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非淹没双直立圆柱系统波浪爬升的数值模拟
陈浩民, 倪云林
当前状态:  doi: 10.12170/20191018004
[摘要](54) [HTML全文](27) [PDF 1151KB](1)
摘要:
波浪爬升是近海构筑物和海洋平台结构设计中的重要参数。全面掌握波浪的爬升特性有利于结构的安全保证和优化。采用有限元方法建立了求解Berkhoff缓坡方程的数值模型,并计算了非淹没单个直立圆柱周围的波高分布,计算结果与解析解吻合很好。以非淹没双直立圆柱为研究对象,探讨了圆柱间距对波浪爬升的影响。结果表明:上游圆柱周围的波高分布曲线波动较大,但最大相对波高和最小相对波高的发生位置基本与单个圆柱的情况相同;当圆柱间距为1/4波长的奇数倍时,最小相对波高明显减小,圆柱肩部出现第二峰值;而当圆柱间距为1/4波长的偶数倍时,最小相对波高则明显增加,圆柱肩部出现第二谷值。下游圆柱周围的波高分布曲线与单个圆柱的情况相似,但波高相对较小。
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, 苏炜
当前状态:  doi: 10.12170/20190608001
[摘要](265) [HTML全文](177) [PDF 1121KB](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,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大而增大。
内部裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响
王思瑶, 胡少伟
当前状态:  doi: 10.12170/20190923001
[摘要](57) [HTML全文](50) [PDF 23641KB](1)
摘要:
为研究混凝土梁内部贯穿裂缝缺陷对其断裂性能的影响,设计了含不同裂缝缺陷混凝土梁的三点弯曲断裂试验,研究不同长度、位置及数量的水平裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响。通过试验测得的P-Dm曲线以及相关试验数据计算得到含不同裂缝缺陷的混凝土断裂参数与断裂能。对比结果可知:混凝土三点弯曲梁的起裂荷载和起裂韧度受水平裂缝缺陷参数变化的影响较小,而失稳荷载和失稳韧度受水平裂缝缺陷的影响较大;水平裂缝越长,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝距离试件的底部越近,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝数量越多,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度越小,断裂能也越小。该现象表明混凝土试件中含线性缺陷导致材料的缺失量越大,其完全断裂所消耗的能量越小,且测得的断裂参数值也越小。
定向爆破堆石坝应力变形特性研究
黄志鸿, 杨杰, 程琳, 孙晓宁, 马春辉
当前状态:  doi: 10.12170/20190930001
[摘要](13) [HTML全文](4) [PDF 1421KB](1)
摘要:
结合实测数据与数值模拟方法对某定向爆破堆石坝体结构在不同阶段的应力变形特性进行了分析,探讨定向爆破堆石坝的应力变形规律,并重点讨论了爆破堆石体和防渗结构的力学行为。对比分析表明:不同于常规坝体的最大沉降位于坝体2/3部位,爆破堆石最大沉降发生在爆破堆石体顶部,爆破堆石及坡积物的可压缩性是其产生较大沉降的主要原因。在此基础上,分析了爆破堆石体沉降对防渗结构应力变形的影响。结果表明:由于筑坝材料组成复杂、力学特性相差较大,导致大坝局部出现一定的不均匀沉降。700 m平台以下的反弧处出现较大的变形和应力,对沥青混凝土防渗斜墙变形造成较大影响。此外,库水位的抬升使沥青混凝土斜墙的应力和变形规律发生了较大变化,防渗体应力和变形明显增加。研究得出的定向爆破堆石坝的应力变形规律,较为全面、真实地反映了定向爆破堆石坝的爆破堆石体、坝体及防渗体的运行性态,同时也对高面板堆石坝、软岩筑坝、弃渣坝、滑坡及堰塞体等大变形结构体的安全性态研究具有一定的参考价值。
特高拱坝运行初期变形监测预报模型及构建方法
胡江
当前状态:  doi: 10.12170/20190908001
[摘要](55) [HTML全文](48) [PDF 1986KB](8)
摘要:
针对特高拱坝运行初期温度场的非稳定性和时效的非单调增长性,发展变形监测和预报模型,并提出构建方法。通过主成分上的分层聚类法选取代表性温度测点,将其实测值作为温度变量,引入包含徐变及其恢复项的时效变量表达式,论证其表达谷幅变形的能力。进而考虑库水位、实测温度、组合时效等变量,应用增强回归树方法提出特高拱坝运行初期变形监测和预报模型,并通过后向消减变量建立优化模型。分析各变量对变形的边际效应,得出相对影响,借助部分依赖图,辨识变量间相关关系及其对坝体变形的影响规律,揭示变形机制。将该模型应用于某特高拱坝,验证该模型的可行性和有效性;并将结果与支持向量机、多元回归模型进行对比分析,得出该模型具有显著的优越性。
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](214) [HTML全文](119) [PDF 2093KB](3)
