2016年, 第33卷, 第4期　
刊出日期：2016-04-01

  

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水资源与环境
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  基于WPI模型的重庆市水资源安全分析

  张 喆,何太蓉,舒瑞琴,刘 欢

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 1-5. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150573

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  为综合评价重庆市水资源安全情势,分析多重背景下水资源安全影响因素,以WPI模型构建水资源安全评价指标体系,该体系分为5个子系统资源(R)、途径(A)、效率(U)、能力(C)和环境(E)。采用加权函数法计算1997—2013年重庆市水资源安全综合评价指数和5个子系统得分值,并利用因子分析法进行对比分析;建立水资源安全因素判定模型,对子系统进行优等、中等、劣等因素划分。结果表明重庆市水资源安全值呈阶梯式上升,趋势系数为0.022 8 /a,水资源安全状况趋于好转,并且与因子分析对比结果基本一致;但各子系统时序变化差异较大,途径和能力子系统分值逐年上升,资源和环境子系统分值比早年有所下降,该阶段的效率子系统分值变化不大;因素评判结果显示,途径因素和能力因素随着时间推移而不断提高,从劣等因素变为优等因素,但资源和环境因素却逐渐演变为重庆市水资源安全的劣等因素,效率因素降为中等因素。未来重庆市水资源安全存在一定风险,需加强水资源管理和水环境改善,提高公民节水意识来加以防范。
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  防蒸发浮板覆盖平原水库节水效率研究

  张晓浩,侍克斌,严新军,张林林

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 6-10. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150108

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  内陆干旱区降水稀少,蒸发强烈,为了减少内陆干旱区平原水库的无效蒸发,提高水库的利用率,缓解水资源紧张,进行了塑料空心板覆盖水库水面的试验。通过隔断水面与外界环境的接触,从而抑制水面蒸发。塑料空心板的湿润面积由3部分组成风浪打湿的面积、板与板之间碰撞挤出的水形成的湿润面积、板与坝坡碰撞挤出的水形成的湿润面积。应用统计学原理,依据现场试验的实测数据,计算在不同气象条件下浮板的湿润面积,统计一个完整的非冰冻期资料;得出不同风速出现的概率及防蒸发系数,计算防蒸发量;对比分析不同面积下防蒸发浮板覆盖水库水面的节水效率。结果表明现场3个方案试验的节水效率分别为55.38%,65.97%,80.10%,浮板面积越大节水效率越高,板的节水效果和试验布置方式有关,将浮板布置在围栏之内,最大可提高节水效率1.45%;将浮板做成整体时节水效率提高较为明显,最大可提高17.68%。
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  纳滤、反渗透工艺深度处理饮用水研究

  何 忠,王志良,杨绍贵,孙 成

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 11-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20141075

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  利用纳滤和反渗透膜深度处理工艺进行长江原水水质净化中试研究,工艺流程为长江原水→混凝沉淀→沙滤→颗粒活性炭→纳滤/反渗透,比较纳滤、反渗透膜工艺对污染物特别是微量有机物苯系物、三氯乙烯及消毒副产物等的去除效果。结果表明膜工艺预处理能够有效地去除原水的浊度和部分污染物,有利于纳滤、反渗透的稳定运行。纳滤膜工艺的最佳操作压力是0.4 MPa,此压力下产水量为250 L/h,回收率为24%,SO₄^2-,Cl^-,NO₃^-和总硬度的去除率分别为91.7%,85.4%,85.2%,89.3%;采用浓缩水回流能兼顾较高的回收率和良好的去除率。2种膜工艺对苯系物与三氯乙烯的去除率均在95.7%以上;对消毒副产物也有较好的控制效果,其中大部分的削减率在63.7%以上。与反渗透膜工艺比较,纳滤膜工艺具有较低的生产成本。纳滤膜工艺净化出水中可部分保留对人体有益的矿物质,使得净化后的出水成为优质健康饮用水。
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  土壤水入渗补给数值模拟——以河北栾城为例

  吴庆华,王贵玲,张家发,朱国胜,张 薇

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 16-21. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150012

