2014年, 第31卷, 第4期　
刊出日期：2014-04-01

  

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江湖泥沙与治理
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  泥沙颗粒分析法在岷江下游河段河床质分析中的应用

  李 健, 杨文俊, 金中武

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0012014, 31(04):1-5

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  泥沙颗粒分析是泥沙研究中的基础工作, 可为河流演变、水生态环境及地质地貌等研究提供基础信息。对当前的泥沙颗粒分析方法进行了分类, 并评价了各种分析方法的优缺点及适用范围, 归纳总结了各种方法的计算原理。应用泥沙颗粒分析工具GRADSTAT对岷江河床采样的泥沙样品进行了计算分析, 结果表明岷江河床质分选很差, 沿程粒径减小, 由于上游水库拦截泥沙作用, 下游的河床质中细颗粒成分较多。
水资源与环境
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  突发性水污染事故应急处理技术研究进展

  李青云, 赵良元, 林 莉, 吴 敏, 黄 茁

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 6-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0022014, 31(04):6-11

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  近年来, 我国已进入重特大突发性水污染事故高发期, 形势十分严峻。针对这一现状, 对突发性水污染事故的4类主要污染物(包括有毒有机污染物、重金属污染、溢油污染及生物性污染)的应急处理技术及水利工程技术在突发性水污染事故应急处理中的关键作用进行综述, 并提出应急处理后长期生态恢复建设的对策和措施, 指出突发性水污染的应急处理需要应急管理、预测预警及应急处理技术三者的全面建设。上述研究旨在为突发性水污染事故应急处理技术的深入研究及应对突发性水污染事故的发生提供理论参考。
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  香溪河流域1965—2010年径流的变化趋势及突变分析

  刘惠英, 丁文峰, 张平仓

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 12-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0032014, 31(04):12-16

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  为加强香溪河流域的综合治理和水资源合理开发, 以香溪河流域兴山水文站实测流量数据为基础, 分别采用线性趋势、累积距平、Theil-Sen’s估计和Mann-Kendall趋势及突变检验法对流域径流的变化趋势和突变进行分析。结果表明香溪河流域多年平均径流为11.59亿m³/a;年均、春、秋3个系列径流量下降趋势显著, 均通过了0.05显著性水平检验;夏季下降趋势不显著, 冬季上升趋势不显著。从径流的突变情况来看, 年径流发生在1989年;春季发生在1978年;夏季径流发生了7次突变, 情况复杂;秋季发生在1989年;冬季发生在1988年。 在整个研究时段内, 1990年前径流与降水变化基本一致, 但此后径流量随降雨的缓慢升高而表现为下降趋势。表明自20世纪90年代开始, 人类活动对流域干预作用增强, 对径流的影响不容忽视。
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  基于地形带分类的最佳阈值与河网密度关系研究

  刘羽婷, 张行南, 刘伯娟

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 17-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0042014, 31(04):17-20

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  为了使分布式水文模型计算单元更好地反映垫面特性, 基于地形带的分类, 运用ArcGIS软件的划分单元面积功能, 采用改进的适度指数法推求长江上游研究区流域的最佳阈值, 能够最终确定不同地形带流域河网密度与最佳阈值的关系。实例结果表明采用改进的适度指数法可以生成反映实际水系, 且与蓝网拟合程度高的模拟河网;根据不同地形带的河网密度与最佳阈值关系和已知蓝线河网密度, 可以快速得到流域的最佳阈值。
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  基于生态约束的萨拉乌苏组地下水优化管理模型研究

  王化齐, 张茂省, 党学亚, 郑春苗, 董 英, 常 亮, 贺帅军

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0052014, 31(04):21-25

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  萨拉乌苏组地下水广泛分布于生态环境脆弱的毛乌素沙地, 规避地下水开发过程中的生态风险是一个亟需解决的关键技术问题。以ArcGIS为平台, 采用Visual Modflow模拟软件, 利用通用的优化模型软件GWM, 以开采量最大化为目标, 以对生态环境最小化为约束条件, 研发了陕北能源化工基地地下水优化管理模型。结果表明, 考虑了风沙滩地区地表植被生态约束后, 全区开采量为70.44×10⁴ m³/d, 其蒸发量较现状减少28.10×10⁴ m³/d, 引起的河流排泄减少量仅占现状河流排泄量的4.09%, 优化方案既保护了生态环境的完整性, 又保证了河流基流量不明显减少, 增加的开采资源量均来自减少蒸发量, 优化开采方案合理可行, 为陕北能源基地水资源利用提供技术支撑。
防洪减灾
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  二元结构河岸崩塌机理试验研究

