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棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比设计
胡锦方, 潘亮, 张爱军, 任文渊, 梁志超
, doi: 10.12170/20210801001
摘要:
为满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求,研制了一种具有轻质、高强并兼具一定渗透性的棉秆纤维EPS颗粒轻量土作为路基换填材料。该轻量土由棉秆纤维、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥、黄土和水混合而成。通过室内试验对不同棉秆纤维掺量及长度、不同EPS颗粒掺量及粒径、不同水泥掺量轻量土的密度、强度、变形和渗透性进行研究,进而设计棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比。结果表明:轻量土各成分中,EPS掺量和水泥掺量对轻量土密度的影响最大;水泥掺量与轻量土强度之间为正相关关系,与渗透系数之间为负相关关系;EPS掺量和粒径与轻量土强度之间为负相关关系,与渗透系数之间为正相关关系;棉秆纤维的加入改善了轻量土的塑性性能,并使轻量土的渗透性有一定程度的提高。各因素对轻量土强度影响的大小顺序为:水泥掺量>EPS掺量和粒径>棉秆纤维掺量和长度。满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求的棉秆纤维EPS颗粒轻量土最优配合比为:黄土∶棉秆纤维(长度9 mm)∶EPS颗粒(粒径0.5~1.0 mm)∶水泥∶水=1000∶4∶18∶35∶400。
海平面上升对长江江阴以下河段风暴潮增水的影响
王芬, 谭亚, 刘士诚
, doi: 10.12170/20220228002
摘要:
随全球气候变暖,海平面呈加速上升态势。长江口地处西北太平洋风暴盆地的西北缘,地势低洼,被评估为风暴潮灾害影响下的脆弱区。为了研究海平面上升后长江江阴以下河段风暴潮位的变化,本文建立了精细化长江口天文潮-风暴潮耦合数学模型。该模型模拟分析了海平面上升后,在9711号“芸妮”和1509号“灿鸿”这两种典型台风作用下,长江口近岸天文潮和风暴增水的响应规律。研究表明:预计未来100年,海平面抬升70 cm后,长江口平均潮位上升50~80 cm。长江口江阴以下河段及近岸区域增水极值略微下降。增水极值自上游江阴到下游牛皮礁先增后减,增水极值的沿程最大值的具体位置与台风路径、台风强度密切相关。研究可为中长期长江口沿岸城镇防洪排涝提供一定的理论依据。
冻融环境下水工碾压混凝土单轴动态抗压性能研究
孙超伟, 陈兴周, 柴军瑞, 卫田霖, 马斌
, doi: 10.12170/20211118005
摘要:
为研究冻融循环和加载应变率对水工碾压混凝土抗压力学性能的影响,通过室内模拟碾压混凝土坝工程配合比和施工工艺制备碾压混凝土试件,开展不同冻融循环次数(0、25、50、75次)下的冻融试验和不同加载应变率(10−5/s、10−4/s、10−3/s、10−2/s)下的单轴压缩试验,分析碾压混凝土冻融表观特征及加载破坏形态,研究冻融循环次数和加载应变率对抗压力学性能的影响规律;并基于多元回归分析方法,构建抗压强度、峰值应变、应力-应变曲线与冻融循环次数和加载应变率的相关关系。结果表明:碾压混凝土抗压强度与加载应变率呈线性增强关系,与冻融循环次数满足二次多项式的劣化关系;峰值应变与加载应变率满足二次多项式的降低关系,与冻融循环次数满足二次多项式的增长关系。通过全应力-应变拟合曲线与试验曲线的比较发现,在研究的应变率和冻融循环次数范围内,二者吻合较好。
冲击碾压法加固堰塞坝料的室内模型试验研究
占鑫杰, 李文炜, 杨守华, 朱群峰, 许小龙, 黄慧兴
, doi: 10.12170/20220224001
摘要:
为丰富堰塞坝开发利用理论,探究适宜堰塞坝料的密实方法和设计参数,研究了冲击碾压方法对堰塞坝料的密实效果和密实机理。基于相似定律设计了不同冲击轮质量及牵引速度的天然堰塞坝料室内冲击碾压模型试验,综合采用宏-细观方法测试了冲击碾压后的动应力发展传播规律、变形特性、颗粒运动和加固效果等。试验结果表明:(1)冲击轮引起的冲击荷载为三角形脉冲荷载,产生的接触应力随着牵引速度和冲击轮质量的增大而增大,引起的地基动土应力随着碾压次数的增加而增加;(2)冲击碾压对堰塞料地基表层的加固效果良好,地基内部动土应力和位移皆随深度迅速减小,深度3.6 m范围内的堰塞坝料强度提升明显;(3)提高冲击轮的速度对加固效果的影响更大,可以有效提高冲击动应力,进而使得冲碾加固效果向深层传递;(4)满足易贡堰塞坝料的冲击碾压参数为:冲击轮质量为13.5 t,牵引速度为3.46 m/s,碾压遍数为12遍。
重力坝失稳破坏变形表征指标警戒值的拟定
李家田, 苏怀智
, doi: 10.12170/20211021002
摘要:
抗滑稳定是重力坝设计与运行中关注的最基本要求,其宏观层面一定程度上可表征为重力坝变形性状的转异行为。大坝变形安全警戒值的确定,传统上多基于各种确定的结构参数和数学模型,缺乏对相关影响因素不确定性的考虑。因此,从不确定性分析理论入手,在对重力坝抗滑稳定可靠指标、变形与坝前水深相关性剖析的基础上,引入响应面法,通过对大坝变形水压分量与抗滑稳定可靠指标之间函数关系的合理拟合,依据现行可靠性设计规范,提出了一种基于抗滑稳定可靠指标的重力坝变形安全警戒值拟定方法,并进行了实际工程案例验证。通过与传统典型小概率法拟定结果的比较,得出了总体合理、可行的结论。文中方法是传统方法的有益补充,可作为传统方法计算结果的有效验证手段。
不同加载比时砂砾料动模量和阻尼比变化规律研究
王景
, doi: 10.12170/20211124003
摘要:
为探究加载比和围压对砂砾料动力特性的影响,通过大型动三轴试验,研究不同加载比和围压作用下砂砾料动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明:(1)随着加载比的增大,动应变显著增大,孔压明显上升,最大阻尼比增大;(2)试验数据更能反映出阻尼比随动剪应变发展的变化规律,综合考虑各动力参数的变化,建议砂砾料动模量和阻尼比试验加载比选择范围为1.5~2.0;(3)采用分段拟合法对动应变小于0.01%和大于0.01%的试验数据进行拟合,直线与试验点的拟合度均大于0.96,分段拟合不同试验条件下砂砾料本构关系更为合理;(4)不同试验条件下动剪切模量比与参考剪应变具有良好的归一性,通过二元线性回归得到砂砾料最大动剪切模量关于围压和加载比的经验公式。该方法可为砂砾料动三轴试验及数据处理提供参考。
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
, doi: 10.12170/20220216004
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。
压实后砂砾石料渗透特性试验研究
邓成进, 周恒, 党发宁, 苗喆
, doi: 10.12170/20220613004
摘要:
砂砾石料细颗粒含量多、易于压实,在重型碾压机具作用下,压实后砂砾石料的孔隙结构和渗透特性可能发生改变,将影响高混凝土面板砂砾石坝坝体渗流安全。开展压实后砂砾石料的渗透试验,分析砂砾石料特征粒径与等效孔隙直径的关系,以及不同孔隙率对砂砾石料渗透特性的影响,并对常用的渗透系数经验计算公式进行验证。研究表明:砂砾石料孔隙率的减小对其渗透特性影响较大,由于砂砾石料细颗粒含量较多,压实后颗粒填充紧密,渗透试验得出的渗透系数比常规经验公式计算值小1~2个数量级,出现较大的偏差;随着孔隙率减小到一定程度,砂砾石料表现出一定黏性特性,内部无效孔隙增加、渗透系数大幅降低。基于中国水科院公式引入有效孔隙折减系数对公式进行修正,修正后公式计算得到的结果更加准确。研究成果可为高混凝土面板砂砾石坝坝体排水设计提供依据。
皖北平原不同土壤水分养分差异性研究
杜明成, 张建云, 王振龙, 刘猛, 刘翠善, 王国庆
, doi: 10.12170/20211128001
摘要:
黄潮土和砂姜黑土面积占皖北平原总面积的87%。砂姜黑土内部含有钙质结核,严重影响土壤性质进而降低作物产量。从土壤理化性质、土壤水力学参数和土壤水分等方面探讨两种土壤差异性,并结合水文气象因素分析影响黄潮土和砂姜黑土土壤水分变异的驱动因素。结果表明:黄潮土和砂姜黑土的pH值和密度存在显著差异,全氮、全磷、碱解氮含量差异不大;黄潮土0~50 cm的有效持水量显著大于砂姜黑土,保水性更好。黄潮土土壤含水率随深度增加逐渐降低,砂姜黑土土壤含水率随深度增加逐渐增加。影响黄潮土土壤含水率变化的主要驱动因素是地下水埋深和降水量;影响砂姜黑土土壤含水率变化的主要驱动因素是地温、地下水埋深和相对湿度。该研究可为进一步改善砂姜黑土土壤性质,提高作物产量提供参考。
含裂隙大理岩压缩破坏和能量特征颗粒流模拟
封陈晨, 王志亮, 王浩然, 王昊辰
, doi: 10.12170/20220112001
摘要:
为了研究不同裂隙组合下岩石变形破坏机理和能量演化规律,对锦屏大理岩开展了X射线衍射(XRD)和单轴压缩试验,基于XRD结果和颗粒流程序生成三维等效晶质模型,结合完整岩样的单轴压缩试验结果进行细观参数标定,并建立不同裂隙组合的数值模型,对岩样变形破坏和能量演化进行模拟分析。结果表明:(1)试样强度随预制裂隙倾角的增加先增后减,随裂隙长度和轴向偏移量的增加而降低,随裂隙径向偏移量的增加先减后增;(2)裂隙倾角和空间位置对试样强度的影响程度均与裂隙长度有关,裂隙长度较大时,倾角会抑制轴向偏移的劣化作用甚至改变径向偏移的影响模式,裂隙倾角对试样强度的硬化效应在裂隙长度较大时愈加明显;(3)预制裂隙倾角、长度及其空间位置均可能会改变试样的破坏模式。
格栅笼在海岸波浪侵蚀防护中的应用
王丽艳, 李广祥, 张斌, 竺明星, 李小娟, 唐琰
, doi: 10.12170/20211230004
摘要:
鉴于现有防护海岸侵蚀技术存在造价高、维护成本高、施工难度大、施工工期长、自重大和防护海岸侵蚀范围有限等问题,提出采用价格低廉、施工方便、自重小、耐腐蚀性强和维护成本低的格栅笼防护海岸侵蚀。格栅笼形状会影响防护海岸侵蚀的效果,针对方形截面、圆形截面和波浪形截面等3种形状格栅笼,基于显式动力学数值分析方法,采用推板造波的方式模拟波浪荷载和SPH光滑粒子的流体动力学方法模拟水体。采用全局属性指派的通用接触模拟水体与格栅笼之间及水体与土体之间的接触,使用罚函数确定格栅笼与海岸土体间的切向接触力,分析波浪荷载下有、无格栅笼及3种形状下的格栅笼及海岸土体的受力与位移随波浪时程的变化特征和峰值特征。结果表明:格栅笼整体受力最大的区域在海平面附近,使用格栅笼可以降低波浪对垂直崖面作用中底部涡流的影响,其中波浪形格栅笼防护海岸侵蚀效果显著。
堰塞坝料室内试验缩尺效应研究
石北啸, 常伟坤
, doi: 10.12170/20210722004
摘要:
因室内试验设备尺寸的限制,需将坝料的最大粒径缩尺至室内试验设备的容许尺寸,粒径缩尺导致室内试验参数与原始粒径下的实际参数有差异。对取自现场的某堰塞坝料按规范方法缩尺后,开展不同最大粒径下的干密度、渗透系数、三轴剪切室内试验。结果表明:缩尺导致粒径小于5 mm的细颗粒含量增加并影响试样密实程度;随着最大粒径的减小,试样渗透系数逐渐降低,直接采用缩尺后的试验结果会高估堰塞坝料的抗渗能力;缩尺对强度指标φ值影响不大,但缩尺后的试样最大粒径越小,邓肯-张模型参数的KKb值越大,模型参数nm值越低,缩尺后的试验结果高估了堰塞坝料强度和坝体抵抗变形的能力,低估了堰塞坝体的实际变形。研究结果可为坝体稳定性分析与变形分析提供参考。
非黏性沙级配对浊度法测量含沙量的影响
肖千璐, 张晓华, 郑艳爽, 尚红霞, 丰青