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  由于通过短时间尺度的土壤水动态监测数据难以准确获得土壤水入渗补给的规律,因此在中国地质科学院栾城试验场开展了长时间尺度(5 a)的土壤水动态监测试验,监测深度为340 cm。利用Hydrus-1D软件的双渗透(基质流区和大孔隙流区)模型进行数值模拟,并采用最小函数法对模型进行参数反演。为克服地表复杂的气象条件可能给模拟结果带来较大误差,选取140 cm深度为模型上边界。研究结果表明,基质流区(m)和大孔隙流区(F)土壤水动力特征参数n_m,n_F,α_m和α_F,大孔隙流区饱和导水系数K_sF对模型入渗补给量的灵敏性最高,并被选取为模型反演参数。 总体上,土壤体积含水量的模拟值能较好地拟合其实测值,其决定系数为0.78。地下水入渗补给速率具有年际变化特征,但在年内具有明显的季节性,即在雨季达到最大,然后缓慢减小。年均入渗补给速率为220 mm/a,其中由优先流引起的入渗补给量为211 mm/a,这表明地下水入渗补给以优先流为主。该研究成果可提高对地下水入渗补给规律的认识,同时可为地下水资源评价与农业节水管理等提供参考。
水土保持与生态建设
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  三峡库区龙河流域降雨侵蚀力的时空分布特征

  刘惠英,王永文,张平仓

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 22-26. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150005

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  为详细研究三峡库区龙河流域降雨侵蚀力的时空分布特征,根据流域及其周边共12个雨量站连续41 a(1970—2010年)的日降雨资料,按照降雨侵蚀力简易模型,对龙河流域降雨侵蚀力年内分配和年际变化规律进行了计算和分析。研究表明龙河流域多年侵蚀力变化范围为2 031.47~10 927.57 MJ·mm/(hm²·h),多年均值为4 662.00 MJ·mm/(hm²·h);流域年降雨侵蚀力总体趋势为由东北向西南递减,侵蚀力高值区在黄水和悦来场一带,低值区位于廖家坝站附近。流域年降雨和年降雨侵蚀力年内分布较集中,汛期降雨、汛期降雨侵蚀力分别占全年比重的78.43%和78.56%;流域侵蚀力分布最集中时段为5—7月份。龙河流域4站M-K统计值Z值均>0,其降雨侵蚀力为增加趋势;其余3站Z值均<0,其降雨侵蚀力为减小趋势;但所有站点的Z值都没有通过α=0.05的显著性水平检验。1970—2010年间,对整个流域而言,降雨侵蚀力减小趋势不显著,降雨量增加趋势不显著。
防洪减灾
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  江苏省暴雨洪涝灾害的暴露度和脆弱性   时空演变特征

  王豫燕,王艳君,姜 彤

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 27-32. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150291

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  以江苏省为研究区域,利用1984—2011年的江苏省暴雨洪涝灾害的灾情数据和社会经济数据,从灾害发生的暴露范围、人口暴露度和农作物暴露度3个方面分析灾害的暴露度特征,从人口脆弱性、农作物脆弱性和经济脆弱性3个方面分析灾害的脆弱性特征。研究表明1984—2011年,江苏省暴雨洪涝灾害多年平均暴露面积、人口暴露度、农作物暴露度分别为2.8万km²、227.5万人、4 484.3 km²;暴露面积及人口暴露度呈现增加趋势,农作物暴露度先升高后降低;高暴露区域主要分布在长江、淮河流域水系沿岸及沿海区域县(市、区);江苏省暴雨洪涝灾害多年平均人口脆弱性、农作物脆弱性、经济脆弱性分别为0.05%,35.3%,0.63%,人口脆弱性平均水平较低,年代际间呈现下降趋势;农作物脆弱性呈增加趋势;经济脆弱性先增加后降低。
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  基于决策者偏好DE算法的模糊聚类迭代洪灾评估方法

  何耀耀,宋晓晨,廖 力

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 33-38. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20141073

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  权重的选择是各种洪水灾害评估模型中的一个关键而又难以确定的问题。根据现有主观赋权法和客观赋权法的特点,在差分进化(DE)算法的基础上,引入决策者偏好过滤掉不满足条件的个体,通过优化考虑决策者偏好的模糊聚类迭代模型获得洪灾样本的指标权重向量,结合洪灾损失样本特征值矩阵得出各样本的灾情综合评价值;然后依据灾情综合评价值与聚类矩阵求出各等级的特征值,并依此自动识别聚类矩阵中各行的类别属性;最后依据识别出的类别属性和各样本的灾情综合评价值,对洪灾样本在不同的决策者偏好下进行等级划分和灾情排序。以2013年四川省和1996年新疆的洪灾样本为例进行仿真试验,实现了不同决策者偏好下的洪灾等级评估,并为水利部门选择偏好类型提供了参考性建议。
野外科学考察与观测
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  三江源区岩体冻融风化特征及影响主因分析

