2012年, 第29卷, 第12期　
刊出日期：2012-12-01

  

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水资源与环境
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  我国西南地区典型降雨特征——以贵州湄潭县为例

  冯 婧, 程兵芬, 王 坤, 胡 勇

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 1-4. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.001

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  在气候变化和人类活动双重影响下，我国降雨在不同区域呈现不同的演变特征。以西南地区为例，选择研究较少的贵州省湄潭县，利用线性回归和Morlet小波分析方法，分析湄潭县年降雨量、汛期降雨量和暴雨的变化特征。结果表明：区域年降雨量不断减少，暴雨发生频次以加快的速率增大，最大暴雨量增加，但发生时间在推迟，且均以1980年和2000年为转折点，呈现减少—增加—减少的趋势。在变化环境下，我国西南典型县城区域对全球气候变化响应敏感，降雨呈现典型的区域演变特征。
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  单值化处理长江中游主要断面水位流量关系研究

  万凤鸣, 龙立华, 张 悦

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 5-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.002

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  为更好地开展长江中游防洪影响的研究，在分析沙市、螺山、汉口3个控制站水文断面水位流量关系影响因素的基础上，选取1981—2010年长江中游沙市、螺山、汉口3个控制站主要断面洪水期（5—9月）的水位流量资料，采用综合落差法进行单值化处理，得到了各站水位流量关系曲线成果，并用最小二乘法原理进行曲线的拟合，对其进行了合理性分析。结果表明，通过多项式拟合能将计算出的水位-流量关系线的影响消除到最小。并且由数学公式计算的关系线推出的流量不会因人为定线的差异而导致数据的不同，在实际应用中，效果更好。
江湖泥沙与治理
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  上荆江河段南五洲崩岸整治工程护岸形式选择

  杨梦云, 张根喜, 朱勇辉

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 10-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.003

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  南五洲险段常年抢护但崩岸仍时有发生，采用的水下抛石措施，需大量开山采石而对开采区生态环境产生不可逆转的破坏，同时在工程实施区域需大面积削坡以维持坡面稳定，个别堤段还需退垸堤防、侵占农田、重建相关水工建筑物和农田水利设施等，其经济效益和社会效益都有待综合评估。为此，根据南五洲险段崩岸的主要影响因素及近岸地形变化趋势，针对南五洲险段崩岸整治措施的选择问题进行了详细的分析论述。提出了在不改变河势和对岸滩岸稳定、保持防洪态势和既有航道条件下，利用水下承台堆石护脚、阻滑桩结合长充沙管袋护脚，同时水上护坡工程二级护坡采用三维植被网护坡的新思路。
工程安全与灾害防治
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  大型水利工程的风险管理问题

  陈 进

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 15-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.004

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  我国是世界上水利工程最多的国家，特别是大型水利工程，由于其涉及的不确定因素多，工程设计、建设和运行对于国家经济、社会和生态环境影响巨大。根据国内外大坝失事案例，分析我国大型水利工程存在的安全、社会和环境等方面的风险，讨论影响水利工程的风险因素、风险分类和风险等级，并以三峡工程为例，讨论大型水利工程面临的风险因素和风险类型，提出适合我国水利工程风险控制和管理的方法和策略。
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  减弱观测误差对回归模型的影响研究

  赵 卿， 周兴东

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 20-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.005

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  对变形监测序列进行数据建模分析时，含有误差的监测数据会对模型的建立产生较大的影响。提出一种“事件”模型改变原始观测序列的表达形式，通过对原始观测数据进行转换，对变形监测数据按照某种规则进行分类划分，划分后的数据能够适应Cox模型。根据经验或者实际情况，适当调节“事件”模型参数，在一定程度上可以减弱观测误差带给Cox回归模型的影响，算例分析进一步论证了该模型计算结果的准确度能够进一步地提高计算结果的准确度。
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  面向对象的三峡库区新生型滑坡空间预测研究

  许霄霄, 牛瑞卿

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 24-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.006