, doi: 10.12170/20211129001
摘要:
利用浊度仪测量水流含沙量时,泥沙颗粒级配和矿物成分是影响浊度仪标定结果的主要泥沙因素。采用黄河原型非黏性沙配制不同粒径、不同含沙量浑水水体,开展固定粒径、粗细沙、混合沙等多组次试验研究,对黄河天然沙粒径及级配对浊度仪输出浊度的影响进行定量分析和机制探讨。结果表明:固定含沙量条件下,非黏性泥沙粒径对水体浊度的影响特征符合Mie散射定律;含沙量变化对浊度仪输出浊度的影响数量级为10~102,泥沙颗粒粒径变化对浊度仪输出浊度的影响数量级为10−1~1;相同含沙量条件下,悬沙比表面积与浊度仪输出浊度符合线性分布。建立了考虑非黏性沙级配影响的含沙量与浊度关系模型,能够较准确地反映非黏性沙粒径及泥沙浓度对水体浊度的影响,可为浊度与含沙量关系的准确率定及测量结果的校准提供可靠依据。
基于数字孪生的智慧水利框架体系研究
朱思宇, 杨红卫, 尹桂平, 陈璇, 邓人超
, doi: 10.12170/20220120001
摘要:
数字孪生是水利行业向智慧化升级转型、建成七大江河数字孪生流域的必要技术。总结归纳各类数字孪生涉水利技术,按照技术手段不同目的分层,描述感知层、设施层、数据处理层、模型层、平台服务层、应用层与智慧水利对应关系,借鉴车间动态建模理论,提出基于数据实时感知、动态建模、逆模型动态迭代的智慧水利动态建模流程,构建具有“多元数据集成可视化、运行态势感知、综合分析研判、应急联动处置”等功能的智慧水利框架体系。以构建流域某水闸数字孪生工程为例,基于智慧水利体系六层级,结合数字孪生前沿技术手段,建设相关设施、模型、平台,实现实时监测水闸相关数据、快速感知水闸安全边界、及时分析水闸运行态势等目的。研究可为推进智慧水利建设、建成数字孪生流域提供一定参考。
泵站建筑物变形监测面板数据聚类分析方法研究
娄本星, 祁洁, 马福恒, 周晨露
, doi: 10.12170/20220531001
摘要:
泵站建筑物监测系统日益完善,监测点数量众多,传泵站安全监测方法主要以单测点变形量为主,不能反映泵站建筑物整体的安全性态。以泵站垂直位移变形为研究对象,基于面板数据聚类理论和动态时间规整算法,建立了一种融合趋势信息的泵站变形相似度指标及度量方法,以定量分析测点间监测序列的相似程度;引入空间关联矩阵,提出了考虑泵站测点空间关联性的变形分区方法;在此基础上,构建了基于面板数据分析方法的泵站变形测点聚类分析模型。结合南水北调某泵站枢纽,验证了模型的有效性。工程实例表明,所构建的模型可以根据泵站面板数据将测点分为4个分区,能够有效描述泵站相应区域的总体变形特征和荷载特点,为泵站建筑物安全监测提供了新方法。
堆石料湿化变形特性大型三轴试验研究
刘翀, 傅中志, 张意江, 石北啸
, doi: 10.12170/20220720002
摘要:
堆石料浸水湿化易导致其和心墙之间变形的不协调,从而在坝顶部位产生纵向裂缝,危害大坝安全。通过对某水电站筑坝堆石料开展大型三轴压缩试验和三轴湿化试验,分别研究了加载和湿化过程中剪胀比与应力比之间的关系,以及湿化应变与围压和应力水平的关系。结果表明:湿化试样的峰值强度与初始饱和试样的峰值强度基本相同,即试样湿化时的应力水平对其峰值强度几乎没有影响,但试样的最终体变明显受到湿化时应力水平的影响。因此,计算土石坝湿化变形宜基于单线法试验;三轴湿化试验时的固结围压和应力水平均对湿化应变量值具有显著影响,围压越高,湿化体积应变越大,湿化应力水平越高,轴向湿化应变越大,据此提出了一个考虑围压和应力水平影响的湿化应变计算模型;堆石料在加载和湿化过程中服从不同的应力剪胀方程,在构建湿化变形的弹塑性模型时,应采用不同的塑性势函数分别描述堆石料加载应变方向和湿化应变方向。研究成果对土石坝湿化变形模拟和坝体裂缝预测具有一定的指导意义和工程应用价值。
大型船闸开挖预裂爆破累积损伤特性及隔振效果分析
胡浩然, 周海孝, 张玉柱, 李冬冬, 张宸
, doi: 10.12170/20211118003
摘要:
针对大型船闸预裂爆破开挖时中隔墩振动与损伤控制的问题,依托现场爆破试验,对比分析了不同段主爆孔诱发振动的峰值,采用数值模拟的方式,研究了不同段主爆孔的爆破累积损伤特性,分析了不同损伤范围下预裂缝的隔振效果,并对船闸爆破开挖方案进行了优化。研究结果表明:预裂爆破开挖中主爆孔爆破会对预裂缝附近岩体产生累积损伤,但会增强对后续主爆孔的隔振效果;随着预裂缝附近岩体累积损伤的增加,其隔振效果逐渐增强,并最终稳定在50%左右;爆破振动峰值(PPV)衰减幅度随着损伤宽度的增加而增加,当损伤宽度达到4 cm后,衰减幅度趋于平缓。大型船闸开挖中应综合考虑预裂爆破累积损伤特性及其隔振效果,可采用先拉槽增加侧向临空面与设置施工预裂缝的爆破开挖优化方案,进而保证开挖效果,并降低对保留岩体的扰动。
重塑非饱和黄土浸水入渗规律的模型试验研究
徐硕昌, 刘德仁, 王旭, 安政山, 张转军, 金芯
, doi: 10.12170/20210903001
摘要:
为了研究非饱和黄土的浸水入渗规律,开展了重塑黄土的浸水入渗模型试验,分析了浸水过程中不同位置的体积含水率变化及湿润锋面发展过程,研究了入渗水分在水平和径向的发展变化规律,并通过考虑空气压力的Green-Ampt模型计算得到不同时间的入渗深度,与实测值进行对比分析。研究表明:不同测点的体积含水率变化趋势基本一致,都会经历稳定-快速增长-到达峰值-快速减小-再次增长-维持稳定6个阶段;浸水入渗过程受入渗深度、渗流路径、沿程黏滞阻力和空气压力的共同影响,入渗深度越深、距离中心轴位置越远、湿润锋发展越滞后,入渗速率越小。深度从0 cm增加至100 cm时,入渗速率从14.93 cm/h减小至1.67 cm/h。对不同位置的竖向入渗速率与入渗深度的关系进行拟合发现:竖向入渗速率与入渗深度呈二次方关系,且拟合度达到0.9以上;径向水分运移是该深度水分径向扩散和上部水分竖向入渗综合作用的结果,故相比于竖向入渗较快;模型计算结果中湿润锋面发展趋势与实测竖向入渗情况一致,但入渗后期的入渗深度计算值比实测偏大。研究结果可为黄土地基浸水入渗研究提供参考。
