台风雨降雨序列经补充集合经验模态分解(CEEMD)和SPA,根据综合联系度拟定数据移用最优方案,显著提高了降雨数据移用的有效性及准确性,提高了洪水预报精度。该方法可为其他同时存在台风雨和非台风雨地区降雨资料的插补移用提供新思路。
基于时空聚类挖掘的库岸边坡多测点位移监测数据约简
陈波, 詹明强, 黄梓莘
当前状态:  doi: 10.12170/20210728002
[摘要](5) [HTML全文](9) [PDF 1904KB](0)
摘要:
库岸边坡失稳会对工程自身效益和周边安全造成巨大损失,而位移监测数据可以直接表征库岸边坡安全状况。传统变形位移分析一般仅考虑单个监测点,不同监测点之间位移的相似性和关联性有待挖掘。基于时空数据挖掘领域的聚类方法,综合考虑测点属性和空间特征,采用K-means算法度量测点间的相似程度,实现变形区域划分;在变形区域划分基础上,采用遗传算法优化的投影聚类算法,将高维数据向低维空间映射,通过提取测点数据特征,筛选得到重点关注的测点和压缩数据量。结合实例工程数据表明,时空聚类挖掘方法便捷、有效,逐步实现了边坡位移监测数据约简,可用于类似库岸边坡的监测数据挖掘。
重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合分析
郑安兴, 潘国勇
当前状态:  doi: 10.12170/20220110003
[摘要](10) [HTML全文](2) [PDF 1922KB](3)
摘要:
重力坝坝踵裂缝在大坝运行期间通常承受较高水头作用,易发生水力劈裂破坏。建立扩展有限元方法框架下重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合数值模型,并采用扩展有限元法模拟水力劈裂耦合作用下重力坝坝踵裂缝扩展过程。计算结果表明:重力坝坝踵初始裂缝逐渐向坝基底部扩展,且裂缝扩展方向朝下游方向;无水力劈裂作用下的裂缝开裂角要大于水力劈裂作用下的,无水力劈裂耦合作用下的裂缝开裂角小于水力劈裂耦合作用下的;重力坝坝踵裂缝扩展前,裂缝内水压力基本与边界水压力相同,当裂缝开始扩展时,裂缝内水压会降低,而后裂缝张开宽度不断增大,裂缝内水压力又会变成边界全水头;裂缝水力劈裂导致裂尖Ⅰ型应力强度因子增大,降低了重力坝裂缝的稳定性。研究成果可为重力坝坝踵裂缝水力劈裂防治提供理论依据。
输水交叉建筑物进出口段渗漏成因综合分析
胡江, 王春红, 马福恒
当前状态:  doi: 10.12170/20211022002
[摘要](35) [HTML全文](10) [PDF 2550KB](8)
摘要:
输水交叉建筑物进出口段渗流异常成因存在不确定性。采用综合分析方法探讨某长距离调水工程一跨河渡槽出口段裹头渗漏的成因。在巡视检查和加固处理等资料分析的基础上,构建统计模型,定量分析渐变段渗透压力和底板扬压力与渠道水位、气温、降雨量等环境量的关系,判断渗流的主要影响因素;通过变形监测资料分析,结合工程地质和水文地质条件,判断引起裹头渗漏的原因;进而依据流场法、探地雷达和高密度电阻率法等地球物理探测方法揭示渗漏入口和通道等。综合分析认为,渗漏从渐变段末端结构缝进入,通过渐变段、闸室段和连接段的砂砾石层基础向裹头侧流出。考虑到该调水工程常年运行,渡槽难以停水检修,提出在闸室段增加灌浆帷幕截断渗流通道的防渗加固处置建议方案。采用的综合分析方法可为同类工程问题分析和处理提供参考。
复式断面明渠流能量及动量校正系数研究
曾诚, 邱斐, 丁少伟, 周婕, 徐剑波, 王玲玲, 尹雨然
当前状态:  doi: 10.12170/20210705002
[摘要](35) [HTML全文](15) [PDF 1492KB](5)
摘要:
在复式断面明渠流中,能量及动量校正系数对水力学计算结果的精确性有直接影响。为研究水深比(滩地水深与主槽水深之比)及滩地植被密度对复式断面明渠流能量及动量校正系数的影响,采用基于壁面建模的大涡模拟(WMLES)方法的三维数值模型,对5种水深比和3种植被密度工况进行数值模拟研究。结果表明:由于流速分布不均匀,主槽和滩地的能量及动量校正系数有明显差异,其值均大于1。随着水深比的增大,复式断面的流速分布趋向均匀,能量和动量校正系数随之减小,能量校正系数的变化范围为1.07~1.19。动量校正系数的变化范围为1.03~1.07。此外,随着滩地植被密度的增大,滩地与主槽的流速差值变大,能量和动量校正系数随之增大。能量校正系数的变化范围为1.09~1.59,动量校正系数的变化范围为1.04~1.21。最后,通过回归分析发现能量校正系数与动量校正系数存在线性关系,所得计算式可用于相同工况条件下能量及动量校正系数的预测。