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  三峡水库运行期间，库水位的变动不仅可能诱发老滑坡复活，还会产生新的滑坡（新生型滑坡）。以库首区秭归段岸坡为研究区，采用了面向对象的C5.0决策树分类的预测方法，选取了库水、坡度、工程岩组、斜坡结构和影像纹理等作为评价因子，在遥感解译和野外调查的基础上，利用遥感、地理信息系统和空间数据挖掘技术，建立了新生型滑坡空间预测模型，生成了新生型滑坡易发性区划图。验证显示：预测结果与实际较为一致，该方法可为新生型滑坡的防治提供科学依据。
水力学
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  半立方抛物线形渠道正常水深的近似计算公式

  滕 凯

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 30-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.007

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  针对目前半立方抛物线形断面渠道正常水深计算存在的计算过程繁琐复杂、求解成果精度不高等问题，经对正常水深基本计算方程的变形整理，通过引入无量纲水深及特征参数，采用优化拟合的方法，取标准剩余差最小为目标函数，在工程适用参数范围内，经逐次逼近拟合计算，得到了表达形式简单、计算过程简捷、实用范围广、便于工程设计人员实际应用的近似计算公式。误差分析及算例计算表明：拟合公式的最大相对误差仅为0.261%，完全满足实际工程的设计精度要求。该近似计算公式为半立方抛物线形断面渠道正常水深计算提供了更加有效的计算方法，具有应用推广价值。
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  倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布的实验研究

  武周虎, 吉爱国, 胡德俊, 时林艳, 徐美娥

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 34-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.008

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  基于研制的倾斜岸坡角形域顶点排污立面二维扩散水槽实验装置及格栅振荡紊动系统，对8个倾角θ=360°/β（角域映射系数β=4,5，…,11）的角形域，按格栅振荡频率n=20，40，60 r/min的3种情况进行了一系列瞬时线源排放的扩散实验，采用图像采集与数字图像处理技术测量二维浓度场分布。结果表明：各倾角的横向和垂向扩散系数均随格栅振荡频率的增大而增大，当格栅振荡频率n=20，40，60 r/min时，各倾角横向扩散系数的平均值分别为18.38，30.88，43.94 cm²/s ; 垂向扩散系数的平均值分别为1.89，2.47，3.24 cm²/s；在格栅振荡条件下，垂向扩散系数平均占横向扩散系数的7.4%～10.3%，横向和垂向扩散系数随倾角的大小呈现波状变化特征。实验证明倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布呈现以角域映射系数β的奇偶不同和以β=4的倍数的周期性变化规律。
岩土工程
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  提高隧道地震波地质预报（TSP）精度方法研究

  吕乔森, 徐 颖, 胡志强

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.009

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  TSP（Tunnel Seismic Prediction）作为应用最广泛的隧道弹性地震波反射方法之一，在现场使用上经常存在不规范操作，导致预报精度无法满足安全施工要求。基于TSP预报系统的工作原理，从反射地震波接收质量与触发地震波强度两方面出发，提出了多种方法来提高预报精度，主要包括：确定最佳搜索角、传感器孔与炮孔的高质量耦合、提供良好的作业环境、选择延时误差小的瞬发电雷管、确定合适的炮孔装药量等，再将研究成果应用于现场实践中，旨在积累经验，为隧道地质预报工作提供参考。
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  滑坡渐进破坏运动过程的颗粒流仿真模拟

  王 宇, 李 晓, 王声星, 侯文诗

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 46-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.010

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  采用颗粒流离散元模拟滑坡的变形破坏全过程，不需要假定滑动面的位置和形状，颗粒根据所受到的接触力调整其位置，最终从抗剪强度最弱面发生剪切破坏。白河滑坡是受强降雨影响诱发的上部顺层、下部微切层的大型古基岩滑坡，滑坡的发生是其独特内外因共同作用的结果。据现场调查资料，总结了滑坡的成因与形成机制。运用基于离散元法的颗粒流（PFC）程序，引入平行粘结模型，通过数值模拟，确定滑带土细观参数与宏观力学性质的关系；据此建立滑坡模型；然后，运用颗粒流离散元法对滑坡运动渐进全过程进行数值模拟，对滑坡不同关键部位进行位移、孔隙率变化及应变监测，阐明其渐进发展过程，明确其时空演化规律。模拟结果表明：上部的土体沿基岩面先出现开裂，导致中部滑体产生剪胀，对下部古滑体产生推挤作用，导致新老崩积堆积区及白河中学食堂地区的失稳，形成整体滑动。通过对白河滑坡发生→发展→破坏的动态演化模拟，可为工程决策提供理论依据。
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  科威特Boubyan岛土体工程特性研究