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](163) [HTML全文](110) [PDF 1156KB](1)
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,研究引航道内波动叠加规律,分析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。
走锚漂流船舶撞击下桥墩基桩损伤分析
徐静文, 李致, 苏晓栋, 何建新, 陈灿明
当前状态:  doi: 10.12170/20190905003
[摘要](11) [HTML全文](7) [PDF 1500KB](0)
摘要:
某挖沙船因洪水冲击走锚漂流,与下游浔江特大桥非航道孔桥墩发生碰撞。通过对事故时水文气象、漂流船舶状态与受损状况、受损桥墩外观调查,采用超声对测法和反射波法分别检测了撞击区域桥墩混凝土内部损伤和桩基桩身完好性,基于ABAQUS有限元软件分析了走锚漂流船舶作用下桥墩桩身应力、位移和损伤分布,综合分析判断事故中桥墩的损伤状况,为事故的后续处理提供技术依据。结果表明:桥墩碰撞处无开裂和明显破损,桥墩桩与盖梁间连接完好,上部结构与桥墩间搁置正常;碰撞区域混凝土内部无明显损伤,受撞桥墩桩身结构完整无明显缺陷;高危损伤区域为变径处系梁的左上和右下连接处;船舶走锚与船舶漂流对桥墩的撞击作用效应差别巨大,可判定本次碰撞事故未对受撞桥墩结构造成损伤。
随机波浪力连续场的降维模拟
吕康玄, 刘章军
当前状态:  doi: 10.12170/20190505002
[摘要](8) [HTML全文](6) [PDF 953KB](0)
摘要:
根据水质点的水平速度和加速度过程的功率谱密度,利用线性化的Morison方程,从平稳随机过程自相关函数的角度推导了随机波浪力的功率谱密度函数。在平稳随机过程的源谱表达基础上,通过将标准正交随机变量集定义为仅含1个基本随机变量的正交函数形式,实现了随机波浪力连续场的降维模拟。同时,结合快速傅里叶变换(FFT)技术,给出了随机波浪力连续场降维模拟的快速算法。应用该方法对某一单个小尺度直立圆柱桩所受的随机波浪力进行模拟,给出了随机波浪力过程的均值、标准差、自相关函数及互相关函数等数值特征,并与Monte Carlo方法的结果进行对比分析。研究表明,降维模拟方法具有较高的模拟精度与效率。
海洋生物附着对混凝土结构耐久性能影响
何晓宇, 李天, 沈坚, 张亚军, 夏晋, 金伟良
当前状态:  doi: 10.12170/20190906003
[摘要](51) [HTML全文](45) [PDF 791KB](0)
摘要:
为研究海洋生物对混凝土结构的影响机理,分别对海洋动物、植物以及微生物3种类型的海洋生物进行分析,重点讨论3种生物对混凝土结构的腐蚀机理和增强机理,并对其利用和防治进行了详细论述。通过某码头混凝土桩的现场长期暴露试验,研究混凝土内部的氯离子浓度、混凝土电阻率及钢筋电位的分布规律。结果表明,浪溅区的表面氯离子含量低于潮汐区,而混凝土氯离子扩散系数较为接近。贝类生物的聚集作用对混凝土抗氯离子性能具有正负效应:一方面,贝类覆盖区混凝土的表面氯离子含量较低,表明贝类的存在有利于降低混凝土表面氯离子的聚集,在混凝土表面起到物理保护作用,一定程度上有利于阻止氯离子的入侵;另一方面,贝类覆盖区混凝土内氯离子扩散系数大于光滑表面区,贝类的存在可能导致混凝土本体发生变化,削弱了混凝土自身的抗氯离子侵蚀能力,加快了氯离子在混凝土内部的传输。有贝类聚集时,混凝土表面电阻最低,且混凝土内部钢筋的腐蚀电位较负,表明该区域混凝土内部钢筋的腐蚀风险最高,该海域贝类存在可能对混凝土的耐久性能造成不利影响。
对称布置翼板加翼桩的水平承载性能分析
何建新, 李致, 孟星宇, 苏晓栋, 陈灿明
当前状态:  doi: 10.12170/20191222001
[摘要](44) [HTML全文](33) [PDF 858KB](0)
摘要:
影响加翼桩水平承载性能的因素众多,其中翼板数量、荷载方向与翼板夹角是主要影响因素。采用ABAQUS有限元计算软件研究了软黏土地基中桩径为5.0 m,对称布置二、三和四翼板的加翼桩在不同荷载作用方向时桩身泥面水平位移、桩身倾斜率、桩身内力、桩身应力和极限承载力等的变化。通过与相同条件单桩的承载特性对比,分析了加翼桩水平承载性能提升幅度,明确了翼板通过同时或交替承担底面端承力、侧面摩擦阻力、水平土抗力和增加桩身抗弯刚度以提高其水平承载性能的机理,拟合了对称布置二、三和四翼板加翼桩水平极限承载力随荷载作用方向变化的计算式,对加翼桩极限承载力控制条件进行了对比分析。
缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟
胡良明, 李姝钰, 贾欣, 杨旭
当前状态:  doi: 10.12170/20190907001
[摘要](12) [HTML全文](7) [PDF 799KB](1)
摘要:
为研究不同工况下,地震与缝面水压力共同作用对重力坝坝踵裂缝扩展的影响,以Koyna重力坝为例,利用扩展有限元法(XFEM)和相互作用积分理论,建立缝面水压力和地震共同作用下的重力坝坝踵裂缝断裂数学模型,研究不同的坝基与坝体弹模比、初始裂缝长度、缝面水压力分布对坝踵裂缝扩展的影响。计算结果表明:在缝面水压力均匀分布、初始裂缝长度一定的情况下,裂缝扩展长度随坝基与坝体弹模比的增大逐渐减小,扩展路径向坝基面靠拢;在坝基与坝体弹模比一定、缝面水压力均匀分布的情况下,裂缝扩展路径随着初始裂缝长度的增加逐渐增加且趋近坝基面;当坝基与坝体弹模比和初始裂缝长度一定时,随着缝面水压力系数的增大,裂缝扩展长度逐渐减小,裂缝逐渐向岩基扩展。
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, 蒋宁
当前状态:  doi: 10.12170/20190806002
[摘要](147) [HTML全文](103) [PDF 829KB](2)
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及稳定性的影响。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的增加,密排桩桩身水平位移不断增大,最大增幅位置都发生在桩顶;随着密排桩桩长和桩径的增加,框架式海堤整体稳定安全系数均增大;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。
复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响
王梅力, 祖福兴, 徐绩清, 王平义, 韩林峰
当前状态:  doi: 10.12170/20190731002
[摘要](9) [HTML全文](6) [PDF 938KB](0)
摘要:
滑坡涌浪对涌浪生成和传播区域可能造成巨大影响。河道型水库滑坡涌浪受河道边界的作用会产生波浪叠加。为研究河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,借助长江三峡库区万州某河段与原型一致的物理模型,基于FLOW-3D计算流体力学软件建立三维滑坡涌浪数值模型,给出了数值求解、网格划分和边界条件设置方法,并经物理模型试验对建立的三维数学模型进行一致性较好的验证。按照滑坡体入水点位于河道直线段、弯道凸岸顶点、弯道凹岸顶点3种工况,模拟分析复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律,绘制波谱强度与频率关系图,得出不同岸坡坡度、弯道凹岸平面曲率、凹岸圆弧角度、凸岸圆弧角度对涌浪周期的影响规律。
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](553) [HTML全文](120) [PDF 1788KB](3)
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MLP方法的长江-洞庭湖江湖水沙交换演变规律研究
贾雅兰, 施勇
当前状态:  doi: 10.12170/20190627001
[摘要](8) [HTML全文](3) [PDF 845KB](0)
摘要:
基于多层感知机MLP(Multi-layers Perceptrons)方法建立了长江和洞庭湖水沙交换关键节点间的回归关系,计算并分析江湖水沙交换各节点的联动变化。研究结果如下:(1)城汉河段(城陵矶-汉口)的河床冲淤及水情变化是江湖水沙通量演变的重要环节,分析下荆江裁弯后三口和干流水沙通量的变化可知,城汉河段淤积严重导致荆江水沙下泄受阻;(2)三峡水库运用后,荆江河段上下游间、主支汊间的水沙联系减弱明显;(3)当汉口水位高于26 m时,汉口水位每抬升1 m对应的螺山流量增量基本稳定,该值在调弦口建闸前后、裁弯后、葛洲坝截流后和三峡水库运用后分别为4 400,4 300,4 500~4 700 和4 000 m3/s;(4)荆江三口水沙分泄能力对宜昌站来水量的响应程度逐渐减弱,在三峡水库运用前各时段内,三口水沙分泄能力对来水量的响应程度在汛期宜昌站流量为35 000 m3/s时最强,三峡水库运用后,则是在汛前和汛后宜昌站流量为25 000 m3/s时最强。
粉质黏土原位地震动参数测试及模型参数反演分析
顾伟杰, 范明桥, 吉恩跃, 钱彬, 张兴刚
当前状态:  doi: 10.12170/20190925001
[摘要](43) [HTML全文](37) [PDF 1271KB](2)
摘要:
为解决目前现场原位地震动参数较难获取的问题,自行研发了土体地震动参数原位试验测试系统,该系统包括可移动系统、荷载伺服系统、动力反应系统和数据采集系统四部分,利用该系统对南京某工程场地进行了土的现场非线性剪切模量试验,得到了粉质黏土的现场非线性剪切模量G-logγ曲线和G/Gmax-logγ曲线,发现当剪应变γ超过0. 1%时,动剪切模量G减小的速度愈来愈快,反映了土在动荷载作用下非线性及应变累积性的特点。此外,基于Martin-Davidenkov模型,采用遗传算法对现场试验结果进行了反演分析,得到了该试验地区较浅土层内的模型参数取值范围。
长江口海域风浪场的计算与特征分析
耿浩博, 张洪生, 洪杨彬, 胡国栋
当前状态:  doi: 10.12170/20200102003
[摘要](41) [HTML全文](45) [PDF 1101KB](0)
摘要:
以ECMWF数据资料为输入风场,以ETOPO1地形数据和实测水深资料相结合得到计算水深,通过WAVEWATCH III和SWAN模型嵌套数值模拟了长江口海域1996—2015年连续20年的风浪场。为了在保证计算精度的同时提高计算效率,通过台风和寒潮期间显著波高的比较进行敏感性分析,选取合适的计算范围和计算网格。与观测数据进行比较,发现显著波高计算值的变化趋势与观测结果一致,两者的相关系数为0.82。为了使模拟结果更接近实际,基于观测的波高,给出了具有代表性点位显著波高的修正式。根据风场数据资料和修正后的显著波高进行了风场和风浪场的特征统计分析,风浪特性分析的结果既体现了季节的影响,又体现了地形的影响。
不同反滤准则及其在宁南山区水库设计中的应用
杨佩瑶, 王红雨, 张刚, 何金沙
当前状态:  doi: 10.12170/20191227001
[摘要](7) [HTML全文](4) [PDF 754KB](0)
摘要:
渗流作用是引起土石坝破坏的主要原因之一,合理设置反滤层能有效控制土体发生渗透破坏。为评价不同反滤准则在以黄土为筑坝材料的土坝中的效果,探讨黄土丘陵山区水利工程反滤系统适宜的设计准则,结合宁夏南部山区乔家沟水库土坝反滤系统设计案例,在反滤料级配曲线的上、下包线范围内平行选取4条不同的级配曲线,通过理论计算得出不同反滤准则所需的反滤料和被保护土料的特征粒径,对比分析了国内外7种反滤准则在该工程中的适用性。结果表明:当被保护土料为粉质黏性黄土时,我国现行碾压式土石坝设计规范(SL 274—2001)反滤准则在该工程反滤料级配曲线的上下包线内适用范围大、效果好,能同时满足滤土与排水条件。
规则波对大直径群桩作用的数值模拟研究
干桂轩, 孙亮, 岳磊, 韩松林
当前状态:  doi: 10.12170/20191006001
[摘要](54) [HTML全文](51) [PDF 1106KB](1)
摘要:
多桩柱结构在海洋工程中应用广泛,大直径群桩效应使得桩柱所受到的波浪力与单桩大为不同。首先使用基于势流理论开发的三维水动力分析程序DIFFRACT计算了单个圆柱和双圆柱所受到的波浪力,通过与相应解析解的对比验证了数值结果的准确性。进一步分析了大尺度多桩柱结构在规则波中所受的波浪力。群桩间的水动力相互作用使桩群中每个圆柱所受的波浪力存在多个峰值,其最大值可达单个圆柱所受波浪力的2.30倍,并且最大波浪力圆柱的位置受桩群布置的影响。
库区滑坡涌浪三维数值模拟分析
邓成进, 党发宁, 陈兴周, 袁秋霜, 陈莉丽
当前状态:  doi: 10.12170/20191125002
[摘要](51) [HTML全文](57) [PDF 951KB](3)
摘要:
针对某水库库区的3#变形体滑坡涌浪问题,采用三维数值模拟方法分析库区滑坡涌浪传播过程,研究网格尺寸对数值分析计算精度的影响,同时建立1:280的水工物理模型进行验证,并与潘家铮法计算的涌浪高度进行对比。结果表明:数值分析计算精度与模拟网格尺寸、涌浪剧烈程度、涌浪传播距离有关;三维数值分析和物理模型试验得到的涌浪高度变化曲线的趋势基本一致,涌浪传播至坝前时,各种方法得到的坝前涌浪高度误差较小,数值分析结果可作为大坝安全影响的评价依据。3#变形体形成的涌浪在第4次波峰(t=151 s)时超过坝顶超高约8.37 m,仅占最大坝高的3.3%,且过流量有限,不会对大坝安全构成威胁。
含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟
丁英勋, 王志亮, 黄佑鹏
当前状态:  doi: 10.12170/20190529001
[摘要](9) [HTML全文](5) [PDF 1413KB](1)
摘要:
为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模型的合理性;最后,分别考虑不同节理角度、厚度、间距、数目及入射波频率下的P波透、反射系数变化特征。结果表明:在节理倾向方位角β为0°~60°时,透射系数随β的增大而减小,而在β为60°~90°时随β的增大而增大;透射系数随入射波频率的增大而减小,反射系数反之。若定义节理间距与厚度的正比关系,则透射系数随节理间距的增加而增加,反射系数反之;此外,根据不同节理厚度下的节理数目与透(反)射系数关系曲线特征,定义图线中的包络线为临界透(反)射曲线,则在给定节理数目时,其透(反)射系数总大(小)于临界透(反)曲线上对应的透(反)射系数数值。
寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状
赵成先, 孙红尧, 潘旭勇, 罗建华, 裴成元, 李洪鑫
当前状态:  doi: 10.12170/20200106003
[摘要](5) [HTML全文](3) [PDF 882KB](0)
摘要:
大体积混凝土大坝施工时内外大温差会造成混凝土的开裂,寒冷环境下大坝运行时冰的冻融过程会对混凝土造成胀裂破坏,因此寒冷环境下混凝土大坝浇筑时必须采取临时保温措施,大坝运行时必须采取永久保温措施。大坝上游面接水部位水结冰过程中的推力、剪切力和拉拔力会破坏保温材料,所以大坝上游面必须采取抗冰措施。从保温材料种类、抗冰技术、应用案例和调研结果等方面回顾了寒冷环境下国内混凝土大坝的保温和抗冰技术的现状,目前主要采用泡沫塑料作为临时保温材料,采用聚苯板和聚氨酯泡沫作为大坝永久保温材料,采用在保温材料表面涂布涂料或砂浆的方式以及采用抗冰装置的方式抵抗冰的破坏。抗冰技术尚处于起步阶段,最后提出了目前大坝保温抗冰技术存在的问题和需要继续研究的内容。
EHP工法桩强度性状试验研究
杜旭青, 翁佳兴, 别学清, 宋苗苗, 邱成春, 李辉
当前状态:  doi: 10.12170/20191213001