河南省典型枯水年水资源脆弱性评价及贡献因子识别
王利平, 张怡雯, 张建云, 刘翠善, 王国庆
当前状态:  doi: 10.12170/20211015001
[摘要](25) [HTML全文](12) [PDF 1771KB](4)
摘要:
水资源脆弱性是水安全的重要度量方式,水资源安全是区域可持续发展的基础。以河南省及18个市区为研究单元,从自然条件、社会经济、供用耗水等3个子系统选取指标建立评价体系,运用熵权法、线性加权法求解其典型枯水年水资源脆弱性,从城市、区域、全省角度分析水资源子系统指数、脆弱性指数,并采用贡献度模型识别了水资源脆弱性主要贡献因子,以期为河南省水资源管理提供科学依据。结果表明:(1)整体上看,3个子系统水资源脆弱性指数大小排序为:自然条件>供用耗水>社会经济;城市和区域的水资源子系统指数、脆弱性指数存在一定的差异性,且有自西南向东北逐渐增大的趋势;全省水资源为Ⅲ级中等脆弱性。(2)18个市区及全省水资源脆弱性3个子系统贡献度排序为:自然条件>供用耗水>社会经济;水资源弱性的主要贡献因子集中在自然条件子系统的4个指标。此外,社会经济子系统中的亩均化肥折纯量和供用耗水子系统中的人均综合用水量、亩均灌溉用水量也是主要贡献因子。(3)提出“多渠道供水,提高供水侧能力”、“合理扩张城镇、优化人口经济结构,提高城市水平”、“提高用水效率,节约用水”的差异化“降脆”策略,以实现水资源可持续发展。
海洋环境非金属材料航标技术的应用
孙红尧, 李红卫, 李维运
当前状态:  doi: 10.12170/20210910005
[摘要](17) [HTML全文](6) [PDF 1167KB](5)
摘要:
耐腐蚀新材料和新技术的研究一直是热点。总结了海洋环境下国内非金属材料航标技术的应用现状,分析了各材料航标的成本、性能差异。结果显示,钢筋混凝土灯桩正逐步被淘汰,钢制、玻璃钢聚脲弹性体复合材料和超高分子量聚乙烯灯桩是灯桩的主要结构形式。钢制浮标是目前浮标的主要结构形式,超高分子量聚乙烯浮标正在逐渐扩大应用,玻璃钢浮标的应用规模在缩小。最后提出了非金属材料航标的发展趋势,航标未来的发展方向为改进完善超高分子量聚乙烯非金属材料的性能,优化新非金属材料航标结构的设计,加大非金属材料航标尤其是低成本、耐腐蚀、防沾污、低吸水、轻质、高抗冲击性能非金属材料航标的研究开发投入,并及时制订相关技术规范和标准。
盐冻作用下水工混凝土强度演化模型
甘磊, 冯先伟, 沈振中
当前状态:  doi: 10.12170/20210725001
[摘要](21) [HTML全文](5) [PDF 1311KB](4)
摘要:
寒区盐湖、盐渍土地区水工混凝土结构强度劣化问题突出。基于各向同性连续损伤力学理论,建立了混凝土相对动弹性模量与相对抗压强度的定量关系,提出了冻融和硫酸盐侵蚀协同作用下水工混凝土强度演化模型,并进行模型验证,最后将模型应用于引大入秦庄浪河渡槽结构性能评估。结果表明,该模型能较好地反映受盐冻侵蚀作用下混凝土强度的变化规律;渡槽数值计算结果与运行状况相符,随盐冻侵蚀劣化时间增长,槽身最大压应力和最大位移增加,最大拉应力减小;盐冻协同作用会加快渡槽劣化速率,渡槽运行59.1 a后会发生破坏。研究结果可为寒旱地区受盐冻侵蚀水工混凝土性能评估和运行维护提供理论依据。
特高拱坝结构性态诊断与监控方法述评
赵二峰, 顾冲时
当前状态:  doi: 10.12170/20211203005
[摘要](20) [HTML全文](9) [PDF 1017KB](12)
摘要:
我国已建、在建多座特高拱坝工程,这些工程往往面临着高水头、高边坡和复杂地质条件等特殊服役环境,其设计、施工及安全监控等技术指标突破了现行规范适用范围和以往的工程认知。与一般大坝相比,特高拱坝工程复杂程度高,结构的力学行为具有独特特征,工程建设和运行安全控制要求更为严格。论述了坝体体型工程经验性评价参数、地质力学模型试验、数值模拟仿真分析等特高拱坝结构性态诊断关键技术,以及施工质量控制、温控防裂、跟踪监测反馈等安全监控技术;在此基础上,指出了特高拱坝长效服役健康诊断与安全控制的前沿热点问题,包括时空演化特征挖掘方法、服役风险率实时诊断模型、结构安全动态控制模式、智能感知与超前预警技术等,可指导特高拱坝的建设和运行管理。
近期我国土石坝溃决或出险事故及其启示
张士辰, 李宏恩
当前状态:  doi: 10.12170/20211024002
[摘要](30) [HTML全文](24) [PDF 858KB](11)