  卢 阳,邬爱清,徐 平

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 39-45. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150645

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  为探索三江源区岩体冻融风化特征及规律,明确主控因子对岩体冻融损伤裂化过程的影响,在野外科学考察基础上,结合航拍影像,通过开展岩石切片观察和岩石物理指标测试,总结了源区岩体冻融风化特征,归纳了岩体冻融破坏过程,分析了主控因子对岩体冻融损伤劣化过程的影响,得出以下结论①岩体冻融风化强度具有垂直分带性、纬度坡降性和水平方向性3个基本特征;②岩体呈明显的“立体状”冻融风化特点,且不同岩性岩体冻融风化所产生的碎屑坡形态和碎屑形态差异明显;③岩性对岩体抗冻融风化性起着至关重要的作用,孔隙和孔隙水是影响岩体冻融风化过程的2个基本条件,而冻融循环次数则对岩体冻融损伤劣化过程起着决定性作用。
工程安全与灾害防治
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  二滩拱坝无应力计异常测值的修正方法研究

  王志远,沈 慧,闵四海,宋明富

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 46-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150692

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  2009年,在小湾拱坝的安全监测中首次发现,部分无应力计的工作性态出现异常, 其测值反映的不全是坝体的自由变形,从而严重影响了应变观测成果的可靠性。针对无应力计的异常测值,从研究自生体积变形变化规律着手,结合统计分析方法,提出了判别异常数据的依据、标准和方法,建立了无应力计异常测值的修正方法,并对二滩拱坝部分无应力计观测成果进行了鉴别和修正处理。研究表明,提出的修正方法是有效的,修正后的成果反映了二滩坝体的实际应变。
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  基于分形理论的隧道地表沉降分析及预测

  左昌群,刘代国,丁少林,李林森

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 51-56. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150074

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  隧道地表沉降变形时间序列是具有分形特征的非线性体系,以狮子山隧道地表沉降监测为研究对象,基于分形理论,使用R/S分析法和V/S分析法计算了累计沉降和沉降速率时间序列的Hurst指数,并评价了地表沉降的稳定性,结合V统计量评价了这2种分析方法的有效性和地表变形的非循环周期;最后,使用分形插值函数与回归函数对地表沉降值进行了预测评价。结果表明,R/S分析法和V/S分析法对分析地表沉降时间序列具有较好的有效性,R/S分析法受短期记忆影响大,计算结果偏于安全,而 V/S分析法评价地表变形稳定性更加保守,3个监测点将长期处于稳定状态,且其时间序列的非循环周期约为20 d。使用分形插值得到的预测值与实测值间误差较小,且能正确反映变形演化趋势,较传统的回归分析优越,可以为地表沉降预测提供一种参考。
岩土工程
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  三轴固结排水试验中偏应力计算取值的探讨

  徐志华,张国栋,孙大伟,孙钱程

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 57-60. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150016

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  在三轴固结排水试验中,偏应力大小的求解过程是基于试样始终是等体积圆柱体的假定来进行推导的,该假定认为在整个试验过程中,试样任意横截面的面积相等。但是在试验过程中,由于端部效应的存在,使得试样在轴向加载的过程中逐渐变成了鼓形,这与偏应力的计算假定不符。为了计算三轴试验中鼓形试样受偏应力的大小,进行了一系列固结排水三轴试验,并根据试样的实际变形情况对试样所受的偏应力进行了重新推导。结果表明按照实际变形情况推导出的偏应力计算公式与规范采用公式不同,根据推导公式计算的偏应力值在一个范围内变化,其最小值较规范值小,最大值较规范值大;通过计算坝体沉降量从坝体安全的角度给出了粗粒土三轴固结排水试验强度计算时偏应力的推荐值。
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  武汉市区土动力学参数统计分析

  邢立辉,陈蜀俊,李 恒,李井冈

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 61-66. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20140907