[摘要](39) [HTML全文](19) [PDF 931KB](2)
摘要:
针对实际工程应用中水泥土搅拌桩出现的桩身强度分布不均匀、成桩质量差等问题,对传统的边钻进边搅拌施工工艺进行改进。改进的水泥土桩采用钻孔外预先搅拌均匀水泥土浆液,再边钻孔边浇筑的施工工艺,从而形成一种性质可调控的新型环保均质塑性桩体(Environmental Homogeneous Plastic Pile)-EHP工法桩。通过对现场取芯样和室内方法制备水泥土试样开展一系列的无侧限抗压试验,并结合桩体芯样剖面物质组成分析,对EHP工法桩的强度特性进行了研究。建立了不同形状水泥土试样强度间的定量关系,通过引入强度折减系数对改进施工工艺现场制备桩体强度的折减幅度进行了分析。结果表明,改进施工工艺制备的水泥土桩桩身均匀性和桩体强度均优于传统施工工艺制备的水泥土桩,且有效地基加固深度明显增大。和室内标准养护试样相比,不同施工工艺制备的水泥土桩,均出现一定程度的强度折减。对于EHP工法桩,桩体强度折减系数随水泥掺量的增加而减小,在0.55~0.75范围内变化。和传统施工工艺制备的水泥土桩相比,EHP工法桩的强度降低幅度相对较小,具有更优良的承载能力。
不同卸荷速率下岩石强度变形特性
钱亚俊, 武颖利, 裴伟伟, 朱玥妍
当前状态:  doi: 10.12170/20200428001
[摘要](50) [HTML全文](42) [PDF 967KB](3)
摘要:
岩体工程的开挖本质上是岩体的卸荷过程,不同的卸荷速率会显著影响岩体的强度变形特性,开展相关研究对于岩体工程的安全稳定分析具有重要意义。针对岩石开挖卸荷中各种可能的应力路径,开展了普通三轴压缩试验以及恒主应力差卸围压、恒轴压卸围压、升轴压卸围压的3种卸荷试验,重点分析了不同卸荷速率对开挖卸荷岩体力学特性的影响规律,主要结论如下:(1)不同卸荷方案、不同卸荷速率的岩样,破坏都具有典型的脆性破坏特征,当围压降低到一定程度时,岩样突然破坏,轴压陡降,环向应变显著增大。(2)当围压卸荷速率较高,岩样临近破坏时,变形模量几乎成90°角直线下降,泊松比几乎成90°角直线增加;而卸荷速率较低时,变形模量和泊松比下降/增长的趋势相对越缓。这说明围压卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越显著。(3)3种卸荷方案岩样在不同的卸荷速率下,破坏时的应力状态基本都位于普通三轴压缩Mogi-Coulomb强度包络线的下方,即围压卸荷时的岩样比普通三轴压缩状态的岩样更容易破坏。
近55年京津冀地区降水多尺度分析
曹永强, 路洁, 刘明阳, 李玲慧, 宁月
当前状态:  doi: 10.12170/20191019001
[摘要](49) [HTML全文](35) [PDF 1971KB](0)
摘要:
以京津冀地区25个气象站点1964—2018年的逐日降水数据为基础资料,采用距平法、Mann-Kendall检验法、线性拟合及空间插值分析等方法,从多年平均降水、年内降水分配和极端降水3个尺度分析京津冀地区降水的变化特征。结果表明:(1)京津冀地区年平均降水呈不显著减小的趋势,降水变差系数为0.14~0.41。年平均降水空间上表现为“东多西少、南多北少”的特点,其中燕山山地和海河平原降水离散程度相对较高。(2)京津冀地区年内降水呈现出集中化趋势,降水主要集中在7月下旬,并呈不显著提前化趋势。降水集中度在空间上表现为由东北向西南方向逐渐减少;降水集中期在空间上呈现出由北向南逐渐增强的趋势。(3)京津冀地区极端降水在129.57~252.68 mm之间波动,约占总降水的28.6%~47.9%。极端降水与年均降水的空间分布大致相同,仅有其中7个气象站点的变化趋势稳定。
配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响
巩妮娜, 胡少伟, 范向前, 蔡小宁
当前状态:  doi: 10.12170/20191225002
[摘要](9) [HTML全文](6) [PDF 8167KB](0)
摘要:
为了探讨配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程及声发射特征的影响,通过4组直偏裂缝钢筋混凝土三点弯曲梁开展Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验及声发射信号采集,并分析试验结果。结果表明:随着配筋率的增加,失稳荷载近似线性增加,配筋率影响混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂模式;裂缝稳定扩展过程中振铃计数出现若干个峰值,累计计数的突变可以表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂临界状态,且3个参数间具有较强的相关性;声发射峰频点均呈现分频段集中的现象,从85%荷载水平开始,140~155 kHz的频段占比减小,30~45 kHz频段占比增加,临近失稳临界状态时峰频分布趋于分散。
考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型
雷文凯, 董宏源, 陈攀, 吕海波, 梅国雄
当前状态:  doi: 10.12170/20191027002
[摘要](7) [HTML全文](6) [PDF 1055KB](0)