摘要:
受极端气候影响,近年来溃坝和出险事故时有发生,一些规律性趋势逐渐清晰,一些启示有待深入挖掘。对超标准洪水影响、土石坝漫而不溃、应急响应机制等一些新问题新方向研究有待深入。基于最新溃坝和出险案例,从防洪标准、监测预警、应急响应、应急处置等方面总结经验教训,研究提出在水库大坝安全管理和防洪度汛方面的启示,进一步提出加强溃坝风险防控的思考和建议。快速降低库水位是应对超标准洪水的关键措施,土石坝可以做到漫而不溃,土石坝结构设计应充分考虑极端强降雨工况,流域梯级水库防洪能力亟待加强,管理设施对紧急情况下应急能力影响很大,低水平的管理会严重影响防洪安全。
黄河流域多尺度区域界定及其应用选择
左其亭, 吴青松, 姜龙, 张伟
当前状态:  doi: 10.12170/20210923001
[摘要](21) [HTML全文](10) [PDF 914KB](4)
摘要:
黄河流域涉及区域广阔、问题复杂多样,相应的研究内容较为丰富,存在空间研究范围和分区不一致的问题。立足于黄河重大国家战略目标任务和不同研究需求,考虑流域与沿黄行政区在资源利用-经济发展-生态保护等方面的关联性,将黄河流域空间研究范围界定为黄河流域区、黄河干流流经区、黄河流域涉及区和黄河全行政区,并对其他研究范围及分区进行了说明;从空间范围、研究对象和内容、行政管理3个方面对比分析4种区域界定方案,明确了不同方案之间的联系和区别;依据针对性和目的性等原则,系统梳理了不同研究内容对空间范围的选择情况,解决了什么情况下可以或应该选择某个特定空间范围的问题。研究成果可为后续黄河流域相关研究提供统一标准和参考依据。
洞庭湖区超标准洪水数值模拟研究
杨炳辉, 施勇, 栾震宇, 金秋
当前状态:  doi: 10.12170/20211029002
[摘要](14) [HTML全文](13) [PDF 1088KB](3)
摘要:
洞庭湖区是我国洪涝灾害频发的地区之一,随着近些年来极端天气越来越频繁,研究洞庭湖区在遭遇历史极端洪水下的防洪形势极具现实意义。以1870年、1935年、1954年长江洪水为研究对象,通过建立长江、洞庭湖及蓄滞洪区一二维耦合水动力模型,在现有地形及工程措施条件下,对洞庭湖区的水位及超额洪量进行模拟计算。 结果表明:三峡及上游水库群补偿调度条件下,若遭遇1870、1935、1954年洪水,荆江附近区及城陵矶附近区的超额洪量大幅下降,再结合荆江地区及城陵矶附近区蓄滞洪区的运用,洞庭湖区可安全度汛。三峡水库调蓄使枝城洪峰流量大幅下降,三口洪峰流量也随之下降,洞庭湖区各站水位有所降低;蓄滞洪区分洪运用降低了莲花塘水位,荆江水面比降加大,三口洪峰流量进一步下降,受上游来水减少及下游水位降低,湖区水位进一步下降。通过定量预测特大洪水长江中游及洞庭湖区防洪情势,为洞庭湖治理提供科学依据,对提升湖区防洪减灾管理能力奠定基础。
海河流域旱涝急转事件的时空演变特征
杨艳娟, 陈跃浩, 陈思宁, 熊明明
当前状态:  doi: 10.12170/20210114001
[摘要](34) [HTML全文](38) [PDF 2174KB](4)
摘要:
研究海河流域旱涝急转的发生规律,可为海河流域防汛抗旱提供科学参考依据。利用海河流域159个气象站1961—2019年逐日降水资料,计算出标准化前期降水指数(SAPI),基于该指数根据旱涝等级标准和旱涝急转条件筛选出1961年以来的旱涝急转事件,分析海河流域旱涝急转频次和强度特征。结果表明:海河流域年平均旱涝急转频次为33次,基本上逐年代增加,最近10年平均值达37次。旱涝急转强度也呈上升趋势,2000年后增加至平均值以上,尤其是近10年呈现出跳跃式的增加,达到最大值。旱涝急转多发生在5、6月及9月中旬,盛夏期间发生的次数较少。旱涝急转强度呈单峰型分布,最大值出现在6月中旬到7月上旬,该时段对应的旱涝急转频次也较多,增加了洪涝灾害的风险。从空间分布来看,旱涝急转频次和强度在滦河河系南部地区、北三河系西部及徒骇马颊河中部等地区均为大值区,即这些地区旱涝急转出现频次高、强度大,因此,发生旱涝急转的风险较高。
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](461) [HTML全文](211) [PDF 764KB](16)
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。
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2022 年 3 期封面
2022, (3): 1-2.  
