2018年, 第35卷, 第2期　
刊出日期：2018-02-01

  

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  长江科学院院报. 2018, 35(2): 0-0.

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专家特约稿
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  1-7河流泥沙10组分界粒径述评

  董耀华

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170999

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  从分界理论和分界阈值等方面,对泥沙分类、球体泥沙沉速、单矿质泥沙、黏粒溶胶、泥沙絮凝、泥沙触变、淤积初始干密度、沙波初始形态、推移质悬移质、床沙质冲泻质等冲积河流泥沙10组分界粒径(分界阈值上界为2.0 mm、下界为0.001 mm)进行了概述,给出了10组分界粒径的特性表和“谱系表”。10组分界粒径的本质核心是粗沙与细沙的划分;基于属性分类方法,10组分界粒径可划分为主要基于泥沙特性(第Ⅰ类),依赖于泥沙与水流两者特性(第Ⅱ类),依赖于泥沙、水流和河床演变三者特性(第Ⅲ类)3种类型;基于确定性分类方法,又可划分为分界意义明确和分界阈值确定(A类)、分界意义明确性较差或者分界阈值确定性较弱(C类)、介于两者之间(B类)3种类型。归纳提出了粗沙与细沙分界粒径、分界粒径与临界流速、泥沙沉速与起动流速等有关河流泥沙分界粒径的讨论问题和研究课题。研究成果提升了河流泥沙分界粒径的系统性和重要性,建立了泥沙“微观”特性与河流“宏观”特性之间的联系。
江湖泥沙与治理
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  1982—2014年汀江流域长汀段水沙演变规律分析

  王振平,汪小钦,林敬兰,陈善沐

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 8-12. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20160966

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  为掌握气候变化和人类活动干扰条件下汀江流域的水沙演变规律,基于汀江流域长汀段1982—2014年实测水沙资料,运用累积距平法和Morlet小波变换分析了该流域的水沙变化特性。结果表明:径流量和输沙率年内分配都不均匀,径流量主要集中在3—6月份,输沙率主要集中在3—6月份及8月份;径流量和输沙率在1982—2014年的时间序列上发生2次突变,突变拐点为1991年和2000年,1982—1991年为水沙减少的阶段,1992—2000年为水沙增多的阶段,2001—2014年又为水沙减少的阶段;径流量和输沙率在1982—2014年的时间序列上均表现出显著的周期性,径流量的第一主周期为44月,输沙率的第一主周期是18月。研究结果可为汀江流域水资源的合理开发利用和管理提供科学依据。
水资源与环境
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  农村小型水库功能退化分析及恢复对策

  汤显强,郭伟杰,吴 敏,黎 睿

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 13-17. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20160993

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  小型水库占我国水库总数96%以上,在地方防汛、灌溉、供水和养殖等方面地位重要且不可替代。因财政投入不足和疏于管护,农村小型水库功能快速退化,总体表现出淤积渗漏严重,蓄水能力低下;水质备受氮磷等营养物质污染,富营养化现象突出;水库出租养鱼后功能单一等特点。针对小型水库功能萎缩与退化的现状,从加强水文、水资源、水质等基础数据调查,依据供用水情况明确小型水库的核心功能及恢复目标,严控泥沙淤积与恢复兴利库容,污染阻控削减和增加水环境容量,发展生态养殖和防治生态过载以及鼓励投入与科学监管维护等方面提出了对策及建议,以期为农村小型水库水资源高效储蓄与可持续利用提供科学依据。
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  哈什河径流趋势预测及周期分析

  张亚璇,雷晓云,姜泉泉,马志贵,张 衡

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 18-22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161063

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  为指导伊犁河流域水资源的合理开发利用、流域梯级水电站群联合优化调度以及洪水资源利用,揭示伊犁河源流的径流演变规律,以哈什河为例,依据托海水文站1958—2015年近58 a的天然径流实测数据,采用累积距平法、Mann-Kendall相关检验法、功率谱分析和小波分析法研究天然径流量的趋势走向、突变特性及周期性。结果表明:①近58 a来年径流量总体呈现略微增长的趋势;②近58 a来年径流量在1968—1974年和1998—2010年为径流量增大的阶段,1975—1997年和2011—2014年为径流量减少阶段;③年径流量在1968年和2014年发生由少到多的突变;在1980年发生由多到少的突变;④年径流量存在3类周期变化,即3~5,9~12,17~19 a,主周期为4,11,19 a。研究分析结果可指导哈什河流域的水资源开发和梯级水电站群联合优化调度。
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  不同频率与多年平均农田单位灌溉面积用水量折算方法研究