摘要:
针对传统Green-Ampt入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型(简称为GA模型)更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。
水围压下粉煤灰混凝土的含水量及动态力学性能研究
梁甲, 王乾峰, 张修文, 肖洋
当前状态:  doi: 10.12170/20191010002
[摘要](47) [HTML全文](40) [PDF 991KB](0)
摘要:
为了研究粉煤灰对水围压下混凝土的含水量及其动态力学特性的影响,对粉煤灰掺量为0、20%和40%的混凝土试件(F00、F20和F40)进行了不同水围压(1、3和5 MPa)和不同应变速率(10−5/s、10−4/s、10−3/s和10−2/s??)作用下的动态压缩试验,同时还开展了大气环境中干燥混凝土试件的动态压缩试验。分析了水围压、粉煤灰掺量对混凝土含水量的影响,并结合含水量数据,进一步研究了粉煤灰掺量、水围压和应变速率与混凝土动态强度间的关系。研究结果表明:①相同粉煤灰掺量下,混凝土的含水量随着水围压的增加呈现先增大后减小再增大的趋势;在相同水围压条件下,F00混凝土含水量最大,F40次之,F20最小,说明粉煤灰掺量对混凝土的含水量有显著影响。②用三次函数描述了不同粉煤灰混凝土的含水量与水围压之间的关系。③不同水围压条件下,粉煤灰混凝土单位体积含水量所对应的混凝土动态强度增加值与应变速率呈二次函数关系,并建立了不同水围压条件下粉煤灰混凝土的动态强度增加值与应变速率之间的关系式。
梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性
钟亮, 葛晨曦, 孙建云
当前状态:  doi: 10.12170/20191026002
[摘要](47) [HTML全文](38) [PDF 1271KB](0)
摘要:
梅花形阵列粗糙是常见的床面粗糙形态,但其水流紊动特性参数在颗粒间的沿程变化和不同象限间的分布差异等研究仍较薄弱。采用不同颗粒大小和排列间距的圆形玻璃珠制作了3种梅花形阵列粗糙床面,基于明渠紊流的PIV水槽试验资料,探讨了无量纲纵向紊动强度Tu(请用一个字母(可加下标)表示,全文替换???)、雷诺应力R和紊动能E的分布规律。结果表明:① 颗粒顶部以上区域的TuRE沿程基本呈条带状变化,受颗粒影响较小,而颗粒顶部以下区域则受颗粒影响明显,沿程变化相对复杂,表现出一定的周期性和分区性,并可分为颗粒区和粒间区。② 颗粒顶部以上区域TuRE的垂线分布基本重合,颗粒顶部以下区域则波动明显,分布曲线呈“S”和倒“L”等形状。③ 粒间区各象限的RE沿程变化较为平缓,接近水平线,第2、4象限的RE总体大于第1、3象限;颗粒区各象限的RE沿程分布呈“∪”状并在沿程位置参数x+ = 0附近有最小值。研究成果对鱼道及航道工程设计等具有一定的指导意义。
熵权模糊集对分析法在溪洛渡水库汛期分期中的应用
刘浅奎, 王文圣, 余思怡, 王宁
当前状态:  doi: 10.12170/20191205001
[摘要](42) [HTML全文](41) [PDF 508KB](0)
摘要:
溪洛渡水利枢纽工程是长江防洪体系的重要组成部分,为提高溪洛渡水库的防洪能力和兴利效益,实现金沙江流域洪水资源的安全利用,探讨溪洛渡水库汛期合理划分并进行分期调度是十分必要的。收集并确定了影响溪洛渡水库汛期分期的水文气象因素,建立了基于熵权的模糊集对分析法,利用该方法将溪洛渡水库的汛期划分为次汛期、过渡期与主汛期,最后与模糊集分析法、集对分析法进行了对比分析。研究结果表明,熵权模糊集对分析法简单、实用,能客观反映金沙江流域暴雨洪水特性对汛期的影响,汛期分期成果合理,与模糊集分析法、集对分析法的分期结论基本一致。提出的熵权模糊集对分析法用于汛期分期合理可行,为水库汛期动态汛限水位的制定提供了参考依据。
水泥固化锌污染土压缩特性影响因素分析
戴元志, 范成文
当前状态:  doi: 10.12170/20191008001
[摘要](41) [HTML全文](38) [PDF 771KB](0)
摘要:
基于固结试验,研究了不同养护温度、锌离子质量分数及水泥掺量条件下水泥固化锌污染土的压缩特性,推导出能够综合反映三者对压缩系数影响规律的经验式。结果表明:基于该经验公式,根据某一已知条件(即上述3个变量值)对应的固化体或者素土的压缩系数值可以较好地预测其他条件下的固化体压缩系数。此外,锌离子质量分数一定时,固化体压缩系数随水泥掺量的增大呈指数性减小。水泥掺量一定时,压缩系数随锌离子质量分数的增大而增大。压缩系数随养护温度的提高而减小,固化体压缩系数比值与养护温度之间呈现较好的对数函数关系。
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](249) [HTML全文](136) [PDF 764KB](4)
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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2020-04期封面
2020, (4): 0-0.  
[摘要](15) [HTML全文](9) [PDF 9661KB](13)
摘要:
2020-04期目录
2020, (4): 1-2.  