[摘要](9) [HTML全文](3) [PDF 9292KB](1)
摘要:
植被对河道水流及岸滩形态演变影响研究进展
郝由之, 假冬冬, 张幸农, 吴磊, 陈长英
2022, (3): 1-11.   doi: 10.12170/20210309003
[摘要](106) [HTML全文](220) [PDF 897KB](24)
摘要:
植被作为河流系统重要的阻力因素,在河道形态演变方面发挥着至关重要的作用。植被地表结构改变了河道水流阻力、河床切应力、流速分布及水流紊动特性,植被根系增强了岸滩土体强度和稳定性。从植被地表茎干结构对水流特性影响和植被地下根系加筋作用对岸滩稳固影响两个方面的研究进行了回顾和综述,并指出今后在植被水流研究方面,可进一步考虑植被枝、叶对水流特性的影响,加强对柔性植被变形、摆动引起的动边界问题的研究,以及全面考虑河道形态边界条件的影响,特别是含植被的分汊河道水流特性还需深入研究;在植被根系固土护岸方面,可同时考虑岸滩土体非均质性、河道水流对岸滩的侵蚀冲刷作用及水体渗流对岸滩土体力学特性的影响;在植被河道形态演变预测方面,可以综合考虑含植被河道的水动力学及土力学问题,以及两者间的互馈响应机制。
2022 年 3 期目录
2022, (3): 1-2.  
[摘要](12) [HTML全文](4) [PDF 369KB](2)
摘要:
黄淮海流域实际蒸散发时空演变规律分析
杨晓甜, 张建云, 鲍振鑫, 王国庆, 管晓祥, 刘翠善, 金君良
2022, (3): 12-22.   doi: 10.12170/20210530002
[摘要](75) [HTML全文](48) [PDF 2238KB](11)
摘要:
蒸散发是气候系统能量循环和水分循环的关键要素,探究黄淮海流域实际蒸散发的演变规律及其影响因素对深入理解该区域水循环对气候变化的响应具有重要意义。基于1980—2018年黄淮海流域的GLEAM蒸散发产品数据、气象数据和NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall检验及相关性分析等方法,分析了实际蒸散发的时空演变规律及其影响因素。结果表明:GLEAM产品的计算值在黄淮海流域的验证精度较好,流域内多年平均实际蒸散发量为474 mm,呈显著上升趋势。实际蒸散发的空间变化范围是183~708 mm,空间差异显著,呈现从东南向西北方向递减的趋势,季节的空间分布与年际分布特征基本一致。实际蒸散发与NDVI均呈显著正相关关系,与降水和气温以正相关关系为主。黄淮海流域降水变化不明显,气温显著升高,NDVI增加是流域内实际蒸散发量显著上升的主要原因。
云水资源利用对北三河流域农田灌溉需水影响分析
田雪莹, 王高旭, 吴永祥, 吴巍, 刘涛
2022, (3): 23-33.   doi: 10.12170/20210727001
[摘要](37) [HTML全文](35) [PDF 6111KB](5)
摘要:
为探究不同降水频率、不同增雨情景下的农田灌溉用水差异,采用Penman-Monteith公式构建农田灌溉需水预测模型,研究北三河流域11个计算分区在95%、75%、50%等3种降水频率,及未增雨、增雨5%、增雨10%、增雨15%等4种情景下的灌溉需水变化。研究结果表明:北三河流域云水资源丰富且降水效率不高,故存在巨大的开发潜力;4—9月作物需水量较大;作物种植结构与种植面积影响农田灌溉需水量;北三河流域农田灌溉需水量夏季最多,春秋次之,冬季最少。云水资源与农田灌溉结合应用,同时优化作物种植结构,效益可观;枯水年、特枯水年夏季适宜对北三河全流域增雨,春秋两季适宜对河北潮白河山区、河北蓟运河山区、唐山平原区、天津平原区等局部地区增雨。云水资源的利用为灌溉用水提供了新的来源渠道,同时也为水资源的优化配置提供了新思路。
基于北斗卫星导航系统的大坝静动力变形监测
范明杰, 李卓
2022, (3): 34-40.   doi: 10.12170/20220115001
[摘要](49) [HTML全文](9) [PDF 2510KB](11)