  岳红艳, 姚仕明, 朱勇辉, 陈 栋

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 26-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0062014, 31(04):26-30

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  以室内概化模型试验为技术手段, 首次尝试采用不同粒径的新型复合塑料沙(细颗粒层通过加入适当比例的黏合剂)模拟了天然二元结构河岸崩塌过程。试验研究表明二元结构河岸崩塌过程大体可分为5个崩塌阶段坡脚冲刷变陡阶段→滩面裂缝形成发育阶段→坡面渐进侵蚀阶段→河岸崩塌阶段→河岸冲刷趋于稳定阶段;在崩塌发生的过程中首先是下层泥沙受冲变陡, 其次是上层河岸泥沙在多种因素影响下发生着不同的崩塌形式;在同级流量条件下, 水位下降过程中河岸稳定性较水位上涨过程中明显减小。该成果可为研究江河崩岸治理措施和防洪减灾提供理论依据。
工程安全与灾害防治
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  多元非平稳时间序列分析的滑坡变形预测研究

  李飞翱, 罗文强, 刘小珊, 黄 丽

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 31-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0072014, 31(04):31-34

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  目前滑坡变形预测的时间序列模型为单变量模型, 仅考虑时间-位移关系, 未能考虑诱发因素对滑坡位移的影响, 因此, 建立多变量的时间序列模型十分必要。应用多元非平稳时间序列分析方法, 建立了滑坡变形趋势的误差修正模型(ECM), 实现了滑坡诱发因素和位移动态变化的综合分析。以三峡库区秭归县白水河滑坡为例, 取监测点ZG93为代表, 建立了基于多元时间序列分析的误差修正预测模型, 并计算预测误差, 结果显示, 除个别数据点之外, 预测误差均在±2.3%以内。
水力学
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  高水头窄河道多洞联合泄洪模型试验研究

  刘 达, 王均星, 张莹莹

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 35-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0082014, 30(04):35-38

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  某水电站泄水建筑物由多条泄洪洞整体联合泄流, 具有下泄流量大、水头高、出口位置河道狭窄等特点, 且下游水垫塘所在位置即为河道的转弯处, 因此会有下泄水流的能量集中和挑流水舌的归槽偏离问题。针对上述2个突出问题, 以大比尺水工模型试验为基础, 提出了与实际情况相对应的挑坎布置方案, 经过多方案的分析比选并综合考虑整体联合泄洪消能的因素, 提出了最优的推荐布置方案, 可为同类型工程枢纽的消能防冲设计提供借鉴。
岩土工程
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  干湿循环效应对风化砂改良膨胀土抗剪强度影响研究

  杨 俊, 童 磊, 张国栋, 唐云伟, 陈红萍

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 39-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0092014, 31(04):39-44

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  将风化砂按10%, 20%, 30%, 40%, 50%比例掺入膨胀土中, 分别进行0～5次干湿循环, 然后采用四联直剪仪进行直剪试验, 研究干湿循环作用对风化砂改良膨胀土抗剪强度的影响。试验结果表明①内摩擦角在第1次干湿循环之后有小幅度的提高, 随着干湿循环次数的继续增大, 内摩擦角逐渐减小, 最后趋于稳定;黏聚力随干湿循环次数的增加, 呈二次函数形式衰减;②抗剪强度随着干湿循环次数的增加而衰减, 且在第2、第3次循环过程中, 衰减幅度最大, 之后逐渐减小最后趋于稳定。综合考虑干湿循环次数以及掺砂比例对抗剪强度指标的影响, 当掺砂比例为30%时, 膨胀土抗剪强度最高, 且可有效抑制膨胀土由于干湿循环效应所导致的抗剪强度的衰减, 能够达到路基填筑用土的标准, 更重要的是降低改良后土体对季节气候变化的敏感性, 抑制其在干湿循环效应下抗剪强度的降低, 确保工程建设的安全。
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  建基面与软弱结构面组合的抗滑稳定分析方法探讨

  彭文明, 姚 雷

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 45-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0102014, 31(04):45-47

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  针对建基面与特定结构面组合构成的复杂浅层和深层抗滑稳定问题, 在常规双滑面计算方法的基础上, 采用等安全系数方法的原理推导了计算公式, 并给出了方程求解方法。资料表明计算方法的边界假定符合现行规范及行业设计要求。通过例题和实际工程试算, 证明了方法的可行性, 且计算精度也能满足设计要求。可解决工程中带部分建基面的大坝失稳滑移模式的抗滑稳定计算问题。
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  不均匀地基堆筑工程稳定性分析