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  为探究武汉市区土体动力学参数特性,收集了武汉市区146个工程场地353个钻孔的资料,并结合在武汉地震工程研究院有限公司进行的土体动三轴试验结果,整理出武汉市区530组土样的动力学数据。筛选后,根据武汉市区土体性质及土层深度分布的具体情况进行分组,以统计均值的形式给出武汉市区6种典型土体在不同埋深下动剪切模量比G/G_max和阻尼比λ的参考值,并以粉质黏土、黏土及淤泥质土为例,以拟合曲线的形式给出G/G_max,λ随剪应变γ变化的平均曲线。通过与规范值、行业推荐值对比,得出武汉市区土体动剪切模量比受埋深影响相对较小,接近于行业推荐值,而阻尼比与规范值、行业推荐值相比大小关系不固定等结论。该结果可供武汉市区地震安全性评价工作和岩土地震工程应用参考使用。
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  综合地球物理测井技术在滇中引水隧洞工程勘察中的应用

  付代光,周黎明,肖国强,王法刚

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 67-70. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150057

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  为判定滇中引水隧洞工程勘察钻孔内岩体完整性,采用将声波测井与钻孔成像相结合的综合地球物理测井技术对钻孔情况进行综合分析判断。阐述了声波测井与钻孔成像测井的方法原理及特点,根据钻孔ZGZK2和XLZK7的声波测井曲线的波速跳跃剧烈程度和钻孔成像的节理裂隙发育特性(方位、倾角和发育密度等)等信息,给出了钻孔内较为准确可靠的岩体完整情况。针对2种测井方法对判定岩体完整性提供参数的侧重点不同,对比分析了声波测井与钻孔成像测试结果对判定节理裂隙发育程度的差异,通过对比分析有助于提高单一测井方法对钻孔内岩体地质情况判定的全面性和精确性,实践证明综合地球物理测井技术在进行深部岩体勘察具有很好的效果,可为指导工程施工提供依据。
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  含裂隙类岩试样破坏行为的宏细观数值分析

  康石磊,阳军生,杨 峰

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 71-77. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150678

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  为了获得单轴荷载下裂隙岩体的裂纹扩展过程及接触力变化的规律,以石膏为相似材料制作含有2种倾角组合的裂隙试样,在刚性试验机上进行单轴条件下的破坏试验,记录裂隙试样的破裂过程。采用离散元软件PFC^2D建立数值分析模型,通过校核试验数据确定细观参数值,从宏观和细观两方面分析裂隙试样在压缩过程中微裂隙增长与轴向应力关系、接触力变化与裂纹的产生和扩展的关系,进行裂纹扩展的数值模拟和室内试验对比。结果表明颗粒间接触力分布随压缩而变得不均匀,主要集中在裂隙的端部,进而产生微裂隙,微裂隙聚集形成宏观裂纹;微裂隙数量在峰值轴向应力之前增加较缓慢,在峰值轴向应力之后迅速增加,微裂隙的增长与应力增长有一定关系;峰值轴向应力之前,观察到轴向应力暂停增加或略微下降,但微裂隙数量持续增加现象,该现象与裂纹扩展有关;用颗粒流程序能较好地分析加载过程试样内细观变化和裂纹的扩展,与试验现象吻合较好。
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  不同应力路径下饱和粉土强度与变形特性试验研究

  秦鹏飞,谢晓杰,马玉林

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 78-80. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150073

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  为了模拟地下工程施工过程中不同位置处受扰动土体实际的应力和变形状态,探讨不同应力路径条件下土体的强度和变形破坏特性,共进行了4组试验,分别为常规三轴压缩试验、等 P 压缩试验、等压固结减压压缩试验和偏压固结减压压缩试验。试验结果表明在不同的剪切路径下土体表现出不同的强度与变形特征,即在常规压缩条件下强度最高,减压压缩条件下的强度最低。而且,常规三轴压缩、等P压缩和减压压缩这3种剪切方式下土体均没有出现应变软化现象。试验结果所揭示的规律可为现场施工提供科学有益的指导。
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  三种Mohr强度准则的对比分析

  熊良宵,虞利军

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 81-85. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150119

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  简述了Mohr-Coulomb强度准则、抛物线型Mohr强度准则和双曲线型Mohr强度准则,并采用3种高应力下岩石的真三轴试验结果对这3种强度准则进行对比分析。研究结果表明在高应力条件下,硬岩的试验值与Mohr-Coulomb强度准则和双曲线型Mohr强度准则的预测值均比较接近。Mohr-Coulomb强度准则是线性强度准则,双曲线型Mohr-Coulomb强度准则是非线性强度准则,因此,可认为双曲线型Mohr强度准则更适合用于描述高应力条件下岩石的强度变形特征。
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  库水位升降对堆石坝心墙的水平变形影响分析