摘要:
常规水库大坝表面变形观测方法无法实现自动观测,精度易受通视和气候条件等影响,且一般采集频率低,仅能进行静力变形监测。通过光学方法与北斗卫星导航系统表面变形监测技术的比较分析,结合某水库大坝实际工程,开展了水库大坝表面静力、动力变形监测的可行性研究。工程应用表明,北斗卫星导航系统可以实现毫米级大坝表面静力变形的监测,同时能进行地震作用下1 Hz采集频率的大坝表面动力变形观测,且大坝表面变形的北斗卫星导航系统观测值与人工观测结果一致,精度可靠,满足规范要求。这为实现地震活跃区水库大坝的静动力变形统一监测提供了有效的技术方案,可用于震后大坝安全评估或应急处置。
黄河巴彦高勒-头道拐河段泥沙冲淤调整特点
张晓华, 郑艳爽, 尚红霞, 丰青
2022, (3): 41-49.   doi: 10.12170/20211214002
[摘要](27) [HTML全文](14) [PDF 1162KB](5)
摘要:
通过实测资料分析,阐明黄河上游宁蒙河道巴彦高勒-头道拐河段不同粒径泥沙来源及冲淤调整特点:长时期(1952—2012 年)河段来沙组成以细泥沙为主,占总沙量的52.7%,且来源与中泥沙和较粗泥沙相同,主要来自巴彦高勒以上;特粗泥沙是淤积的主体,占总淤积量的56.2%,且来源比例在巴彦高勒以上、十大孔兑和沿河沙漠三个地区比较相近。不同粒径泥沙的普遍冲淤调整规律为:细泥沙、中泥沙和较粗泥沙随来水来沙发生冲淤调整,特粗泥沙持续累积淤积。因此,不同粒径泥沙在不同时期的年内调整特点有较大差别,汛期1986 年以前特粗泥沙是淤积的主体,细泥沙和中泥沙冲刷;1986 年后细泥沙和中泥沙转冲为淤,细泥沙成为淤积的主体。非汛期泥沙由1986 年前的冲刷转为1986 年后的淤积,主要在于细泥沙和中泥沙由冲转淤及较粗泥沙的增淤。初步分析表明,河段各时期泥沙的冲淤调整取决于干流来水来沙量及水流过程,十大孔兑的来沙量也有较大影响。研究结果可为宁蒙河道悬河治理提供基础支撑。
基于多孔介质土体分形特征的渗透系数研究
王宇, 谷艳昌, 王士军, 段祥宝
2022, (3): 50-58.   doi: 10.12170/20210629001
[摘要](88) [HTML全文](38) [PDF 1201KB](16)
摘要:
堤坝工程渗流计算中确定土体渗透系数尤为重要。利用分形维数不同尺度域,分析渗透破坏试验土样无标度区,指出土体细颗粒含量是决定土体分形维数的主要因素。基于多孔介质毛管束模型,推导了渗透系数和孔隙率与分形维数之间分形关系解析式,阐释了多孔介质土体渗透系数影响因子包括分形系数、孔径大小、分形维数及流体黏滞系数。利用土体渗透破坏试验结果,进一步论证了渗透系数和孔隙率与分形维数之间的非线性关系。结果表明:当分形维数大于2.83时,孔隙率随着分形维数的增大而减小,但在颗粒吸着水和薄膜水形成的黏聚力影响下,渗透系数随着分形维数增大而减小的规律不明显。研究结果可为渗透破坏形成机制及发展过程分析提供理论依据,减少堤坝渗透破坏致灾隐患。
基于混合格式Richards方程的非均质土体渗流模拟
何玲丽, 田东方
2022, (3): 59-65.   doi: 10.12170/20201209002
[摘要](29) [HTML全文](29) [PDF 1403KB](6)
摘要:
基于混合格式Richards方程的数值模拟能保证质量守恒,可模拟饱和-非饱和渗流。采用有限元模拟时,需知节点处的体积含水率,但由于体积含水率在材料分界面不连续,模拟非均质土体渗流时存在一定困难。为实现基于混合格式Richards方程的非均质土体饱和-非饱和渗流有限元模拟,将材料分界面的节点赋予两个编号,从而分界面上节点的体积含水率分别根据不同材料参数按压力水头泰勒展开;同时应用拉格朗日乘子法保证总水头在材料分界面的连续性。根据所建模型的有限元格式,编制了Matlab数值模拟程序,并用于模拟一维层状土入渗和脱湿过程及二维层状土入渗过程。所得结果与一维解析解、二维其他学者研究结果吻合较好,同时所建模型满足质量守恒。
真空脱水工艺下的混凝土性能