  童 坤,耿雷华

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 23-27. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20160914

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  随着降水量的变化,农业用水量变化差异较大,而如何确定不同降水频率之间农业用水量的关系一直是难点之一。结合降水及单位灌溉面积用水量的实际数据,将全国划分6个区,计算出各个区域农田单位灌溉面积用水量不同频率与多年平均相对应的调节系数。选取江苏省作为案例进行应用,根据江苏省的农业发展、现状水资源概况确定农田单位灌溉面积用水量不同频率与多年平均的调节系数,其中降水频率70%~80%时的调节系数最大,为1.12;95%下的调节系数最小,为0.81;结合相关规划预测2020年降水频率75%下农田单位灌溉面积用水量7 210 m³/ hm²,95%下农田单位灌溉面积用水量5 197 m³/ hm²。研究成果可为不同水平年农业用水的计算提供参考依据。
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  基于Logistic回归模型的张掖市水资源供需风险研究

  姚 雪,尚明瑞

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 28-32. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161084

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  为缓解张掖市水资源供需矛盾,并为水资源科学管理提供决策依据,收集张掖市2006—2015年水资源相关数据,并选取张掖市供水量、需水量和缺水量3个变量,运用Logistic回归模型,得出张掖市水资源供需风险率及其影响程度;使用谱系聚类法评价其风险率并确定风险等级,最后得出张掖市在2种水平年可能存在的供需风险程度。结果表明:近10 a来,张掖市水资源均存在供需不平衡、供需矛盾的问题;张掖市未来经济发展与当地水资源供需状况有关,而供需风险的高低与供水保证率有直接关系。建议张掖市政府实行多措并举来保证水资源供应量充足,使得供需风险处于低风险。
防洪减灾
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  天津蓟县泥石流区域预报模型

  李大鸣,姚志帆, 刘训平,陈 硕,张弘强,卜世龙,熊明明

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 33-37. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161162

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  为了对天津蓟县泥石流区域进行预报,以天津蓟县部分乡镇作为研究区域,并进行网格自动划分,得到了网格的节点-单元-通道信息。通过分析泥石流形成条件选取了泥石流发生频率、24 h雨量、1 h雨量、地质岩性、平均坡度、植被覆盖类型、人口密度7个危险因子,并应用模糊赋权法计算各个危险因子权重,从而建立了泥石流区域预报模型,最后根据计算出的各个网格危险等级对2012年在蓟县双安地区发生的泥石流进行了模拟。结果表明:北部山区泥石流危险度R_d在0.4~0.8之间,属于中度、高度危度险区,双安泥石流灾害点处于高度危险区内,模拟结果与实际情况一致。由此可见该模型具有一定可靠性,可以用于天津蓟县北部山区泥石流的预报。
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  城市地下空间地面洪水侵入成因和特征分析

  陈 峰,刘曙光, 刘微微

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 38-43. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20160996

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  解构地面洪水侵入地下空间的灾害因素,从内、外部环境2个维度,分析地面洪水侵入成因和特征,探寻浸水规律和防止机制。研究表明:外部防汛环境的脆弱性是导致地面洪水侵入地下空间的首要因素;地下空间自身具备的防御措施和能力与灾害损失密切相关;地面洪水侵入路径和方式多样,不确定性因素多,且水力特征复杂,没有确定的统一规律可循,对于重要、大型的地下空间应通过采用数值模拟与物理模型相结合的研究手段拟定防御浸水对策和措施;排水系统布置需建立在水流特性分析基础上,且排水设施尽可能布置在水流沿程路径上,靠近洪水易侵入部位规模宜大,数量宜多。研究成果可为科学合理地采用相应的防洪对策和措施提供理论依据。
工程安全与灾害防治
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  白龙江甘家沟泥石流过坝堆积物力学性能分析

  袁 东,柳金峰,游 勇,刘道川,孙 昊,张 莉

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 44-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161178