[摘要](20) [HTML全文](9) [PDF 309KB](6)
摘要:
水冰雪反照率参数化通用模型
杨开林
2020, (4): 1-9.   doi: 10.12170/20200428003
[摘要](59) [HTML全文](41) [PDF 1051KB](2)
摘要:
对于气候寒冷、降雪频繁的冰封河湖,冰盖和雪盖的反照率对气候和冰厚变化有很大影响。应用Fresnel理论得出纯水和纯水冰可用相同反照率公式计算的结论。基于现有的原型观测资料,提出了水冰反照率参数化通用模型。在此基础上,借鉴CCSM3雪冰日平均反照率参数化模型,提出了水冰雪反照率参数化通用模型。该模型考虑了纬度及地球自转和环绕太阳运行的规律,具有很好的普适性。计算分析表明,纬度和日期对水冰雪日平均反照率有很大影响,反照率大小随日期或月份变化,纬度越高,反照率越大。与冰厚对反照率的影响相比,太阳高度角随纬度和日期变化产生的影响大得多。水冰雪反照率参数化通用模型计算结果与原型观测结果的对比证明,两者吻合较好,而现有常用以冰厚为依据的反照率模型计算结果远远偏离观测结果。
投影寻踪方法在水资源承载力评价与预测中的应用
金菊良, 杨通竹, 郦建强, 陈梦璐, 宁少尉, 张浩宇
2020, (4): 10-16.   doi: 10.12170/20190609002
[摘要](173) [HTML全文](50) [PDF 624KB](15)
摘要:
为解决区域水资源承载力综合评价中指标数据高维、非线性的问题,构建基于最大信息熵原理的投影寻踪水资源承载力评价方法,将该方法应用于2015年安徽省16个地级市水资源承载力的空间分布评价中;最后对2005—2015年安徽省全省水资源承载力进行动态评价,将该评价结果与灰色GM(1,1)模型结合,对2018—2020年安徽省区域水资源承载状况进行预测。结果表明:2015年,安徽省水资源承载空间分布状况整体表现为皖南地区优于皖中地区,皖中地区优于皖北地区;2005—2015年期间,全省水资源承载力虽基本处于临界超载状态,但年际间承载状况逐年好转。预测结果表明,2018—2020年全省水资源承载力保持良好的发展态势,总体向可载趋势发展。
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
2020, (4): 17-23.   doi: 10.12170/20190603002
[摘要](316) [HTML全文](141) [PDF 1172KB](16)
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、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%。
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
2020, (4): 24-32.   doi: 10.12170/20190603009
[摘要](490) [HTML全文](193) [PDF 7314KB](12)
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、天津和上海等省级行政区水-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。
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
2020, (4): 33-40.   doi: 10.12170/20190626001
[摘要](344) [HTML全文](166) [PDF 2861KB](12)
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。
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
2020, (4): 41-47.   doi: 10.12170/20190603003
[摘要](799) [HTML全文](157) [PDF 719KB](10)
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,采用总水量消耗法,利用多年实测资料,考虑3种空间系统边界(一库一级、一库多级和流域整体),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。
长江宜昌—监利段河床冲淤对宜昌站水沙变化的响应
胡腾飞, 施勇, 栾震宇, 陈炼钢, 金秋, 陈黎明, 徐祎凡
2020, (4): 48-56.   doi: 10.12170/2019062004
[摘要](66) [HTML全文](42) [PDF 1276KB](7)
摘要:
三峡水库蓄水运行以来宜昌站水沙条件发生了明显改变,驱动下游河床发生新一轮调整。采用回归分析、机理分析等方法,探究了三峡工程运行前后长江宜昌—沙市段及沙市—监利段河床冲淤变化对宜昌水沙站条件的响应规律。结果表明:宜昌—沙市段冲淤量与宜昌站水沙指标间的关联度强于沙市—监利段且前者关联度随时间增强;研究河段月尺度河床演变对宜昌站水沙条件不存在明显的滞后响应;基于宜昌站月均流量分别构建的两个河段冲淤量回归模型可较好反映河床冲淤变化;根据所构建模型的模拟,三峡工程运行前宜昌—沙市段呈“小水小冲、大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为23 500 m3/s,三峡水库蓄水后该河段全面冲刷,呈“小水小冲、大水大冲”,但随着床沙粗化冲刷量有所下降;三峡水库蓄水前沙市—监利段亦呈“小水小冲,大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为22 500 m3/s,且同流量下的淤积量大于宜昌—沙市段,三峡水库蓄水后宜昌站小水时该河段冲刷量略大于上游河段,但宜昌站大水时该河段冲刷量明显更小。
宁夏清水河流域水沙变化特点分析
马进国, 郑艳爽, 张晓华, 丰青, 彭红
2020, (4): 57-63.   doi: 10.12170/20200213002
[摘要](54) [HTML全文](35) [PDF 853KB](3)
摘要:
为搞清清水河流域不同时期、年际及年内水沙变化特点,以清水河流域固原、韩府湾和泉眼山3个水文站长系列实测水沙资料为基础,采用实测资料统计分析方法对水沙量进行系统分析,并利用Mann-Kendall突变检验方法确定了各站年水沙突变点年份。研究表明:与长时期相比,近期2010—2015年除泉眼山站水量增加6.2%外,其他各站水沙量均减少,水沙减少范围分别为58.8%~65.7%和64.3%~94.4%,沙量减幅大于水量减幅。清水河流域年水量的58.5%~65.6%和年沙量的85.6%~89.4%都集中在汛期,年际间水沙丰枯悬殊。各站年径流量和输沙量突变时间存在差异性,各站水沙量近期呈减少趋势。同时也对影响清水河流域水沙条件变化的降雨量、坡面水土保持措施、水库运用和淤地坝建设等因素进行了初步分析。
黄河流域砒砂岩区地貌-植被-侵蚀耦合研究进展
申震洲, 姚文艺, 肖培青, 饶良懿, 李勉, 杨吉山, 焦鹏, 荆诚然
2020, (4): 64-71.   doi: 10.12170/20191229002
[摘要](57) [HTML全文](40) [PDF 715KB](2)
摘要:
砒砂岩地区是黄河中游粗泥沙来源的核心区,是黄河流域生态保护的重点。揭示黄河中游砒砂岩地区地貌植被侵蚀耦合规律,对于砒砂岩区生态综合治理具有重要的理论指导价值。本文评述了砒砂岩区侵蚀地貌特征、植被生境空间分异规律、侵蚀空间分异规律,以及砒砂岩区地貌-植被-侵蚀空间耦合关系研究进展,并展望了其研究发展趋势。同时,提出了今后应加强研究的方向:应着重从机理层面对砒砂岩区的地形地貌空间结构分异特征、植被生境和群落分异特征及侵蚀时空分异特征进行深入研究,特别是将三者作为一个耦合系统的因素进行研究,解决制约砒砂岩区水土流失综合治理理论水平提升与实践的瓶颈问题;研究不同地貌单元的土壤侵蚀年内时空分异性特征及其成因,揭示坡沟系统水蚀年内时空分异性特征与自然植被时空分异性特征的耦合机理;揭示砒砂岩区地貌-植被-水蚀空间耦合机理。本综述可为黄河流域砒砂岩区生态保护、侵蚀规律研究及高质量发展提供一定参考。
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
2020, (4): 72-79.   doi: 10.12170/20190822001
[摘要](156) [HTML全文](99) [PDF 1150KB](6)
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。