沁河2021年“7·11”暴雨洪水重现期分析
金双彦, 霍文博, 郭邵萌
, doi: 10.12170/20220326001
摘要:
根据沁河流域历年各时段最大降雨量和“7·11”洪水报汛雨量资料,采用P-Ⅲ型分布概率密度函数,建立了润城、五龙口、山路平、武陟等14个长系列水文站和雨量站的年最大24 h、年最大6 h和年最大1 h的3个代表性时段的降雨量频率曲线,计算了“7·11”洪水最大24 h大于100 mm、最大6 h大于100 mm、最大1 h大于50 mm的降雨量重现期;根据历史调查洪水、历年最大洪峰流量,建立了五龙口、山路平和武陟水文站的P-Ⅲ型频率曲线,计算了“7·11”洪水洪峰流量的重现期。结果表明:最大24 h降雨量排名第一的窑头站351 mm重现期约为3 000年,最大6 h降雨量排名第一的窑头站328.5 mm重现期约为1万年,最大1 h排名前三的窑头、李寨和河西站降雨量重现期为200~300年,五龙口、山路平和武陟站洪峰流量重现期分别相当于30年、10~15年和10年。分析结果可为沁河流域和黄河下游防洪调度提供技术支撑。
国内水工结构抗冲磨防空蚀涂料的研究及应用现状
孙红尧, 徐雪峰, 杜恒
, doi: 10.12170/20220330003
摘要:
总结了影响水电工程冲磨损坏的影响因素和水电工程结构抗冲磨防空蚀的材料种类,重点介绍了抗冲磨防空蚀涂料的耐磨性能试验方法及其影响因素、抗冲磨防空蚀涂料的种类及其应用情况,陈述了环氧耐磨涂料、聚脲耐磨涂料和耐磨混凝土的性能差异和性价比。结果表明:影响水工结构冲磨损坏的的因素主要为水的冲磨角度、水的流速、悬移质颗粒大小和悬移质的含量等;用于水工结构抗冲耐磨涂料主要为环氧树脂涂料和聚脲类涂料;影响涂料本身耐磨性能的因素为树脂的弹性和硬度、填料的种类、微米级填料的硬度和含量等;抗冲耐磨涂料主要用于水电工程排沙洞、泄洪洞和溢流面等。
持续浸泡下硬黏土强度劣化试验研究
张骏, 郭杨, 陈小川, 乐腾胜, 高坤, 柯宅邦, 奚邦禄
, doi: 10.12170/20220225001
摘要:
“引江济淮”工程岸坡广泛分布的硬黏土,经历河水持续浸泡后,会对岸坡稳定性造成重大影响。为了探究硬黏土在持续浸泡下的强度劣化机制,以“引江济淮”合肥段岸坡硬黏土为研究对象,设计持续浸泡试验,结合三轴压缩试验、矿物成分分析试验、微观结构试验和浸泡液离子浓度试验,对硬黏土持续浸泡下的强度劣化机制进行研究。研究结果表明:硬黏土持续浸泡下强度会发生劣化,30 d内劣化明显,30 d后劣化减弱且趋于平缓;硬黏土中的方解石质量分数随着浸泡时长增加,呈指数降低的趋势,浸泡液中Ca2+浓度呈对数增加的趋势;随浸泡时长的增加,试样表面微孔隙数量增多,尺寸增大,30 d内增加速度较快,30 d后增加速度减缓趋于平稳。硬黏土持续浸泡后强度劣化是由亲水性黏土矿物吸水膨胀和土体内部充当“骨架”的方解石发生溶蚀共同导致的。
感潮河网口门处舾装码头工程对引排水的影响
顾正华, 辜樵亚, 盛娇樱, 翟玉明, 马勇
, doi: 10.12170/20220307001
摘要:
与内陆地区相比,城市感潮河网在防洪排涝和水环境保护等方面面临较大压力,运用沿江水闸利用潮差进行内河引排水是提升感潮河网防洪排涝能力、改善水环境质量的有效途径,但临江工业的发展与感潮河网引排水容易形成矛盾。以南通农场闸闸口附近的惠生重工3#舾装码头新建工程为背景,采用数学模型研究了舾装码头工程对感潮河网引排水的影响,提出了一种将船舶概化成活动闸门的船舶阻水作用分析的等效处理方法,并验证了其合理性;研究认为舾装码头工程口门拓宽疏浚措施对感潮河网排水排涝有利、对感潮河网引水不利,口门泊船对感潮河网引排水影响甚微。
耦合BP神经网络的MIKE11模型预报无资料断面水位
葛路, 张善亮, 许月萍, 江衍铭
, doi: 10.12170/20211220004
摘要:
为解决无资料断面水位预报的问题,提出BP神经网络与MIKE11模型耦合方法。通过小时尺度的洪水场次数据,选取水位、降雨和前期影响因子进行相关性分析;筛选出预见期12 h及24 h兰江流域水位关联度最高的预报因子,以多元线性回归(MLR)和反向传播神经网络(BPNN)模型构建兰溪站不同预见期下的水位预报模型;并利用Mike NAM-HD机理模型推演未设测站断面的水位数据,通过BP神经网络进一步构建兰江流域无资料断面的水位预报模型。结果表明:(1)BPNN模型对长预见期下的水位预报效果优于MLR模型;(2)随着预见期的延长,BPNN模型的纳什效率系数逐渐降低;(3)对比筛选预报因子前后BPNN模型的纳什效率系数,12 h及24 h预见期下分别提升9.0%、34.7%;(4)提出的耦合BP神经网络和MIKE11模型方法可应用于无资料断面的水位预报。
发育两类夹层堆积体的降雨入渗试验研究
罗崎峰, 唐豪, 涂国祥, 张鑫, 邱潇
, doi: 10.12170/20220402003
摘要:
为研究不同组分夹层对降雨入渗的影响及堆积体内部雨水的运移差异与分布特征,以四川汉源九襄地区深厚堆积体为例,对其内部发育的黏土夹层和碎块石夹层展开现场调查,通过设计两类夹层的两组室内降雨试验,监测堆积体内含水率、基质吸力、孔隙水压和湿润锋的迁移变化,研究两类夹层对降雨在堆积体中入渗过程的影响。结果表明:(1)由于夹层颗粒组分不同,最终导致夹层的渗透性、湿润锋迁移形态、入渗速率及整个堆积体浸透时间等存在显著差异;(2)两组夹层试验中雨水入渗差异显著,碎石组的下渗作用强于侧向扩散,夹层处的下渗速率明显快于两旁,而黏土组的侧向扩散强于下渗,夹层处下渗速度趋近于零,明显小于两侧;(3)黏土组坡脚孔压出现累积性增长,而碎石组孔压消散迅速,且水分主要分布在堆积体更深处,故黏土夹层堆积体整体稳定性低于碎石夹层堆积体。研究结果可为分析后续降雨对发育软弱夹层边坡稳定性的影响提供一定依据。
气候变化对清江未来径流及隔河岩发电影响研究