欧阳幼玲, 傅勇明, 钱文勋, 陈迅捷, 陈思兴
2022, (3): 66-73.   doi: 10.12170/20210618001
[摘要](77) [HTML全文](45) [PDF 1225KB](3)
摘要:
为提高混凝土保护层的抗渗透性能并避免表面裂缝的产生,从而提升钢筋混凝土的耐久性,采用真空脱水工艺,通过宏观性能试验结合微观孔结构分析,研究了真空脱水混凝土的性能及其性能改善机理。试验结果表明:(1)真空脱水混凝土的配合比在试验设计范围内取较低的初始水胶比、较少的单位用水量和比非真空混凝土增加约20 %以上的适宜砂率,可以提高真空混凝土的真空脱水率和混凝土性能;(2)采用真空脱水工艺后,混凝土28 d抗压强度的提高值随着水胶比的增大而增加;混凝土72 h抗冲磨强度的提高值随着水胶比的增大而减小,低水胶比混凝土的抗冲磨性能的提高效果尤为显著;(3)与非真空混凝土相比,真空混凝土的干缩变形减小,抗渗透性能显著提高。孔结构分析结果表明:真空脱水主要增加了混凝土中20~50 nm这一孔级的体积含量,混凝土总孔隙率明显降低、最可几孔径减小、临界孔径和平均孔径均明显减小,从而优化和细化了混凝土孔结构。真空脱水工艺可以作为提高钢筋混凝土保护层性能的有效措施,供设计和施工参考。
面板堆石坝长效服役状态下微幅变形监测及其分析
丁玉堂, 周王俊, 陈章仑, 陈洪丰, 王超逸, 陆阳洋
2022, (3): 74-81.   doi: 10.12170/20210523001
[摘要](31) [HTML全文](22) [PDF 1920KB](5)
摘要:
受堆石料自身流变特性及外部因素影响,混凝土面板堆石坝在服役后较长一段时间内仍有持续的微幅变形增长,微幅变形的不断累积可对面板等防渗结构产生不利影响。针对传统监测手段精度低、频次少、测量结果难以反映大坝真实的后期变形特征这一缺陷,尝试将静力水准系统与引张线系统应用到面板堆石坝表面沉降与水平位移监测中。利用上述系统,对泽雅水库大坝开展持续5年的坝体表面变形监测。分析监测数据发现:(1)上述监测系统的精度与稳定性可满足堆石坝长效服役状态下微幅变形的观测需求。(2)泽雅水库大坝在运行近20年后,堆石体的流变仍未停止,近5年最大平均变形速率可达4.33 mm/a(沉降)和3.50 mm/a(水平位移)。(3)各测点位移发展速率总体上逐年降低,变形趋于稳定。研究结果可为同类型工程监测设计及堆石料流变研究提供参考。
特高拱坝施工期谷幅变形演化规律
王文娟, 纪丁愈, 李云祯
2022, (3): 82-89.   doi: 10.12170/20210426001
[摘要](14) [HTML全文](24) [PDF 2094KB](8)
摘要:
跟踪分析高坝施工期谷幅变形,对确保高边坡稳定与大坝安全具有重要意义。基于某特高拱坝工程环境与地质结构,跟踪分析坝区两岸岩体变形监测数据,采用有限差分法,模拟分析谷幅变形演化规律,探讨了坝区施工期的谷幅变形演化规律与驱动因素。研究表明,坝后水垫塘谷幅变形规律表现为不同高程谷幅变化规律相似,收缩变形量与高程具有很好的正相关性,高程高的部位变形量相对较大;两岸均朝向河谷变形,与高程呈现正相关性,左岸变形速率略大于右岸;变形数值仿真结果与现场实测变形量值较接近。研究结果可为大坝后期正常蓄水提供参考依据。
含水率和温度影响下的高原土体力学特性试验研究
王瑞, 郭聚坤, 魏道凯, 卞贵建, 雷胜友, 琼吉, 张庆鑫
2022, (3): 90-99.   doi: 10.12170/20210822002
[摘要](30) [HTML全文](25) [PDF 2841KB](5)
摘要:
利用自主研制的土体冻融循环剪切试验仪,开展了温度和含水率影响下的青藏高原土体力学特性正交试验,从压缩特性、冻结和冻胀、剪切特性3个方面对土体进行分析。结果表明:土样压缩过程的法向位移随含水率的增大而增加,压缩量与法向应力关系可用双曲线模型进行描述。不同含水率的土体从0 ℃降至−12 ℃过程中均产生了土体冻结现象,含水率12%的土体发生冻胀时的温度集中在−3~−2 ℃范围内。温度越低,土体的应力软化特性越明显,且峰值剪切应力和残余剪切应力越大,土体在最佳含水率附近时峰值剪切应力最大。−12 ℃土体的法向位移变化规律在不同试验条件下均表现出剪胀特性,而12 ℃和0 ℃土体随着含水率的增加由胀缩特性并逐渐变化至完全以剪缩特性为主。内摩擦角随含水率和温度的增大而减小,黏聚力随温度的升高而减小,在最佳含水率附近最大。