  刘文华

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 48-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0112014, 31(04):48-51

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  某堆筑工程原有地基包含松散填土、中风化泥岩等, 由于地基的不均匀性, 势必会引起堆筑体的不均匀沉降, 必须对地基进行处理。初步设想为对土质地基进行改良, 但是改良的范围难以确定。因此采用数值模拟的方法对堆筑体进行稳定性计算, 发现对部分土质地基进行改良即可, 无需改良整个土质地基。对部分土质地基加固后堆筑体的稳定性得到了很大的提高, 满足了工程要求, 分析结果为类似工程提供参考。
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  DDA块体接触开-闭迭代研究

  冯细霞, 邬爱清, 卢波

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 52-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0122014, 31(04):52-58

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  非连续变形方法是一种隐式求解的动力学计算方法, 且采用在块体界面加减刚硬弹簧的方式来满足块体界面无张拉和无嵌入的接触准则。基于建立的DDA块体接触分析模型, 推导了静力条件下块体的接触位移理论公式, 并且通过接触力的计算, 验证了该公式的正确性。运用此公式, 定量研究了块体变形模量、弹簧刚度、时间步长和接触位移之间的相互关系, 并绘出了当块体变形模量和弹簧刚度一定时, 接触位移随时间步长变化的关系曲线。通过建立简单的块体系统力学分析模型, 剖析DDA中开-闭迭代完整的实现过程, 证明了石根华博士在DDA计算中采用时间步长来调整和加快开-闭迭代收敛的策略是合理、高效的。该研究也揭示了DDA各参数取值应依据的基本规律, 可以推动DDA的实际工程应用。

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  隧洞塌方引起的TBM刀盘被卡事故风险评估

  温 森, 孔庆梅

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 59-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0132014, 31(04):59-62

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  隧道掘进机(TBM)在节理岩体中掘进, 刀盘可能被困;为了减少损失, 进行风险评估很有必要。通过刀盘被困理论分析可知, 刀盘被卡与否取决于扭矩与阻力矩的关系;阻力矩大小由塌方高度决定, 根据塌方高度的随机特性, 结合概率理论建立了刀盘被卡概率计算公式。同时, 根据塌方产生的阻力矩的大小和TBM刀盘参数, 将刀盘被困的后果分为5个等级, 并结合概率等级提出了刀盘的风险评价矩阵。通过工程实例计算, 验证了研究结果的合理性。
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  土体表面干缩裂隙的形态参数定量分析方法

  曹 玲, 王志俭

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 63-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0142014, 31(04):63-67

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  为了解土体干缩裂隙演化规律, 基于MATLAB软件开发了裂隙图像分析系统, 通过对裂隙图像进行二值化、桥接去杂、骨架提取等操作, 进而提取出裂隙率、裂隙长度、平均宽度、隙宽分布率、分维等裂隙形态参数, 实现了平面裂隙图像的无损、连续、动态识别和形态参数定量分析。该裂隙网络图像分析程序为土体干缩裂隙的动态演化分析提供了依据, 可用于边坡稳定性分析、环境污染控制等众多领域。
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  挤压边墙施工法的面板坝有限元计算分析

  丁 林, 姚纬明, 李同春, 赵开伟

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 68-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0152014, 31(04):68-71

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  为深入了解挤压边墙对面板堆石坝结构性态的影响, 以某工程面板堆石坝为对象, 建立典型断面的平面模型, 其中该模型包括非简化的挤压边墙和简化的等效厚度的挤压边墙2个模型。通过非线性有限元计算方法, 对比分析了原始施工方法和挤压边墙施工方法的大坝应力变形状态;分析挤压边墙取等效厚度的计算是否合理;研究挤压边墙对整体面板和堆石体的应力和变形的影响。通过分析得出, 挤压边墙对堆石体影响不大, 而且有效地减小了面板在竣工期和蓄水期的挠度变形和应力, 使工程更加安全经济。研究成果为挤压边墙施工的推广提供参考。
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  多花木蓝根-土复合体抗剪强度试验研究

  杨悦舒, 夏振尧, 肖 海, 贾凤刚, 胡莫珍, 邓 莉

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 72-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0162014, 31(04):72-76