  赵博超,殷 旗,邓 刚,汪小刚

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 86-90. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150060

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  为研究库水位升降对堆石坝心墙的水平变形影响,将土石坝心墙类比为竖直悬臂梁,上游侧受到上游坝壳不均匀的分布土压力和随时间变化的水压力,下游侧也同理受到下游坝壳相应土压力和水压力。研究表明库水位上涨导致心墙发生向下游转动趋势,上游土压力逐渐减小,下游土压力逐渐增大,当二者分别达到主动土压力和被动土压力的极限状态时,土体即将产生滑动,定义此时的心墙挠度为理论心墙稳定挠度f_s;若心墙实际水平位移量大于f_s,则可以大致判定心墙两侧土体发生了相对滑动,可能导致产生局部纵向裂缝趋势。假设土石坝加固工程中采用的混凝土防渗墙的工况和条件类似,研究成果可直接应用于水平变形量计算并简单评估安全性。
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  武汉后湖地区土层剪切波速与深度的关系

  林亚洲,王秋良,李井冈,廖武林,张丽芬

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 91-94. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20140888

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  基于对武汉后湖地区78个地震安全性评价钻孔地层资料及实测剪切波速数据的分析,根据岩土类型和物理状态将岩土体分为11个组别,并运用线性关系、二次多项式关系、幂函数关系等3种经验公式,分别对各土层的剪切波速(V_s)与深度(H)的关系进行回归分析。得到了武汉后湖地区各土层的回归关系式和相关系数,并分析了导致土层拟合优度差异的原因。结果表明,黏土层(可塑-硬塑)、粉砂质黏土层(稍密、中密-密实)、粉细砂层(稍密、中密-密实)等土层拟合优度较高,相关系数范围为0.71~0.95,可供该地区无波速测试的场地参考使用。
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  夹泥灌注桩的光纤传感检测模型试验

  范 萌,雷文凯,肖衡林,刘永莉

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 95-98. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150095

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  为了进一步提高灌注桩基检测水平,介绍基于分布式光纤传感技术的监测原理并设计相关的试验模型,制作含泥量分别为0, 33.3%, 50%, 66.7%, 100%的5种夹泥桩,对不同夹泥桩的光纤温升进行测量,分析不同夹泥桩中光纤温升规律,研究加热功率大小对光纤温升的影响及含泥量对光纤温升的影响。分析结果表明温升与加热功率具有良好的线性关系;光纤温升随含泥量增加而增加,呈现先缓后快的增加规律;光纤温升与其所处桩身介质的结构和导热系数密切相关;该模型试验验证了分布式光纤传感技术用于夹泥灌注桩完整性检测的可行性,也可为基于该技术桩基检测的理论完善提供参考。
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  饱和中密砂地基中浅基础承载力与变形特性模型试验研究

  罗 强,王志云

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 99-104. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150007

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  采用土工鼓式离心模型试验技术,针对饱和中密砂地基的荷载-位移关系、地基承载力系数与基础宽度的关系以及基础尺寸效应等问题进行了研究,对离心模型试验结果的分析方法进行了改进。研究结果表明在有基础埋深情况下,当砂土相对密实度增加时,竖向荷载-位移曲线的斜率在V/D=0.15以后的变化趋势比较明显;随着基础宽度的增加,竖向荷载-位移曲线的初始斜率逐渐增加;将确定地基承载力特征值时所采用的V/D设定在0.015~0.05的范围内时,试验得到的承载力系数N_γ与承载力公式的结果比较接近;当基础宽度>2.0 m时,承载力系数的基础尺寸效应随着地基相对密度的增加而逐渐明显。
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  不同超挖厚度对围护结构及周边环境的影响

  汤 瑞,王 强,过 令,宫保聚

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 105-110. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20140879

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  为了深入研究基坑开挖过程中超挖厚度的不同对基坑围护结构的内力和位移及周边环境的影响,运用岩土有限元软件Midas GTS模拟了在不同超挖厚度下深基坑开挖过程,从而得到在不同超挖厚度下基坑围护结构内力、变形及地表沉降的分布规律。计算和分析结果表明超挖厚度对基坑围护结构的内力和位移及地表沉降产生了较大影响,尤其是围护结构水平位移及地表沉降;在超挖的影响下桩和锚索不能同时起到维护的作用,使得超挖下桩后土体变形较大,基坑的稳定性处于不利的状态。研究结果将有助于提高深基坑设计水平,为类似工程的设计、施工和研究提供必要参考。
水工结构与材料
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  量子遗传算法在混凝土重力坝综合弹性模量反演中的应用