孟虹池, 李英海, 欧阳硕, 郭家力, 杨苑, 兰回归
, doi: 10.12170/20220106004
摘要:
以历史径流为依据的清江梯级调度规则难以适应气候变化需求,必然对梯级水库的安全稳定运行和兴利效益发挥带来影响。基于清江流域空间数据和观测数据建立SWAT 模型,运用统计降尺度模型模拟3种情景下流域内各站点的未来气象数据,进而对径流进行模拟,并对隔河岩水电站发电量变化进行分析。结果表明:未来时期RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5共 3种气候情景下,清江流域出口长阳站模拟的多年平均径流呈上升趋势,年均径流增幅分别为 6.0%、8.7%、13.2%;隔河岩水电站在上述 3 种情景下2020s、2050s和2080s多年平均发电量增幅分别为3.4%~5.1%、7.7%~10.3%、13.4%~16.0%。该研究可为气候变化条件下清江流域水资源管理与隔河岩水电站发电调度运行提供理论参考。
桩承式加筋路堤荷载分担计算改进模型
姜彦彬, 何宁, 钱亚俊, 张中流, 王艳芳
, doi: 10.12170/20211206001
摘要:
基于桩间的土拱效应与加筋效应开展融合分析,建立了桩承式加筋路堤荷载分担计算的改进Hewlett模型。首先,根据土拱是否处于塑性状态,结合桩-土竖向受力平衡条件,分别求解球形拱和平面拱控制方程,并对路堤荷载进行初分配。然后,假定加筋带上覆荷载为更符合实际工况的倒三角形分布,并使用文克勒地基模型考虑加筋带影响范围内的桩间土反力,无需预设土工加筋挠度形式,即可构建并求解土工加筋受力平衡控制微分方程,进而由加筋效应对路堤荷载进行再分配。综合工程实例验证与讨论,并通过多模型对比分析,表明改进模型能够合理预测荷载分担与土工加筋受力结果。参数分析表明,改进模型能够合理地预测几何、材料参数变化对桩承式加筋路堤荷载分担的影响。
预压作用下重塑软土蠕变特性试验研究
王金龙, 胡立健, 陈建绮, 潘坤
, doi: 10.12170/20220129002
摘要:
杭州地区滨海软黏土具有含水量高、强度低和压缩性高等特点,研究其固结蠕变特性对构筑物地基稳定性具有重要意义。利用GDSAOS全自动固结仪对杭州重塑软黏土展开了一维固结蠕变试验,分析前期预压对土体蠕变特性的影响。试验结果表明:不同加荷比或不同预压条件下,土体蠕变变形量均随加载而逐渐减小;应变与孔隙比时程曲线具有类似发展规律,在应力施加100 min后主固结基本完成,进入次固结阶段;次固结系数与固结压力、预压条件和加荷比均有关,加荷比越小,次固结系数在后期加载中的增长越明显;在相同加载模式下,预压荷载越大,次固结系数在分级加载前期的值越小。这表明可通过施加预压荷载增大土体的固结度,以提高实际工程中软土地基的稳定性。
泵站进水流道钢模板施工期变形监测研究
包腾飞, 张兰兰, 胡雨菡, 王一兵, 李涧鸣
, doi: 10.12170/20220330001
摘要:
在泵站施工过程中,加强对进水流道钢模板的变形监测对保障泵站安全运行具有重要意义。针对传统变形监测方法难以适用于复杂异型曲面和易受环境因素制约等不足,基于预泵浦布里渊光时域分析技术对泵站流道钢模板施工期进行了变形监测,提出了一种温度补偿方法以解决布里渊频移对温度和应变交叉敏感的问题,采用改进共轭梁法将温度补偿后的应变监测值转换为结构变形。该方法成功应用于某排水泵站工程流道钢模板变形监测。监测结果表明,钢模板顶部和两侧均监测到拉应变和变形,测值均随混凝土浇筑逐渐增加,并在浇筑完成一段时间后趋于稳定。该监测方法对异形结构变形监测的研究和应用具有借鉴意义。
促淤板水流特性数值分析
黄伊偲, 徐立君, 程永舟, 唐彬欣
, doi: 10.12170/20211224001
摘要:
在航道整治和河道治理工程中,常使用促淤结构来促进泥沙淤积、保护洲滩。结合导板结构与透水结构的特点,提出一种新型促淤护滩结构——开孔促淤板。为进一步分析开孔促淤板的促淤拦沙效果,基于RNG k-\begin{document}$ {\varepsilon } $\end{document}紊流模型建立了三维开孔促淤板水流数值模型,并通过物理模型试验数据对数值模型进行了验证。计算分析了流速、开孔率、相对单孔面积等因素对流速、减速率的影响,拟合得到最优开孔率与最佳单孔面积的预测经验公式。结果表明:相对单孔面积对板前流态影响较小,对板后的流速、流态及减速区的形成有影响;开孔率越大,板后减速效果越差,开孔率为30%时,近底区域减速效果最好;来流流速会影响开孔促淤板的减速效果,来流流速为0.2 m/s时减速效果最好。
我国水库溃坝及其生命损失统计分析
盛金保, 李宏恩, 盛韬桢
, doi: 10.12170/20220919001
摘要:
介绍了我国水库溃坝基本情况,剖析了不同年代的代表性重大溃坝事件。对1954年有溃坝纪录迄今所有3 558座历史溃坝及其生命损失数据按年代、规模、坝型、坝高、季节、建设与运行期、地理区域等进行了系统统计分析,揭示了溃坝及其生命损失的时空分布特征与社会属性,归纳分析了导致溃坝的主要原因,在此基础上总结了溃坝经验教训,提出溃坝防范对策。研究成果对进一步健全我国水库溃坝防控体系、严防溃坝事故具有借鉴意义。
振冲法加固堰塞体材料的室内模型试验研究
占鑫杰, 李文炜, 杨守华, 朱群峰, 许小龙, 黄慧兴
, doi: 10.12170/20211207002
摘要:
为丰富堰塞坝开发利用理论,探究其改良加固的可行性,对易贡大滑坡残存的天然堰塞体进行取样,设计了不同频率的室内振冲模型试验,研究了振冲法对堰塞体材料的加固效果和密实机理。模型试验采用砂雨法制样,综合测试了振冲后地基的孔压累计消散规律、土压力发展规律,加固效果和复振效应等。试验结果表明:在振冲器的贯入过程中,松散堰塞料中的土压力和超静孔压迅速上升,在振冲器的上拔和分段留振作用下,堰塞料的超静孔压表现为小幅上升和消散、逐渐稳定的总体趋势。随着振冲次数的增加(2~3次复振后),堰塞料地基的土压力逐渐稳定,超静孔压峰值逐渐下降并趋于稳定。因此振冲对松散堰塞体材料的加固效果明显,振冲后堰塞体材料的锥尖阻力大幅提升,但堰塞料密实后,进一步提高复振次数不能有效改善加固效果。满足易贡堰塞体材料的振冲设计方案为:采用125 Hz振动频率进行4~5次振冲,或采用150 Hz频率进行2~3遍振冲。研究结果可为堰塞坝料地基的振冲加固提供理论依据。