  鲍树峰, 董志良, 张功新, 莫海鸿, 房营光

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 53-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.011

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  基于科威特Boubyan岛海港项目一期路桥及地基处理工程，对Boubyan岛土体进行了原位测试，并对199个原状土样进行了室内试验，同时，对典型土样进行了淋溶前后的直剪试验。试验分析结果表明：科威特Boubyan岛土体属于粉质黏土，为超氯滨海盐渍土，具有砂土特性，且具有低含水量、低液塑限、低灵敏度、低强度(遇水易失稳崩解)、高压缩性等典型盐渍土的工程特性；自然成因、可溶盐含量和颗粒表面电荷密度是Boubyan岛土体具有低强度、低液塑限等宏观工程特性的主要因素。
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  重力坝稳定性尖点突变监控模型及软件模块研发

  陈浙新, 苏怀智, 陈 兰

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 58-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.012

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  重力坝失稳宏观表现为从一种连续性状突然跳跃到不连续性状的突变现象。以突变理论作为研究突变现象的理论和方法，可以为重力坝稳定性分析和评价提供很好的手段和工具。借助坝工领域知识和突变理论，基于大坝安全变形监测资料，以大坝变形时效分量为大坝系统演化的状态变量，研究并构建了重力坝稳定性的尖点突变监控模型，并利用Delphi进行了软件模块的设计和研发，实现借助软件系统对重力坝稳定性的实时监控。
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  石灰改良膨胀土抗剪强度参数试验研究

  边加敏, 蒋 玲, 王保田

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 62-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.013

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  对石灰改良膨胀土强度形成机理进行了分析，研究了养护时间、初始含水率、掺灰率对石灰改良膨胀土的凝聚力及内摩擦角的影响，提出综合考虑含水率与掺灰率的凝聚力计算式，通过研究认为养护时间对凝聚力和内摩擦角的影响0~7 d比7~28 d 大，但对内摩擦角的影响比凝聚力小，这些结论的得出对进一步研究石灰改良膨胀土的抗剪强度具有一定的参考意义。
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  循环荷载下红层泥岩土累积变形特性

  孔祥辉, 蒋关鲁

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 68-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.014

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  针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料，通过动三轴试验研究其在循环荷载下的累积变形特性。在动荷载不超过临界动应力条件下，红层泥岩土累积应变随循环次数的变化有一定规律性：应变在初期是快速增长，随着循环次数的增加，应变增幅减缓，最终达到稳定，且变形主要发生在前1 000次的循环阶段。基于动三轴试验结果，并考虑土的类型、应力状态、物理性质和循环次数等主要影响因素，提出了一个计算红层泥岩土累积变形的模型。该模型不仅能反映动、静偏应力和静强度的影响，还考虑了围压对累积应变的影响，能较好地反映累积应变的发展规律，而且模型参数具有明确的物理意义。通过达成线红层泥岩路基现场激振试验，验证了该模型的有效性和实用性。
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  复杂地质条件下洞室围岩初始地应力场研究

  冯树荣, 蒋中明, 赵海斌

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.015

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  初始地应力场的确定是地下洞室稳定性评价的基础。在对现场实测地应力资料分析的基础上，研究了断层等地质构造对初始地应力场分布的影响机理，指出岩体变形模量比是影响应力的关键因素之一。研究了能反映断层引起应力释放效应的初始地应力场反演分析的变刚度方法。考虑与不考虑断层影响情况下的某工程初始地应力场的计算结果和实测结果对比表明，考虑断层影响的结果与实测结果更接近，从而证明了断层应力释放效应作用及基于岩体变刚度的初始地应力反分析方法的合理性。
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  地质力学模型试验技术研究及工程应用