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  白龙江流域是我国泥石流危害最严重的地区之一,泥石流沟分布密度和泥石流发生频率居全国首位,尽管多次治理,但仍然造成了大量的人员伤亡和财产损失。以甘家沟为研究对象,通过野外实地调查,在分析防治工程现状的基础上,通过颗分试验、流变试验和直剪试验,对比分析了坝上游和坝下游泥石流堆积物的颗粒级配变化情况、浆体流变特性与抗剪强度等性能指标。结果显示:实体拦砂坝存在调节泥石流颗粒粒径作用,但调节效果不显著;拦砂坝的拦挡作用会改变泥石流的力学性能;粒径调节作用较显著的坝体,其坝下游堆积物浆体的剪切应力小于坝上游堆积物浆体的剪切应力,坝下游堆积物抗剪强度略大于坝上游堆积物抗剪强度;泥石流颗粒级配的差异是影响其流变特性与抗剪强度的重要原因。该研究结果对今后泥石流工程坝型选择与参数设计具有一定的参考意义。
农业水利
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  基于气温预报的HS公式短期逐日参考作物腾发量预报评价与分析

  付浩龙,罗玉峰,李亚龙

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 51-56. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20160868

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  为了开展基于气温预报Hargreaves-Samani(HS)公式短期逐日参考作物腾发量预报评价分析,收集南京站2002—2013年逐日观测气象数据和2012—2013年预见期7 d的逐日天气预报数据,采用FAO-56 Penman-Monteith(PM)公式及2002—2012年气象数据计算逐日ET₀(参考作物腾发量),并对Hargreaves-Samani(HS)公式参数进行率定。采用率定后的HS公式开展2012—2013年预见期7 d的ET₀预报,并对预报结果进行精度评价和敏感性分析,结果表明:最低温度预报准确率要高于最高温度;校正后的HS公式各相关统计指标较好,HS公式ET₀计算校正值与PM公式计算值总体上一致,校正后的HS公式精度得到提高;ET₀预报精度随预见期增加而下降,且基于最低温预报的ET₀预报精度要高于最高温度;ET₀预报误差对低温预报的敏感性要小于高温预报,ET₀预报误差对夏季温度预报误差敏感性最大,而对冬季温度预报误差敏感性最小。
水力学
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  旋流排螺装置内水流特性数值模拟

  王俊洲,闵凤阳,郝婕妤,范北林,王家生

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 57-61. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161086

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  旋流排螺装置借鉴旋流排沙的原理,通过装置内产生的螺旋流使水和钉螺分离。为了探明装置内水螺分离机理,必须研究其流场全面图景。采用雷诺应力模型(RSM),结合流体体积函数(VOF)方法对旋流排螺装置的水气两相流进行三维数值模拟研究,并分析研究二次流分布特性。计算的自由水面和三维流速分布均与试验结果吻合较好。计算结果表明:切向流速分布呈现强迫涡特征,流速随半径的减小而减小;隔板能够抑制边壁处向上运动的水流、减弱携钉螺溢出的二次环流,对钉螺的有效排除有着关键作用。研究成果可为控制涵闸渠道钉螺扩散,改进旋流排螺装置提供技术技撑。
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  鱼道紊流特性研究进展

  李甜畅,闫 滨

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 62-67. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170003

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  鱼道内的紊流特性对于鱼类能否顺利上溯洄游至关重要。为了解鱼道内的紊流状态,综述了丹尼尔式、竖缝式、组合式、涵洞式等鱼道内紊流流速、紊动能、紊流强度、雷诺剪切应力以及漩涡等紊流特性的研究进展,分析不同鱼道内紊流的分布规律及特点,指出鱼道中的紊流强度、紊动能等均会对鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大的影响。此外,目前国内对鱼道内漩涡紊流特性的研究较少,建议对其深入研究,以改善鱼道内水力条件,保证鱼道有效运行。
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  堆积体对河道横断面流速分布影响的试验研究

  张 婧,王 东,施浩然,刘晓庆,杨 耀

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 68-72. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161138

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  大型泥石流、滑坡等灾害引起的河道堆积体体型较大,会引起河道横断面流速分布的较大改变。为了研究堆积体对河道横断面流速分布的影响,拟通过10组缓坡和6组陡坡河道水槽试验,得出不同尺度堆积体在陡缓坡河道上引起的横断面流速不均匀性的沿程变化结果,并对动能修正系数α和流速横向分布的结果进行分析。结果表明:α的大小能够反映流速断面分布的均匀性,且堆积体的阻水率越大,流速分布的不均匀程度越高;对于缓坡河道,在堆积体河段的x/l=0.5处,流速分布的不均匀程度最大,下游需要较远的距离来消弥堆积体对流速横向分布的影响;对于陡坡河道,流速分布均匀程度的变化主要集中在堆积体河段,且α峰值明显低于缓坡,对上下游影响不大。
岩土工程
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  干湿交替条件下红土边坡破坏机理试验研究