  曹明杰,曹 鑫,徐政治

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 111-114. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20140916

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  复杂运行条件下水工建筑物结构物理力学参数往往会随着服役时间的增长发生变异,及时了解更新这些参数对于掌握水工建筑物工作性态,指导水工建筑物安全监控具有十分重要的意义。基于量子遗传算法QGA建立坝体有限元力学参数反演模型,通过MATLAB编程建立有限元软件命令调用接口,利用工程实测值与有限元计算结果建立目标适应度函数,并通过量子遗传算法智能寻优,实现水工建筑物结构参数反演。为验证本算法的有效性,特以混凝土重力坝为例对坝体及基岩综合弹性模量进行反演分析,并与传统遗传算法反演结果进行对比,结果表明本算法反演精度及运行速度均较高于传统遗传算法,具有一定的科学和实践应用价值。
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  大坝与抗力山体联合抗滑计算方法的初步探讨

  彭文明

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 115-119. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150101

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  与抗力山体联合作用是大坝抗滑稳定常用的措施,但由于受力复杂,通常采用有限元等方法进行安全评价。出于工程实用的需要,采用材料力学方法对大坝与下游抗力山体联合作用的受力状况进行分析,并以重力坝坝基刚体极限平衡抗滑稳定求解方法为基础,提出坝基抗滑稳定计算简易方法,并推导出相关公式。通过与有限元分析方法进行对比分析,认为材料力学方法的基本假定较为合理。结合典型算例和工程实例,进行抗滑稳定计算。结果表明对于该工程实例,在正常工况下,不考虑下游山体的抵抗作用及考虑该作用时,坝体抗滑稳定系数分别为2.97和4.87; 在地震工况下,这2个抗滑稳定系数分别2.24和3.89; 考虑抗力山体作用后,2种工况安全系数均大幅度提高。作为一种探索复杂受力状况下坝基稳定问题的方法,其物理力学意义清晰,计算过程简便,对于解决工程实际问题具有便捷性和实用性,其求解思路也可供其它类似工程的大坝抗滑稳定计算参考。
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  深厚覆盖层土石围堰防渗墙结构设计研究

  张 飞,卢晓春,陈博夫,陈 波

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 120-124. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150048

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  防渗墙良好的工作性态是深厚覆盖层土石围堰正常运行的重要保障,为弄清不同材料、不同设置位置、不同结构型式防渗墙在深厚覆盖层条件下的工作性态,给在该种环境下防渗墙的结构设计提供参考,以某实际工程为研究背景,采用有限单元法,借助ABAQUS大型商用有限元计算软件,对该工程防渗墙的各种方案进行结构计算,得出了不同方案条件下防渗墙的应力、位移变形等规律。根据计算得出的规律从定性与定量2个方面对该工程防渗墙的设计方案进行了优化选择,研究表明采用塑性混凝土防渗墙优于刚性混凝土防渗墙,前者与围堰的变形更协调,更有利于围堰的安全;防渗墙的设置位置对围堰自身的应力、位移变形影响较大,防渗墙设置离上游堰脚1/3堰底宽度的地方优于将防渗墙设置在堰轴线的地方;当一道防渗墙不能满足设计要求,可以考虑采用双防渗墙的结构型式,这种结构型式能大幅度提高围堰的安全裕度。
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  水利工程防生物污损涂层材料研究进展

  李嘉祥,汪在芹,陈 亮,梁 慧

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 125-130. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150796

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  为了减轻生物污损问题给水利工程安全带来的严重威胁,国内外目前主要采用4种方法进行治理人工或机械刮除、涂刷防污涂料、药剂灭杀和经济性鱼类的投放。其中防污涂料具有较好的发展前景。综述了多种新型防污涂料的最新成果、防污机理及其优缺点,重点介绍了以有机硅和氟化物系列为代表的环境友好型污损释放涂料,并指出未来防生物污损涂层材料的研究方向提高粘液污损的释放效率和在静止以及低速水流条件下的污损释放能力;针对水利工程的具体问题并根据其水域出现的生物污损的种类进行研发。
仪器设备与测试技术
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  河工模型试验目标水位突降时尾门水位的控制