齐齐哈尔地区粉质黏土冻胀特性试验研究
汪恩良, 商舒婷, 田雨, 李旭辉
2020, (4): 80-87.   doi: 10.12170/20200106005
[摘要](64) [HTML全文](40) [PDF 1186KB](3)
摘要:
黑龙江省受寒冬负温影响,容易引起渠道渗漏、地基下陷、轨道不顺等问题,这增加了工程建设难度。为解决实际问题,以齐齐哈尔地区粉质黏土为研究对象,进行封闭系统下的人工冻结试验,对冻胀试验数据进行分析,研究不同含水率、干密度、冷端温度及冻结速率条件下土体的冻结过程及冻胀率的变化规律。试验结果表明:冻胀率在含水率高、干密度大、冷端温度低、冻结速率低的条件下,土体冻胀现象更为显著,且冻胀率与4个因素相关性较好。冻胀正交分析结果表明:冷端温度对冻胀率的影响程度最弱,干密度较强,含水率的影响最为剧烈。采用SPSS统计分析软件,建立含水率、干密度和冷端温度三因素综合影响下的冻胀率多元线性回归模型,模型拟合效果好、可信度高、精度高,满足实际需求,操作简便,可用于粉质黏土的相关计算和预测。
蒸养混凝土早期断裂性能研究
胡少伟, 娄本星, 尹阳阳, 叶宇霄
2020, (4): 88-95.   doi: 10.12170/20191226004
[摘要](57) [HTML全文](34) [PDF 1206KB](9)
摘要:
为研究蒸养混凝土早期的断裂性能,开展了养护时间为4,8,16,24和48 h的混凝土三点弯曲梁断裂试验,分析了不同养护时间下蒸养混凝土的断裂性能和力学性能,进而给出了蒸养混凝土早期断裂参数与成熟度的关系。基于数字图像相关方法,测得了混凝土试件表面的全场位移及应变信息,研究了裂缝扩展的断裂演化过程。结果表明:在60 ℃蒸汽养护条件下,当养护时间在24 h内时,蒸养混凝土的力学性能随养护时间逐渐增大,养护时间超过24 h,蒸养混凝土的力学性能呈下降趋势;蒸养混凝土断裂性能在养护4~8 h内迅速提高,超过8 h后,混凝土断裂性能提升缓慢;其早期断裂韧度与成熟度具有较好的相关关系。
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
2020, (4): 96-102.   doi: 10.12170/20190618001
[摘要](634) [HTML全文](281) [PDF 775KB](4)
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的界牌水利枢纽为例,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
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, 关欢, 蔡兵华, 李忠超
2020, (4): 103-110.   doi: 10.12170/20190520001
[摘要](187) [HTML全文](90) [PDF 1252KB](7)
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,在实际工程中应用越来越广泛,但其在交通荷载作用下的应变特征却少有研究。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。研究揭示了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;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;发现了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。
基于SPH无网格法的纺锤形桩靴连续贯入过程模拟
孟翔, 高路恒, 吴浩, Atangana NjockPierre Guy
2020, (4): 111-118.   doi: 10.12170/20190215002
[摘要](21) [HTML全文](6) [PDF 1107KB](8)
摘要:
纺锤形桩靴在饱和土中贯入过程涉及土体极大变形和复杂的土、水、结构三者耦合作用,由于网格畸变问题,采用传统网格类数值方法很难进行模拟。SPH无网格法借助于一系列粒子进行插值,粒子与粒子之间无联系,将偏微分形式的控制方程转化为常微分方程组进行求解,可有效避免网格畸变问题。基于土-水-结构耦合SPH无网格算法,对桩靴在中密、密实砂土及饱和黏土中的连续贯入过程进行模拟,研究土体存在极大变形条件下桩靴贯入阻力、超孔隙水压力及总应力等物理量在贯入过程中的变化规律,并与CEL大变形有限元分析结果及室内离心机测值进行对比和分析。研究结果表明:采用土-水-结构耦合SPH算法可以准确地捕捉土、水混合物发生大变形时的自由面特征、贯入阻力、孔隙水压力及超孔隙水压力等物理量。
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
2020, (4): 119-126.   doi: 10.12170/20190610001
[摘要](166) [HTML全文](89) [PDF 1023KB](8)
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,并加深对翻斗雨量计的认识。
尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究进展
赵天龙, 陈生水
[摘要](2211) [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。
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](1196) [PDF 1368 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](1165) [PDF 873 KB](557)
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。
基于HEC-RAS及HEC-GeoRAS的溃坝洪水分析
贺娟, 王晓松
[摘要](1015) [PDF 679 KB](1139)
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。
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](914) [PDF 1290 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。
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](1122) [PDF 1878 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。
浮式防波堤研究进展
沈雨生, 周益人, 潘军宁, 王兴刚
[摘要](1328) [PDF 1310 KB](595)
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。
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](1026) [PDF 543 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。
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](950) [PDF 1360 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。
溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合
杨志, 冯民权
[摘要](1643) [PDF 2044 KB](1415)
摘要:
基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。
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](1003) [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](2827) [PDF 1143KB](2771)
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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