  朱泽勇,贺桂成,李丰雄,王 昭

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 73-77. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161052

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  为了研究红土边坡在干湿交替条件下的破坏特征及其破坏机理,根据相似理论,建立了与工程边坡相似的模型边坡,采用测试元件,对试验边坡开展了长达一年半的监测,分析其在降雨、非降雨等干湿交替条件下边坡破坏特征及其破坏机理。研究结果表明:在非降雨条件下,试验边坡表面红土层裂缝的产生与其含水率有关,当其含水率低于27.5%时,其表面红土层开始产生裂缝,且裂缝数量和裂缝宽度随含水率的减小经历了缓慢增加、急剧增加和稳定发展的3个阶段;在干湿循环条件下,试验边坡表面红土层的裂缝经历了开裂、愈合、再开裂的循环过程,随降雨次数的增多,裂缝将沿边坡表面向其深部发展,且其宽度和深度也逐渐增加,地表水将沿裂缝深度方向渗流到边坡底部的红土层中,造成红土颗粒泥质化;在干湿交替作用一年半后,地表水将沿试验边坡2条垂直裂缝渗流到边坡底部的土体中,导致其由下往上逐层被软化崩解,最终形成导水通道,诱发边坡大规模滑坡。
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  基于AE统计模型的砂岩蠕变试验研究

  李 鹏

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 78-83. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161111

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  为分析水溶液对砂岩蠕变特性的影响,利用RLJW-2000岩石流变伺服仪对3种含水率下的砂岩进行了单轴长期力学行为研究,并利用PAC声发射(AE)监测仪对砂岩试验全过程进行声信号采集。试验结果表明:砂岩在长期荷载下,表现出应变硬化特征,有明显的蠕变稳态阶段,伴随加载的进行,蠕变速率随之增大;随着含水率的增加,相同应力等级下的蠕变速率随之增大。振铃计数率与蠕变速率具有相同的变化趋势,且累计振铃计数-时间曲线与应变-时间曲线两者走势基本相同。在假设试验材料服从Weibull统计分布的前提下,通过AE事件数表示岩石的损伤程度,推导出了基于AE事件点的损伤演化方程,相同应力水平下,高含水率砂岩内部损伤发展较低含水率快。比较蠕变曲线和损伤变量曲线的加速临界时间点,发现基于损伤变量得到的临界时间点相对蠕变加速时间点较为提前,说明利用声发射来预测蠕变破坏时间更为准确,这对于实际工程中的灾害防治工作有着重要作用。
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  基于LHS抽样RSM数据表的边坡可靠度研究

  孙开畅,尹志伟,李 权,刘林锋

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 84-88. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161106

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  为有效求解边坡可靠度,采用拉丁超立方(LHS)抽样提出了基于响应面法(RSM)数据表的边坡可靠度计算模型。考虑影响边坡稳定性的主要强度参数c,φ的不确定性,采用LHS抽样构建RSM随机样本点,借助岩土工程极限平衡的Slide程序获取样本响应值;通过将数据表法与RSM结合求解边坡可靠指标及失效概率。以Monte Carlo法计算结果作为可靠性分析的基准解,并与基本2层土坡模型和托巴110 kV施工变电站边坡计算结果进行对比分析,结果表明此方法不仅精度满足要求,且计算量较小、效率高,对实际工程边坡可靠度分析具有一定指导意义。
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  节理岩体隧洞开挖爆破损伤特性及爆破方案研究

  钟 权,冷振东,彭 峥,刘 放

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 89-94. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161040

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  隧洞爆破开挖不可避免地会对围岩造成损伤,影响围岩稳定。以玉瓦水电站引水隧洞的钻爆开挖为研究对象,基于三维动力有限元(LS-DYNA)软件,对隧洞围岩在爆破开挖过程中的损伤演化过程进行了模拟分析,重点研究了围岩节理面和开挖程序对爆破损伤演化特性的影响。结果表明:节理面的存在抑制了垂直于节理面方向上的爆破损伤而促进了平行于节理面方向上的损伤演化;爆破开挖程序、循环进尺和单响药量均对围岩损伤有显著影响,施工中采用分层开挖、减小开挖循环进尺、控制单响药量等措施,能够有效地抑制爆破损伤。研究结果对控制隧洞超挖及确保围岩稳定具有重要指导意义。
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  人工配制不同含砂率粉土性质研究