溃坝洪水避洪转移动态路径优化方法
杨德玮, 张文东, 盛金保, 彭雪辉
, doi: 10.12170/20220704001
摘要:
现阶段水库大坝安全管理应急预案中避洪转移路径划分采用时间短、距离近等原则,通常为静态路径,无法伴随溃坝洪水演进过程动态化。通过BREACH-MIKE21耦合模型进行溃坝洪水演进模拟,获取溃坝洪水淹没信息,接入路网模型构建环境情景模型。采用蚁群算法优化避洪转移路径,利用增加回溯算法、引入最大最小蚁群系统、改进启发式函数等手段改进算法,提升路径寻优能力和收敛速度;通过逐帧解析洪水淹没要素,将溃坝洪水信息融入算法中,最终得到最优避洪转移路径。仿真试验表明:(1)在同一淹没情景下,改进蚁群算法比基本蚁群算法平均运行时间增长1.6‰,准确率提高32%,收敛次数平均减少10.13次,收敛速度更快、寻优能力更强;(2)改进蚁群算法根据溃坝洪水演进优化得到的最优避洪动态路径比静态路径更安全。研究结果可满足水库大坝安全管理应急预案对避洪转移路径过程动态化的要求,提高应急转移效率,降低溃坝洪水产生的灾害影响。
城市更新视角下面向内涝防治的地表空间布局优化
陈明发, 马星, 赵耀龙, 杜勇
, doi: 10.12170/20220111003
摘要:
城市暴雨内涝已成为威胁人民生命财产安全的重要灾害之一。随着我国步入“存量规划”时代,城市更新日渐成为存量空间布局优化、解决城市问题的重要手段。针对面向内涝防治的地表空间布局优化在城市更新规划中的应用及方法创新问题,通过耦合SCS-CN水文模型与多元线性规划算法,构建地表空间布局优化模型,减少城市建筑空间布局对地表径流的影响,从而降低暴雨内涝的发生风险。以广东佛山为例,平均减少城市建筑空间布局对地表径流的影响度为18. 11%,最大达20.63%。地表空间布局优化模型通过减少极低与极高密度地表空间,增加低、中、高密度地表空间的方式进行,且以地表空间布局的小规模优化调整为主,可较好地与城市更新规划原则衔接,具备较强实用性。提出通过建筑密度总量控制及地表空间布局调整的方式,将优化结果纳入国土规划工作,从而降低暴雨内涝的发生风险。
表面磨损与碳化作用下船闸混凝土耐久性研究
韩雪松, 钱文勋, 葛津宇, 胡家宇, 章陶然
, doi: 10.12170/20220303003
摘要:
船闸混凝土在涨水期受船体摩擦碰撞及船行波冲蚀磨损,落水期受空气中CO2的侵蚀,为研究船闸混凝土的性能退化规律,采用水下钢球法近似模拟涨水期船闸混凝土的物理磨损,采用快速碳化试验模拟落水期的CO2侵蚀。根据船闸设计服役指标和通航量确定表面磨损和碳化时长,以及二者的交替循环机制。通过碳化深度和抗冲磨强度反映船闸混凝土的工程性能退化规律,基于热重法和压汞法表征船闸混凝土的成分和孔结构演化。模拟试验与分析表明,内河船闸混凝土在表面物理磨损和碳化循环作用下呈现出更为明显的劣化趋势,并且表面磨损一定程度上加速了碳化反应。
大温差作用下矩形渡槽槽身横截面温度梯度分析
尚洪彬, 李宗利, 李泽前, 杨霖, 张宁
, doi: 10.12170/20220103003
摘要:
渡槽在服役期间经历长期变温差循环疲劳作用,势必引起渡槽混凝土产生微裂纹等劣化,降低渡槽安全性。渡槽设计无专门规范,其他相关规范对渡槽是否考虑温度荷载也无明确指导意见。以新疆某矩形渡槽为例,通过有限元软件计算了渡槽横截面温度场,分析其分布规律,探讨了渡槽温度梯度及不同桥梁设计规范在渡槽设计中的适用性。研究表明:渡槽通水时夏季横截面最大竖向正温差为35.8 °C,不通水时为24.5 °C;冬季通水时最大竖向负温差为−11.5 °C,不通水时为−7.8 °C。渡槽横向最大正温差为18.5 °C,最大负温差为−8.4 °C;较大的竖向与横向温度梯度会产生较大的温度应力,在设计中应给予考虑。实例竖向温度梯度与各种规范推荐的竖向温度梯度模式形式相似,但特征值存在较大差异,说明桥梁规范推荐值不宜直接应用于渡槽的温度应力分析,渡槽温度场宜根据槽身结构形式和运行工况计算确定。
水库塌岸短期预测中时空界限决策研究
陈艳国, 高平, 姜耀飞
, doi: 10.12170/20220217001
摘要:
水库塌岸是具有一定时间、空间界限属性的地质灾害现象。时间界限指时间跨度,分为长期、短期塌岸;空间界限指不同水库区段,因地质条件差异导致的塌岸模式、预测参数的差异。目前常用的水库塌岸短期预测时长跨度为2~10年,但对工程应用来说,缺乏足够的决策依据,给实际应用带来难题。从水库蓄水过程的角度,证明了塌岸短期预测时长可根据水库蓄水过程来界定,以三峡、小浪底等大型水库工程为例,验证该界定方法科学合理。并给出了塌岸预测时空界限的决策流程,将时空界限决策理论应用于甘肃马莲河水库工程短期塌岸预测中,从工程地质角度对短期塌岸预测成果的应用给出建议。
大坝混凝土非连续变形的并发多尺度区域分解法
齐翠阁, 邱莉婷, 马福恒, 张湛, 李子阳
, doi: 10.12170/20220826001
摘要:
大坝混凝土的裂缝萌生和失稳扩展分析需要尽可能准确地模拟骨料和砂浆界面的弱不连续,而界面过渡区微米级的厚度模拟使得有限元网格存在网格剖分质量不佳和网格数量庞大的问题。通过在大坝混凝土细观结构的不同材料实体单元间预嵌零厚度界面单元,并进行宏细观子区域界面结点重新匹配,建立了骨料-砂浆-界面单元的宏细观区域分解有限元网格。同时结合隐式梯度损伤模型和内聚力模型,在同一模型中实现骨料、砂浆基质的损伤失效模拟及骨料-砂浆界面的弱连接到脱开模拟,构建了大坝混凝土非连续变形的宏细观并发多尺度区域分解模型。将模型用于某大坝混凝土的直接拉伸试验模拟,不同随机骨料模型均能捕捉骨料和砂浆界面的弱连接到脱开过程。重现的混凝土试件破坏形态与已有研究结果一致,证明了模型的合理性。本研究可为大坝混凝土损伤断裂力学性能的数值试验提供技术支持。