  董建华, 张 林, 陈建叶, 陈 媛, 胡成秋

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 78-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.016

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  针对在地质力学模型试验研究过程中存在的岩体材料相似模拟以及结构面相对位移测试问题，首先开展了不同性能岩体变形特性的相似模拟研究，试验结果确定了配制岩体模型材料的成分及其制备方法，得到了水泥、石蜡和机油是影响高、中、低性能岩体模型材料变形特性的控制性因素，提出了不同变模岩体材料采用不同尺寸的模型小块体进行精细化模拟。同时，采用应变测试技术，研制了用于获取结构面相对位移的测试仪器，测试时，用应变仪记录不同加载条件下相应测点的应变变化过程，再由埋设之前标定得到了位移和应变系数，即可得出位移变化过程。上述研究成果在小湾拱坝模型试验中的应用表明，所制备的模型材料以及结构面相对位移测试技术是满足模型试验要求的。
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  立洲水电站调压井不同施工方案三维非线性有限元分析

  王 莎, 朱俊松, 王万千, 王蔚楠, 陈建康

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 83-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.017

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  就调压井而言，其施工期的围岩稳定、结构受力特性是设计中须深入研究的关键技术问题之一。以立洲水电站调压井工程为研究对象，应用三维非线性有限元法对其不同方案的开挖支护效应、应力变形规律、围岩稳定及衬砌结构内力分布等开展了较为深入系统的研究，揭示该工程调压井不同施工方案井壁围岩、边坡的应力变形、塑性区分布规律及其稳定性，提出了推荐施工方案、建议优化措施等。上述研究成果为该工程优化设计提供了重要的参考依据。
水工结构与材料
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  粉煤灰品质对碾压混凝土性能的影响

  王述银, 郭文康, 覃理利

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 88-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.018

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  为解决某工程大坝碾压混凝土Ⅰ级粉煤灰供应不足的问题，探讨了用Ⅱ级粉煤灰替代Ⅰ级粉煤灰的可能性。对数家Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰的物理化学品质进行了试验，同时通过混凝土性能试验论证其使用效果，确定合适掺量和其它配合比参数。试验比较了粉煤灰品质对碾压混凝土抗压强度、抗拉强度、极限拉伸值、抗冻融性能、绝热温升、抗渗等对其性能的影响，讨论了粉煤灰品质指标影响混凝土各项性能的机理。在此基础上提出了大坝混凝土合理使用粉煤灰的原则。
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  三峡地下电站27号机组蜗壳不同埋设方式下结构静力分析

  陈 琴, 祁勇峰, 胡建华

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 94-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.019

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  三峡地下电站27号机组厂房蜗壳外围混凝土结构上下游侧及左侧与基岩相连，其变形会受到基岩的约束作用，受力情况特殊，需进行蜗壳埋设方式研究。采用三维接触非线性有限元法对27号机组段蜗壳流道及其外围混凝土结构和围岩进行分析，为蜗壳埋设方式的选择和配筋设计提供科学依据。研究表明:直埋方案拉应力最大，所需配筋也最多，不经济；垫层方案除局部区域外，拉应力普遍较小，不能充分发挥钢衬钢筋混凝土结构的联合承载作用；组合方案的应力介于直埋方案与垫层方案之间，但下机架基础相对上抬位移接近控制标准。
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  空腔锚块式预应力闸墩结构受力性能试验研究

  李树山, 高丹盈, 解 伟

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 99-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.020

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  由于闸墩结构设计受颈部应力状态制约，预应力技术成为改善大型弧门闸墩结构受力性能的重要措施。锚块结构特征及其对颈部受力的影响是大型弧门闸墩结构设计时需要考虑的主要问题。利用结构仿真模型试验，以蒲石河电站排沙闸预应力闸墩为例，研究了锚块内设置空腔引起的颈部抗裂性能、锚块内应力分布的变化，讨论了空腔锚块对预应力闸墩结构受力性能的影响。试验结果表明，新型空腔式锚块设计方案能够有效地提高预应力闸墩颈部的预压效果，提高闸墩颈部抗裂性能。
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  细骨料品种对外掺MgO砂浆膨胀性能的影响研究