  白兰兰, 马文宁

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 95-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161046

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  通过人工配制不同含砂率粉土,分别对其进行击实试验(对击实后试样进行电镜扫描)、压缩试验、CBR(California Bearing Ratio)试验和无侧限抗压强度试验,研究含砂率对粉土性质的影响。结果表明:含砂率相同粉土的击实试样的孔隙面积随着含水率的增加先减小后增大,在相同含水率下试样的孔隙面积随含砂率增加先减小后增加,这刚好与得到的粉土的最大干密度随着含砂率的增大先变大后减小的结果一致;对相同含砂率粉土而言,无侧限抗压强度随着粉土压实度增加而增大,但同一压实度下粉土的无侧限抗压强度随着含砂率的增加越来越小。
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  基于非线性化衡重式挡土墙稳定性分析

  宋鑫华,闫鸿浩,徐佩洪

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 98-103. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161130

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  为了准确判断衡重式挡土墙的稳定性,基于挡土墙的滑移失稳和倾覆失稳2种主要的失效模式,并考虑到浆砌块石挡土墙边坡的土工材料物理特性和力学特性的非线性以及可能出现第2破裂面时的非线性情况,运用一次二阶矩法的基本原理,建立涉及到挡土墙高度h、填料的内摩擦角φ、墙后边坡土的重度γ、土对挡土墙基底的摩擦系数μ、土对挡土墙墙背的摩擦角δ等挡土墙稳定性影响因素的非线性功能函数,计算出其可靠度指标。研究结果表明:改进的功能函数式考虑到挡土墙出现第2破裂面的情况,并计算出其抗滑移稳定性与抗倾覆稳定性的可靠度大小,解决了挡土墙背受到非线性土压力影响的问题;将基于非线性挡土墙稳定性分析的方法与线性分析方法计算的结果进行对比,可知非线性分析方法计算得出的可靠度偏小,更加安全,且符合实际情况,值得在工程中进行推广使用。
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  泥浆中水分形态对抗剪强度与流变性的影响

  韩婷婷, 吴思麟,吕一彦

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 104-108. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161209

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  泥浆是一种高含水率的土水分散系,水分是影响其工程性质的重要成分。从水分形态的角度出发,通过室内调配不同结合水含量和自由水含量的泥浆,研究了结合水与自由水含量对泥浆抗剪强度和流变性的影响。结果表明,结合水和自由水2种形态的水分对泥浆抗剪强度和流变性的影响并不相同;泥浆的抗剪强度、屈服应力和塑性黏度均随着自由水含量的增加而减小,随着结合水含量的增加而增大;在低含水率条件下,影响泥浆抗剪强度和流变性的主要水分因素是结合水含量,而随着含水率逐渐增加,自由水含量逐渐占据主导作用,此时自由水含量对泥浆性质的影响更大。研究成果可为合理选择泥浆提供参考。
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  低动应力下岩石分数阶Burgers本构模型

  浦少云,黄质宏,饶军应,穆 锐,郑红超,王田龙,刘小浪,李 磊,王义红

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 109-115. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170454

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  动荷载下岩石变形特性是岩土工程界的常见问题之一。为研究岩石低动应力下变形特性,基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换Burgers模型中Maxwell常值黏壶,建立了可反映低动应力荷载作用下岩石变形规律的分数阶Burgers模型(Fractional-order Burgers Model,FBM)。将动荷载分解为一个静力荷载和一个平均应力值为0的循环荷载,基于流变力学理论给出了静力作用下基于分数阶Burgers模型的岩石流变本构方程,再根据黏弹性力学理论,考虑岩石损伤、裂隙及塑性变形对动荷载下岩石储能柔量和耗能柔量造成的影响,引入储能和耗能柔量变化量,构建了循环荷载下基于分数阶Burgers模型的岩石动态响应本构方程式,最后将已获得的岩石流变本构方程式与动态响应本构方程式叠加,即得到一种新的岩石本构方程。与已有的试验结果相比,改进Burgers模型可较好地描述低动应力状态下岩石减速、等速2个阶段的变形特征,且模型参数可运用数值方法简便得到。
水工结构与材料
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  不同标号沥青对心墙沥青混凝土弯曲性能的影响