基于有限元法的船舶抛锚贯入深度探讨
余博闻, 陈立, 刘睿
2022, (3): 100-107.   doi: 10.12170/20210430001
[摘要](65) [HTML全文](31) [PDF 1209KB](3)
摘要:
船舶抛锚贯入深度的准确计算,对穿越锚地与航道河床以下管线工程的安全性至关重要。依据投锚试验结果,对比分析了现有的计算抛锚贯入深度的经验法、标准法、理论公式法的计算精度。以霍尔锚为例,基于有限元软件,提出了一种能够考虑复杂土层、触底水平速度及触底姿态等多因素的抛锚贯入深度数值模拟方法,并通过几何形态分析,研究了拖锚对贯入深度的影响。计算结果表明,触底水平速度、触底夹角和拖锚均影响贯入深度,其中拖锚的影响程度最大,触底夹角次之,触底水平速度的影响程度最小。考虑触底水平速度、触底夹角及拖锚影响的贯入深度更有利于保障工程安全。
基于集对分析与三角模糊数耦合的溃坝环境影响评价
葛巍, 秦玉盼, 李宗坤, 王特, 焦余铁, 王建有, 赵凤遥
2022, (3): 108-114.   doi: 10.12170/20210619001
[摘要](69) [HTML全文](16) [PDF 832KB](2)
摘要:
针对溃坝环境影响因素众多且存在不确定性问题,综合考虑河道形态、水环境等7个溃坝环境影响因素,建立溃坝环境评价指标体系和等级划分标准。运用集对分析方法处理溃坝环境影响评价过程中的确定性和不确定性问题,为更全面表达集合间的同、异、反关系,将原有的三元联系数扩展为五元联系数,进一步结合三角模糊数理论描述其差异度分量系数,构建集对分析与三角模糊数耦合溃坝环境评价模型。选取沙河集水库为典型案例,运用模型对溃坝环境影响程度进行评价,并与集对分析和模糊数学法评价结果对比,验证了所构建的耦合评价模型的合理性和有效性,为溃坝环境影响评价提供了一种新的途径。
粗颗粒煤浆管道输送级配降级及其影响研究
赵利安, 王铁力
2022, (3): 115-121.   doi: 10.12170/20210805003
[摘要](68) [HTML全文](71) [PDF 984KB](5)
摘要:
针对粗颗粒煤浆输送中颗粒级配降级预测研究不足的问题,采用试验研究和理论分析法,给出了输送30、40、50和60 min时煤浆中各颗粒粒级的质量百分数、黏度和水力坡度值,提出用磨矿理论研究粗颗粒煤浆管道输煤过程的构想, 据此给出了破碎率函数和磨矿平衡方程的求解方法。研究表明,煤浆输送30和50 min时颗粒级配的预测值与实测值最大偏差不大于12.53%。随着粗煤浆体输送时间的延长,煤浆相对黏度逐渐增大,主要原因是由于2.0 mm以上粗颗粒的颗粒细化,增加了0.074 mm以下的细颗粒含量。颗粒级配降级导致水力坡度降低主要是由于粗颗粒细化导致沉降速度降低及与管道底部接触的粗颗粒有所减少的原因。
PCCP管内环向预应力加固验证试验研究
鲁文妍, 刘海祥, 柯敏勇, 许珉凡, 吕康伟, 洪欣
2022, (3): 122-126.   doi: 10.12170/20210513003
[摘要](42) [HTML全文](30) [PDF 2272KB](6)
摘要:
为快速有效修复难以开挖区域破损的预应力钢筒混凝土管(PCCP),减少甚至避免PCCP爆裂事故的发生,研究提出PCCP管内环向预应力加固技术。该技术对管内碳纤维板材施加环向预应力,再利用高性能结构胶粘贴至PCCP管道内壁,达到加固目的。通过设计混凝土内环、外环相结合的试验,验证该加固方法的可行性,并调整优化施工工艺。试验结果表明,碳纤维板经预张拉后成功粘贴至外环混凝土,混凝土表层经过凿毛、基底处理后形成的混凝土-结构胶-预应力碳纤维板体系是可靠的,可提供不低于0.8 MPa的黏结力。基础试验方案(即内环、外环设计)及加固方案可行,依此提出PCCP加固二期试验方案,即首尾搭接的碳纤维板管内环向预应力加固试验。