  杜剑锋,马志敏,范北林

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 131-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20150226

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  针对河工模型试验过程中目标水位下降幅度过大时可能造成尾门开启过度、流速急剧增加,从而导致动床地形冲毁的现象,提出了一种尾门平稳过渡控制的方法。即在试验开始阶段,停止尾门调节器PID(proportion-integration-differentiation)控制模式,采用逐步开启尾门,直至模型水位接近目标水位后再自动转入PID调节模式。在试验过程中,目标水位降幅超过设定的正常幅度后,调节器自动将目标水位变化分解为按阶梯逐步下降的过程,阶梯的幅度和持续时间可以根据实际模型事先整定。将新方法应用到长江防洪模型供水系统,并嵌入到尾门PID调节系统中。试验表明采用这些方法后,能有效抑制目标水位降幅过大时造成尾门的超调,保证了尾门水位的平稳过渡,并且有效提高了尾门控制的平稳性和试验系统的可靠性;新方法使得水位调节平衡的时间有所增加,应根据模型的特性,选择适当的控制参数。
第八届全国水利工程渗流学术研讨会专栏
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  平原水库土工膜防渗特性分析

  李传奇,李超超,王 帅,王 静

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 135-139. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20151074

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  复合土工膜防渗措施是解决平原水库渗漏问题的有效手段。为了研究平原水库土工膜防渗特性,以山东省清源湖水库为例,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,建立了基于饱和-非饱和渗流微分方程的土工膜防渗围坝渗流有限元分析模型,并将计算结果与实测数据进行了对比。研究表明铺设土工膜防渗后,非饱和区域显著增加,忽略非饱和区域会使得渗漏量计算值偏小、浸润线及溢出点高度计算值偏低,令设计者低估渗漏的严重程度,不利于坝体的渗流稳定;土工膜缺陷因素(如缺陷的位置、尺寸、数目及与其下垫层的接触情况)对渗漏量和围坝浸润线亦有较大影响;土工膜缺陷及土工膜与下垫层的接触情况主要取决于施工质量,在施工期对土工膜缺陷进行严格控制,可有效减少渗漏量,对平原水库的安全运行具有十分重要的意义。
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  顺坡渗流联合坡面加载的坡积土模型试验分析

  苏 洁,周 成,朱宝强,周宏伟

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 140-143. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20151062

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  针对常规土工模型试验只能满足几何相似而不能满足应力相似的问题,提出了利用顺坡渗流力和坡面法向加载产生的法向应力以满足坡积土模型试验中自重应力相似的一种模型试验方法。对于很小厚度的坡积土模型,通过施加顺坡向渗流力满足切向应力的近似等效,施加垂直坡面荷载实现法向附加应力的近似等效,从而通过切向和法向应力的叠加来满足坡积土模型和现场原型边坡的自重应力相似。通过数值分析比较了厚为30 cm坡积土模型与厚为3 m坡积土原型。计算结果表明模型和原型的应力相似;模型和原型中的最大剪应变和剪应力水平在坡积体中的分布情况相似,数值误差在10%以内;数值分析结果验证了所建议方法的合理性和可行性。
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  大坝心墙料分散性及处理措施试验研究

  陈劲松,顾缬琴,盛小涛, 定培中

  长江科学院院报. 2016, 33(4): 144-147. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20151069

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  分散性黏土是一种特殊土,具有易被水冲蚀的特性。随着国内外土石坝发展迅速,心墙土的选择范围也不断扩大,能否选用分散性黏土作为心墙填料以及分散性黏土在反滤层保护下防渗效果如何,是工程设计中十分关心的问题。针对某水利枢纽2个料场的心墙料取样开展了与分散性有关的试验研究,通过针孔、碎块、孔隙水溶液及双比重计4种室内试验鉴定方法对心墙料的分散性进行判定。对分散性心墙料掺加不同比例的水泥或生石灰进行了改性,并对改性前后的心墙料渗透特性和反滤保护措施效果进行对比研究。试验成果表明料场的部分心墙料具有分散性;2个料场的土料在水泥掺量3%或者生石灰掺量3%～5%的情况下,基本可以消除土料的分散性;经过掺水泥或石灰等方式改性的心墙料比未掺改性材料的心墙料能承受的水力比降更高;在合适的反滤料保护下,分散性黏土能承受较高的水力比降,在裂缝等不利情况下有良好的自愈能力。