散货码头堆场地基推移破坏离心模型试验研究
徐光明, 刘超, 林显才, 邓远经, 江丹强, 杜静
, doi: 10.12170/20220311001
摘要:
某散货码头堆场地基中有一层软弱的淤泥质黏土层,堆场荷载区地基先采用真空联合堆载预压处理,再对两侧地基进行了水泥搅拌桩加固处理,但在矿石试堆载过程中,淤泥质黏土层最厚处的堆场发生了严重的推移破坏。为研究推移破坏原因,通过开展大型离心模型试验,模拟矿石堆载体的填筑过程,测得矿石堆载体和堆场地基表面竖向和水平向位移;判断位移变形发展过程中的转折点,得到堆场地基的极限承载力;通过矿石堆载荷载作用下堆场地基剖面上发生的位移矢量场,分析再现堆场地基推移破坏现象和形成机制。分析结果表明:该堆场地基承载力由深厚软弱土层控制,承载力不足导致矿石堆载填筑过程中堆场地基出现了严重下陷,下沉的浅表两层土体挤占下卧淤泥质黏土层空间,迫使其向阻力较小的南柳河一侧挤推,造成大范围的推移破坏。根据分析结果,提出了对堆场软土层进行改良或采用复合地基的修复加固途径。
港珠澳大桥沿线极端风暴增水特征研究
曾凡兴, 麦权想, 路川藤, 丁佩, 罗小峰, 高正荣
, doi: 10.12170/20220615001
摘要:
开展风暴潮作用下跨海交通设施沿线增水的特征研究,对交通工程运维期的防灾减灾和结构安全评估具有重要意义。基于1951—2020 年实测台风资料,统计分析了以港珠澳大桥为中心的不同范围台风参数变化特征,发现自1951 年以来,珠江口附近水域的年均台风数量、台风最大风速、台风中心最低气压趋势性变化不明显。构建了西太平洋风暴潮数学模型,计算了港珠澳大桥沿线不同区域的增水特征值,研究认为港珠澳大桥自西向东风暴增水值逐渐降低,大桥西侧珠澳人工岛处200 年一遇风暴增水值为3.17 m,50 年一遇为2.31 m,东侧东西人工岛处200 年一遇风暴增水值约为2.30 m,50年一遇约为1.70 m。研究结果可为港珠澳大桥运维期安全评估提供技术支撑。
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
, doi: 10.12170/20220406001
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。
近期我国土石坝溃决或出险事故及其启示
张士辰, 李宏恩
, doi: 10.12170/20211024002
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,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有待深入研究。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,得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。
特高拱坝结构性态诊断与监控方法述评
赵二峰, 顾冲时
, doi: 10.12170/20211203005
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。研究可指导特高拱坝的建设和运行管理。
长江下游侧滑型窝崩成因及其力学机制
张幸农, 应强, 假冬冬, 陈长英
, doi: 10.12170/20220421001
摘要:
为全面认识长江下游各类窝崩的形成原因和力学机制,以和畅洲头窝崩为例进行全面分析,进而借鉴土力学方面成果,提出相应的失稳模式和估算方法。结果表明:和畅洲头窝崩属于侧滑型窝崩,其成因主要是岸滩土体中存在易液化的粉砂层,当外界出现一定的振动扰动因素,粉砂层液化条件成熟时则成为滑动层,液化层和上覆土层分多次发生大幅度侧向滑移,滑移土体滑出窝塘口门进入河道深槽,随后被河道主流迅速分散搬运至下游。采用数理统计方法,得到滑移土体距离与液化层厚度和滑移层倾角之间幂函数形式的经验公式。研究结果可供长江下游此类窝崩的预警和治理提供参考依据。
基于粗粒土压实度的缩尺方法研究
丁林楠, 李国英
, doi: 10.12170/20211007002
摘要:
工程中土石坝坝料的最大粒径为200~1 000 mm,受仪器尺寸的限制,室内试验的最大粒径通常不超过60 mm,需要对原级配进行适当的缩尺来满足室内试验的要求,不同的缩尺方法会得到不同密实度的试验料。研究了不同缩尺方法的适用条件,使试验料的密实度最大程度接近原级配。通过试验研究,发现粗粒土最大干密度ρmax存在极大值、尺寸无关性和缩尺效应3个特性。结合相关研究成果发现:最大干密度与级配面积近似满足抛物线关系,最优级配所对应的级配面积大致等于0.9;不同粒径范围下的最优级配保持不变;最大干密度随最大粒径dmax的增大而增大,二者在ρmax-lgd 坐标下呈线性分布,可拟合得出原级配的最大干密度。将常规土石坝设计的级配划分成一个区间,定义了级配的上下包线。除相似级配法保留了原级配的颗粒填充关系外,其余缩尺方法均增大了粗颗粒的含量,使相应的级配面积减小。对比不同缩尺方法下最大干密度的变化情况,发现下包线与最优级配之间仅适用相似级配法,上包线与最优级配之间在不同的最大粒径下适用不同的缩尺方法,并绘制了相应的缩尺方法选择图。在分析工程中原级配粗粒土的力学特性时,可以直接使用缩尺方法选择图,根据推荐的缩尺方法进行缩尺,使室内试验得到的结果接近原级配。
考虑排水板土柱效应的软土地基固结特性研究
张振, 米占宽, 朱群峰, 占鑫杰, 许小龙
, doi: 10.12170/20220614002
摘要:
近年来,在真空预压工程中发现排水板附近的细小土颗粒抱团聚集导致排水板淤堵、排水性能急剧降低的现象,即“土柱效应”。目前该现象大多发生在处理新近疏浚和吹填淤泥的软基处理工程中,天然沉积软土是否会发生此现象尚不多见。基于松嫩平原某软基处理工程中遇到的深层软土固结缓慢问题,结合“土柱效应”开展了数值分析,通过对土柱区渗透系数的反演分析给出了其衰减系数,认为天然沉积软土在满足特定条件后也会产生“土柱效应”,其原因在于软土的高含水率、强流动性、粒径级配与排水板孔径不适配等综合因素的影响。研究成果可为类似工程的地基加固提供借鉴。
水文相似理论研究进展
孙周亮, 刘艳丽, 舒章康, 陈鑫, 王婕, 刘翠善, 贺瑞敏, 金君良, 王国庆
, doi: 10.12170/20220617004
摘要:
水文相似理论是比较水文学的核心研究内容,也是获取无资料地区水文模型参数的重要科学依据。通过梳理水文相似概念的起源和发展过程,辨析了水文相似理论中的判别条件和适用条件两个基本问题。从水文相似性分类框架、水文相似性指标和水文相似度评价三个方面综述了水文相似理论的研究进展,并总结了水文相似理论的应用现状。最后,基于当前的研究进展及不足,指出水文相似的定义界定、水文相似的判别依据和适用条件、水文相似性指标和相似度对相似流域选择的影响是当前需要重要研究的课题。研究成果可为无资料流域水文预报、流域水文物理规律探索及完善水文相似理论等提供理论依据。
甘肃省水资源-经济社会-生态环境耦合协调驱动因素研究
张恬姿, 王小军, 齐广平, 康燕霞, 银敏华, 马彦麟, 贾琼, 张向宁
, doi: 10.12170/20220719003
摘要:
揭示水资源-经济社会-生态环境耦合协调的主要影响因素,对加强自然资源与经济社会系统宏观管理,推动区域可持续发展具有重要意义。基于内源动力和外向动力两个维度选取指标,在区域水资源-经济社会-生态环境耦合协调演变分析的基础上,引入固定效应模型测度2010—2019年甘肃省水资源-经济社会-生态环境耦合协调的驱动因素。结果表明:(1)经济发展水平、科技水平对甘肃省水资源-经济社会-生态环境耦合协调水平的提升具有正向作用,回归系数分别为0.029和0.021,且通过了1%的显著性检验;(2)分区影响因素差异显著,环境保护水平和经济发展水平的提高对各分区耦合协调度的提高具有促进作用。据此,在加快甘肃省经济社会发展的背景下,应协同相关政策及驱动因素的激励措施,推动水资源-经济社会-生态环境系统耦合演进。
进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟
李登松, 唐金波, 金鑫, 漆力健, 戴光清, 龚月婷
, doi: 10.12170/20210309004
摘要:
在实施土石堤坝溃口快速封堵、河道截流等水利和防洪减灾工程时,口门或龙口处存在较强的局部冲刷。基于已有的经圆柱、丁坝局部冲刷试验结果验证的三维数值模型,模拟了单向、双向进占方式下龙口宽度B/H = 4.3、5.8时堤头和河床的局部冲刷发展。根据水流特性与冲刷发展的关系,分析了加剧局部冲刷的水流结构和进占方式对局部冲刷发展的影响规律。研究结果表明:单向进占时,戗堤对水流和冲刷发展存在偏移效应;冲刷在初始阶段均表现为沿堤头上游、裹头下游形成的斜向轴线冲刷趋势,堤头上游绕流后的边界冲刷在整个冲刷过程中始终剧烈;进占长度对水流冲刷偏移效应产生影响,在B/H = 5.8时剧烈淘刷区位于戗堤堤头上游的底部堤脚,但是在B/H = 4.3时则位于裹头下游。双向进占时,水流沿龙口轴线对称分布;进占长度影响戗堤局部冲刷的剧烈程度。下潜水流和涡旋是造成戗堤局部冲刷的主要原因。
立式轴流泵装置外特性试验研究
周铭瑞, 周秉南, 刘健峰, 陆伟刚
, doi: 10.12170/20220410003
摘要:
为进一步了解具有蜗壳式出水流道轴流泵装置的外特性,确保泵站完建后的安全稳定运行,以涧沟泵站泵装置模型试验结果为基础,研究了涧沟泵站泵装置的水力性能,并根据试验结果优选该泵站运行方案。试验结果表明:该泵站以叶片角度−2°运行时,流量和扬程均满足设计要求,泵装置可以达到最高效率71.4%;随着扬程逐步增大,流量降幅较小,这符合排涝泵站需长时间大流量排涝的经济性要求;该泵装置汽蚀性能符合设计要求,叶片角度为−4°时,飞逸转速达到最高值,最高值小于2倍的额定转速,飞逸特性优良。此试验泵装置作为排涝泵装置时各项性能较为优异,具备深入研究开发的价值,可为扬程相近、流量较大的排涝工程设计提供参考。
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
, doi: 10.12170/20220111001
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。
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
, doi: 10.12170/20210805001
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。
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
, doi: 10.12170/20211115001
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。
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
, doi: 10.12170/20211029002
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
, doi: 10.12170/20210114001
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
, doi: 10.12170/20190322001
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。