内部充水钢围堰的结构安全稳定分析
张羽, 赵集云, 刘明潇, 孙东坡
2022, (3): 127-135.   doi: 10.12170/20211002003
[摘要](17) [HTML全文](8) [PDF 2840KB](7)
摘要:
大型输水干渠边坡修复专用钢围堰是一种外动内静的水中钢构筑物,钢围堰在工作状况下结构稳定性十分重要。根据钢围堰的设计结构条件,考虑其在水中的动静荷载,进行流固耦合(FSI)系统的力学分析。首先分析钢围堰的荷载特征,将钢围堰绕流流场的复杂荷载条件简化为作用在结构上的流体压力;然后建立围堰结构的有限元模型。利用ANSYS数值模拟软件,研究各构件的受力状况及整体结构特性。结果表明:上游支撑杆件轴向应力大于欧拉临界应力,且导槽和面板变形量过大,需作结构调整,而中游和下游稳定性满足要求。通过结构优化调整,提出了结构改进方法,成功应用于工程实际,为钢围堰的优化设计提供理论支撑。
低活性矿渣内养护水泥砂浆自收缩与孔结构分析
杜玉会, 李双喜
2022, (3): 136-144.   doi: 10.12170/20210628001
[摘要](52) [HTML全文](39) [PDF 1886KB](4)
摘要:
采用预吸水饱和状态的低活性矿渣作为内养护材料部分替代砂,研究不同低活性矿渣掺量内养护砂浆的力学性能与自收缩变化规律,并通过MIP、SEM和XRD测试结果探讨了低活性矿渣内养护砂浆的微观机理。结果表明:不同低活性矿渣掺量砂浆试样在标准养护与密封养护条件下抗压强度发展规律相似,即随着低活性矿渣掺量的增加,砂浆早期强度下降幅度较大,但随着龄期的延长,砂浆后期强度降低幅度小于早期降低幅度;并且低活性矿渣能有效抑制浆体各阶段的自收缩,尤其在快速收缩阶段和短暂膨胀阶段作用最为明显;低活性矿渣内养护作用下,虽增加了浆体的孔隙率,但有效降低了平均孔径,改善了各类型孔的分布比例,细化孔隙结构;内养护作用使浆体水化产物C-S-H凝胶增多,Ca(OH)2被消耗,界面过渡区薄弱结构得到显著改善。
混凝土梁四点弯曲试验的并发多尺度区域分解法模拟
邱莉婷, 马福恒, 沈振中, 张湛, 霍吉祥
2022, (3): 145-152.   doi: 10.12170/20210405001
[摘要](86) [HTML全文](54) [PDF 1604KB](7)
摘要:
损伤在准脆性混凝土材料的非线性力学特性中占有重要地位。但有限单元法计算采用局部损伤模型时存在网格敏感性和零能耗问题。同时,传统单一网格有限元模型难以对构件的线弹性区域和非线性区域进行区别处理,无法将有限的计算资源集中在重点关注区域。通过局部子区域预设高精度有限元网格和引入尺度间线性多点约束法,实现并发多尺度方法和整体有限元撕裂对接法的结合,采用隐式梯度损伤模型描述混凝土材料的非线性本构关系,运用双重组装并行直接求解法进行模型的大型线性方程组求解,完成了混凝土损伤失效分析的并发多尺度区域分解模型构建。将该模型用于混凝土单边切口梁的四点弯曲试验模拟,并对可能损伤的纯弯拉区域分别采用了3种不同尺寸的有限元网格计算。算例分析表明,模型合理可靠且不具网格敏感性,能够重现混凝土的损伤失效全过程,可为混凝土构件开展损伤失效全过程分析提供多尺度数值模拟技术支持。
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](1084) [PDF 1145KB](7927)
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](3732) [PDF 1143KB](2887)
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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