  钟 林,童斯达,李 刚

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 116-118. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161174

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  沥青作为沥青混凝土的重要组成部分,无论是沥青自身质量性质还是其在沥青混凝土中的含量,对心墙沥青混凝土的性能有很大影响。通过小梁弯曲试验,研究了克拉玛依50^#,70^#,90^#,110^#,160^#沥青对心墙沥青混凝土弯曲性能的影响。试验结果表明:沥青混凝土抗弯强度对应的应变随着沥青标号的增大而增大,沥青标号的提高有助于沥青混凝土变形能力的提高,但会使抗弯强度与模量降低;沥青标号对沥青混凝土强度的影响随着沥青标号的升高而减小,高标号沥青对于心墙沥青混凝土强度影响变幅不大,在强度满足要求的情况下,应优先考虑高标号沥青。研究结果可为沥青混凝土心墙沥青标号的选择提供参考。
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  巷道隔热喷射混凝土强度及导热性能试验研究

  庞建勇,黄金坤,姚文杰,刘 欢,姚韦靖

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 119-124. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161102

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  随着煤矿开采深度不断增加,巷道的高温热害问题尤为突出。在普通喷射混凝土中掺入陶粒、憎水玻化微珠、粉煤灰以及改变砂子的用量来设计正交试验,研究混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗折强度和导热系数的变化。试验结果表明:憎水玻化微珠是影响混凝土的导热系数、抗压、抗拉和抗折强度的主要因素,因此憎水玻化微珠掺量宜选在100%;陶粒是影响混凝土抗折强度的主要因素,贡献率高达60.61%,因此陶粒的掺量在20%最优;随着粉煤灰掺量的增大,导热系数先降低后增大,强度先提高后降低,因此粉煤灰掺量宜为20%;随着砂子用量的降低,导热系数一直在降低,抗压强度和抗拉强度先提高后降低,抗折强度一直在提高,因此砂子用量在571 kg/m³最优。
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  冲击回波法检测混凝土结构厚度与缺陷的试验研究

  张景奎,崔德密

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 125-128. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161060

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  为了验证冲击回波法检测混凝土结构厚度及内部缺陷的有效性与适用性,根据实际工程中混凝土结构常见的质量缺陷特征,设计制作了一系列含有不同类型和性质缺陷以及无缺陷的混凝土模型试件,并应用冲击回波法对这些模型试件进行检测试验,据此深入研究了冲击回波方法所激发的低频应力波在混凝土介质中传播的基本特性及影响因素,并对冲击回波法检测混凝土厚度和内部缺陷的检测识别方法以及检测适用范围进行了系统的研究。试验结果表明:对于只具备单一检测面的混凝土结构检测,冲击回波法是目前最为有效的无损检测方法,在其适用范围内能够得到较好的检测结果,但是,目前该方法在测试能力上尚存在一定的局限性。
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  循环孔隙水压下混凝土的力学特性和损伤演化

  罗 曦,彭 刚,柳 琪,操 佩

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 129-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161122

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  为探究混凝土在潮汐、蓄放水等循环水压环境下工作的情况,对饱和混凝土进行了不同次数(0,50,100,200)的有压水循环预处理,并在有围压的水环境中直接对混凝土进行加载,加载速率恒定为10^-4 s^-1。分别在应力空间上和应变空间上探究了循环水压对混凝土力学性能和损伤演化的影响。研究结果表明:①循环次数对混凝土力学性能的影响包含了有利影响与不利影响,有利影响主要表现为混凝土内部的Stefan效应,会增加混凝土的峰值应力与变形能力,同时延缓损伤的发展;②Stefan效应在循环次数较少时(≤100)占据主导地位,且随循环次数的增加而增大,并在孔隙水使混凝土内部孔隙发生连通和贯穿后开始减弱;③在混凝土受压过程中,由于混凝土内部共轭面的相对滑移,Stefan效应有一定的滞后性,但总体的影响程度大于不利影响;④所推导的损伤变量计算方法从能量耗散角度出发,将塑性应变能作为材料损伤耗能的一部分,反映了材料变形模量的退化,且比较符合实际工程经验。
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  高温热害水工隧洞支护结构受力分析数值模拟研究

  李燕波

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 135-139. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20160944