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  为最大程度地提高边坡稳定性, 选用多花木蓝和紫色土的根-土复合体为研究对象, 设置了60 cm³含根量分别为0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 g共9个梯度对多花木蓝根-土复合体进行了直剪试验。结果表明多花木蓝根-土复合体服从摩尔-库伦强度破坏准则, 且含根试样的抗剪强度均大于无根系试样, 说明根系的加入增加了土体的抗剪切强度;在法向应力不变的情况下, 根-土复合体的抗剪强度随着试样含根量的增加而呈现先增大后减小的趋势;在60 cm³含根量为0.3～0.5 g的区间内存在一最优值, 使得多花木蓝根-土复合体的抗剪强度出现最大值。通过试验研究, 探讨了不同含根量对土体抗剪强度的影响, 对三峡库区紫色土稳定性维持以及库区边坡生态修复工程提供了一定的参考。
水工结构与材料
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  基于冻融损伤的混凝土寿命预测研究进展

  杜 鹏, 姚 燕, 王 玲, 曹 银

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 77-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0172014, 31(04):77-84

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  正负温交替变动会引起混凝土的结构发生冻融破坏, 使其出现裂缝、破损和剥落, 影响混凝土的力学性能, 甚至严重影响其使用功能。冻融是造成混凝土损伤和劣化的最重要因素之一, 冻融损伤作用下的混凝土寿命预测已成为目前研究的重点。混凝土的使用寿命可以从不同的角度予以定义和分类, 国内外的研究学者已从多方面提出寿命预测的基本方法和评估准则。基于冻融损伤的混凝土寿命预测取得了很大的进展, 这不仅表现在对冻融单因素作用下的损伤机理和损伤模型的研究不断深入, 还表现在对冻融与其他因素耦合作用下的混凝土寿命预测的研究日渐增多。与计算机模拟技术和数理科学更加紧密地结合必将促进混凝土寿命预测的更深入研究, 从而实现根据预期使用寿命对混凝土进行耐久性设计的目标。
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  胶凝堆石料强度和弹性模量随龄期变化规律研究

  李 娜, 张 斌, 何鲜峰, 高玉琴

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 85-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0182014, 31(04):85-88

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  在胶凝堆石料单轴抗压试验基础上, 分析了胶凝堆石料抗压强度和弹性模量随龄期的发展规律, 并通过试验数据回归分析, 得出胶凝堆石料强度和弹性模量与龄期之间的相关关系。研究结果表明①胶凝堆石料抗压强度随龄期的增长而增长;②胶凝堆石料弹性模量低于一般混凝土, 且随龄期的增加而不断提高, 但在早期(14 d内)增长较快, 之后以接近斜线方式缓慢增长。该成果可为胶凝堆石料的工程(胶凝堆石坝)应用及技术设计提供参考依据。
仪器设备与测试技术
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  C30普通及钢渣混凝土中无应力计的伴测温度-电阻比特性试验研究

  徐 兵, 徐 兵, 曹国福

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 89-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0192014, 31(04):89-92

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  较详细地介绍了C30普通混凝土和C30钢渣混凝土中无应力计的伴测温度-电阻比关系试验过程中发现普通混凝土中各无应力计在各测试时刻的温度、电阻比呈现出明显的反比关系;钢渣混凝土中各无应力计在各测试时刻的温度、电阻比呈现出明显的正比关系。通过无应力计的计算公式, 结合混凝土在非荷载作用下的变形理论以及实测数据用最小二乘法拟合, 可推导出上述关系产生的原因, 伴测温度和电阻比呈线性关系——当混凝土骨料的热膨胀系数小于无应力计的温度修正系数(温度补偿系数)时, 无应力计的伴测温度-电阻比呈反比关系;当混凝土骨料的热膨胀系数大于无应力计的温度修正系数(温度补偿系数)时, 无应力计的伴测温度-电阻比呈正比关系。
水利工程建设与管理
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  基于结构方程的水利水电工程施工安全分析研究

  吴鹏飞, 孙开畅, 田 斌

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 93-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0202014, 31(04):93-96

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  为加强水利水电工程施工的安全管理, 预防和控制事故的发生, 通过建立结构方程进行施工安全风险的分析, 设定4个潜变量及12个观测变量, 应用AMOS 17.0 进行方程计算, 得到12个路径系数和6个相关系数。其中企业影响与组织机构, 施工现场与技术措施, 人员素质与教育培训, 安全管理与安全监督之间路径系数较大, 分别为3.03, 1.36, 1.36, 1.00, 说明该4组因素有较强联系。采取的措施为增强企业影响力、完善企业的组织结构、建立完善的监督机制, 并对施工人员进行严格的安全培训等措施完善施工安全工作。为建立合理的安全评价指标系统提供了参考借鉴。
地下水封石洞油库工程建设研究专栏
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  利用磨细矿渣提高地下水封洞库喷射混凝土耐久性试验研究