  李 洋， 陈 霞， 王述银

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 103-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.021

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  为了阐明骨料岩性对MgO混凝土膨胀特性的影响规律及作用机理，研究了20，38，60℃水养护温度下不同骨料砂浆的膨胀率，并结合能谱、元素聚类及相分布等微观测试手段深入分析了水泥基体区与细骨料界面过渡区的微结构及元素富集特性。研究结果表明：养护温度从20℃提高至60℃时，砂浆膨胀率增大，且天然砂与辉石闪长岩砂浆的膨胀率最高，其次为灰岩砂浆，玄武岩砂浆最小。38℃水养条件下，辉石闪长岩砂浆和玄武岩砂浆界面区的Ca，Mg元素富集程度高于灰岩与天然砂砂浆，天然砂较高的表面孔隙率和表面含水率有助于吸引更多的MgO迁移至界面区，快速水化形成晶粒尺寸较大、结构较疏松的“外部膨胀水化产物”水镁石；骨料颗粒通过影响界面过渡区的元素富集特性、水化物相类型和形态来影响MgO砂浆的膨胀特性，含有细粉的人工细骨料可以通过改变外掺MgO水泥水化程度和MgO含量来改变MgO砂浆的特性。
信息技术应用
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  南昌昌北闸门控制系统设计

  叶建雄，刘萍先，李志彪

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 109-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.022

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  南昌市昌北闸门控制系统负责南昌市整个昌北地区的防洪排涝任务，以其中的前湖电排站为例，详细介绍了基于工业以太网的闸门群组控制系统的组成结构、现场控制所用的PLC选型依据，结合程序流程图给出了现场控制程序的编制原则和部分程序实例，介绍了基于工业以太网的WinCC组态软件的设计方法，给出了部分控制界面。根据“数字昌北”的扩展性要求，系统在结构上具有良好的延展性，采取软硬件结合的方式保证其响应速度，投入运行以来工作稳定可靠，降低了人工操作的危险性和不准确性，减轻了人员的劳动强度，实现了预期的目标，得到了用户的高度肯定。
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  CATIA V5 环境下水电工程三维可视化仿真场景中的应用研究

  李小帅, 万 军, 黄艳芳, 陈 敏

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 113-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.023

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  在水电工程三维可视化仿真场景实现过程中，针对水电工程的设计特点与视觉特征，提出CG知识库的概念，并以CATIA与3DS MAX软件为应用平台，从环节分解、要素分类、建立方法、关键问题等方面探讨了水电工程三维参数化模型库与三维网格模型库、材质库等CG知识库的实现思路及采用的主要技术，并阐述了通过CG知识库的运用，可快速搭建三维可视化仿真场景，缩短同类项目的制作周期，提高应用自动化的程度。
科技简报
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  Inventor三维设计软件在水利水电工程中的应用

  刘敦煌

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 119-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.024

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  Inventor软件是全面智能化的三维机械设计工具。应用Inventor软件设计了钢结构、系船墩、变坡水槽等机械设备，高效准确地解决了实际水力学工程问题。结合设计实例介绍了软件的基本功能，表明Inventor三维软件是工程技术及科学研究的重要工具。进一步掌握其技术和技巧，即可进入设计的前沿，辅助实现工程技术及科学研究的创意与创新。
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  水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金综述

  董耀华, 周 若，卢金友

  长江科学院院报. 2012, 29(12): 121-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.12.025

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  概述了水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金14个资助项目的主要研究成果与进展，对14个资助项目进行了验收综合评价；给出了重点实验室发展规划的4个研究方向和20个重点研究领域。14个资助项目的主要研究成果包括：撰写成果报告14份，发表论文25篇，申请2项国家自然科学基金，完成1篇博士论文，出版专著1部，申请实用新型专利1项等；项目验收综合评价是6A和8B。重点实验室发展规划的4个研究方向是：江湖治理，防洪减灾，大型水利水电工程关键问题研究，以及流域水土资源保护与利用。