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  为得到高温热害水工隧洞支护结构的受力机理,以新疆某引水隧洞为例,通过理论计算并使用ANSYS建立热-固耦合模型,对高温热害隧洞支护结构的受力特征进行了计算和分析。结果表明:在围岩与混凝土间设置隔热层能显著改善一期混凝土衬砌的受力情况,衬砌平均应力减小约46%,对二期混凝土无明显影响;隔热层会使支护结构的平均位移增大约14%;隔热层能显著提高一、二期混凝土的安全系数,其均值>1。对隧洞进行喷锚支护并对二期混凝土进行配筋后,隔热层+一期混凝土+二期钢筋混凝土组成的支护结构可以满足工程安全性的要求,可应用于实际工程中。
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  冻融循环与疲劳荷载作用下混凝土损伤研究

  田立宗,逯静洲,朱孔峰,刘 亚

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 140-144. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161099

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  为研究冻融循环与轴向疲劳荷载作用下混凝土力学性能损伤演化规律,对混凝土试件分别进行冻融循环、疲劳加载、先冻融循环后疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环4种损伤试验,以试件经历损伤后的抗压强度劣化作为损伤评价指标研究混凝土的损伤特性和机理,同时研究相对动弹性模量和质量的劣化规律。研究结果表明:不同联合作用下,混凝土的相对动弹性模量均呈现降低趋势。冻融循环单一因素作用下,混凝土强度随冻融次数的增加逐渐降低;疲劳荷载单一因素作用下,混凝土强度随疲劳次数增加呈先升后降的趋势,疲劳4万次时,混凝土的损伤度为1.8%;先冻融循环后疲劳加载作用下,即混凝土先受冻融循环作用,再受1万次应力水平(0.1 f_c~0.5 f_c)的疲劳荷载作用时,随疲劳次数的增加,试件的强度均呈现升高趋势;先疲劳加载后冻融循环作用下,随冻融次数的增加,混凝土的力学性能损伤显著,历史疲劳次数为0.5万次和1万次,再经历75次冻融循环作用时,其损伤度分别为19%和24.2%。研究成果可为建立符合实际工程的混凝土结构耐久性设计理论提供较可靠的基础依据。
信息技术应用
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  西藏近25 a湖泊变迁及其驱动力分析

  刘佳丽,周天财,于 欢,孙 建

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 145-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20160828

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  作为全球气候变化敏感区,分析气候变暖与经济发展背景下西藏湖面动态变化,对揭示区域环境演变特征与规律具有重要意义。基于1990—2015年Landsat遥感影像获取湖泊水域边界信息,分析近25 a西藏湖泊的时空分布及变化特征,结合气候因素与人为因素变化特征分析湖泊变化的主要驱动力,及湖泊变迁对气候的响应。结果表明:近25 a,西藏新增湖泊261个,总面积从24 161.1 km²增加到了30 549.2 km²。时间上,流域内湖泊总面积1990—1995年严重萎缩,1996—2006年迅速扩张,2007—2013年湖泊扩张速度减缓,降雨量、气温、蒸散发的变化趋势较好地反映了湖泊由萎缩到扩张的变化原因。空间上,不同地区湖泊变迁存在明显的空间差异:西藏中部地区温度和蒸散发相对较低,降雨量较大,湖泊面积扩张迅速;西藏北部地区温度偏高,降雨量少,蒸散发大,但温度升高加速冰川冻土融化成为湖泊扩张的可能因素;喜马拉雅山脉温度较高,蒸发量远大于降雨量,导致湖泊萎缩。人类活动加剧了当地对湖泊等水资源的需求,湖泊却呈扩张趋势,说明西藏地区的湖泊变迁主要受到气候因素的驱动。
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  基于特征差异的机载LiDAR侵蚀沟点云分割方法

  许 颖,岳东杰,孟德友

  长江科学院院报. 2018, 35(2): 151-154. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161047

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  为克服数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)提取侵蚀沟特征的局限性,提出一种基于机载激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)点云的不同尺度下的表面特征差异侵蚀沟点云分割方法。该方法首先对侵蚀沟点云进行特征分析,在对点云预处理的基础上,基于不同尺度获取点云表面特征差异,再结合曲率阈值方法分割得到初始侵蚀沟,最后基于聚类分析得到侵蚀沟点云。试验结果表明,该方法能够精确地从机载LiDAR点云中分割得到侵蚀沟,为侵蚀沟的定量评价提供了一种新思路。