  高志华, 何 真, 赵 晓, 李 洋, 蔡新华

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 97-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0212014, 31(04):97-103

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  地下水封洞室由于良好的性能成为广泛使用的储油设施之一, 但其“渗而不漏”的特性决定了后期运行需进行排水和油水分离, 渗透过大会使后期运行成本增加, 对长期安全储油带来不利影响。基于水封洞室良好的围岩条件, 利用S95级磨细矿渣在不降低喷射混凝土基本性能的前提下, 提高喷射混凝土的抗渗透性, 改善其长期耐久性, 降低水封洞室的运行成本。通过矿渣掺量对喷射混凝土凝结时间和工作性能的影响研究, 选择并优化基本喷射混凝土配合比, 并研究了掺矿物掺合料喷射混凝土抗压强度、回弹率、黏结强度和抗渗透性能, 研究结果表明① 矿渣虽一定程度延迟了喷射混凝土的凝结时间, 但对其回弹率和黏结强度无不良影响;② 利用矿渣可改善混凝土工作性能, 可进一步降低喷射混凝土水灰比, 使喷射混凝土获得良好的后期性能;③ 掺矿渣喷射混凝土良好的早期自密实性能和后期二次水化特性, 使喷射混凝土的抗渗透性能提高。
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  大型地下水封洞库开挖爆破方式优选

  李 鹏, 赵 晓, 金潇男, 孙鹏举

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 104-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0222014, 31(04):104-108

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  为合理选择大型地下水封洞库施工爆破方式, 采用爆破试验的方法, 结合爆破振动测试、爆前爆后声波检测、爆后宏观调查等手段, 比较分析了深孔台阶爆破+预裂爆破和水平浅孔爆破+光面爆破2种爆破方案的优劣。分析可知深孔台阶爆破+预裂爆破方案下爆破振动及围岩损伤均大于水平浅孔爆破+光面爆破, 但仍在可控的范围内, 二者均满足地下水封洞库开挖轮廓面成形的要求。故深孔台阶爆破+预裂爆破方案可用于大型地下水封洞库的开挖, 但需要严格控制钻孔精度、单段起爆药量、药包直径以及装药结构;水平浅孔爆破+光面爆破方案适合在岩体性质较差或爆破振动控制相对较严格的开挖区域中采用。
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  精益思想下水封石洞油库施工“6S”管理研究

  韦伟忠, 王 钧, 曾贤仁, 刘 耀, 张文辉

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 109-113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0232014, 31(04):109-113

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  黄岛地下水封石洞油库工程运用精益思想的“零浪费”理念, 在施工现场管理中, 实施整理、整顿、清扫、清洁、素养和安全“6S”精益管理模式, 凸显其全过程“价值流”, 最终实现建设业主价值最大化。结果表明, 精益思想下的工程施工“6S”管理, 使施工质量优良率提高1倍, 建材库存减少95%, 施工人员减少50%, 工期缩短5%, 利润增加约10%, 明显优于传统的工程管理。
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  基于GIS的管道工程滑坡危险性区划研究

  李俊彦, 王敬奎, 陈 祥, 刘明学, 彭振华, 康向阳, 姚元涛

  长江科学院院报. 2014, 31(4): 114-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2014.04.0242014, 31(04):114-118

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  根据逻辑回归模型和某油气管道工程沿线已发生滑坡的确定性系数CF, 统计回归滑坡发生概率与其影响因子之间的函数关系。首先, 根据影响因子子集中滑坡灾害面积和影响因子子集面积来计算滑坡发生的确定性系数CF;其次, 将滑坡灾害是否发生作为因变量, 影响因子子集中发生滑坡的确定性系数CF作为自变量, 应用逻辑回归模型统计分析它们之间的函数关系;然后, 利用GIS技术计算研究区内各独立属性单元发生滑坡的概率p, 按概率p值范围, 将研究区划分为5个危险性等级, 并绘制滑坡危险性区划图;最后, 用滑坡灾害的分布数据来检验滑坡危险性区划的效果。研究结果表明基于逻辑回归模型和确定性系数CF的滑坡危险性区划方法是有效的, 并适用于油气管道工程沿线滑坡的危险性区划工作。