2018年, 第35卷, 第7期　
刊出日期：2018-07-01

  

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  长江科学院院报. 2018, 35(7): 0-0.

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专家特约稿
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  大型水利水电工程施工水力控制及灾害预测关键技术

  黄国兵

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 1-8. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180383

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  针对我国西部山区大型梯级水利水电工程施工面临复杂环境下的导截流标准及风险控制、陡坡隧洞导流安全水力控制、深厚覆盖层河床安全经济截流水力控制、导截流过程灾害预测控制等新问题,经过长达28 a的系统研究,解决了大型梯级水利水电工程施工导截流水力控制和灾害减免的相关技术难题。包括:①构建了多梯级同建条件下施工导流系统风险评估模型和基于水文实时监测预报的截流标准决策模型,提出了满足安全性、经济性要求的标准优选方法,修订了施工导流设计规范;②揭示了陡坡隧洞易发生明满交替流等不良水力特性的成因及机制,提出了进口隔流浮堤消涡、锐缘进口减免明满交替流、出口压坡增压等复合式水力控制技术,保障了隧洞运行安全,提出的钢筋笼柔性毯和过水围堰分级整流防护新技术,解决了大流量、深厚覆盖层条件下度汛安全难题;③提出了考虑水深、流速分布、河床糙度、绕流系数影响的天然截流块体稳定实用计算公式以及六面体钢筋石笼人工截流块体稳定计算公式,计算精度更接近实际;④发明了内附透水反滤土工膜的四面体钢筋笼和圆柱线体新型截流材料;⑤提出了“水下宽戗堤” 新技术,减轻了截流难度;⑥首次提出了高陡岸坡滑坡涌浪过程中第二次涌浪为首浪的论点,建立了首浪高度实用计算公式、涌浪产生与传播预测模型;⑦提出了土石围堰溃决过程与洪水演进高分辨率模拟技术。这些关键技术对于推动相关学科发展、加快水利水电行业科技进步起到了巨大作用。
江湖泥沙与治理
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  三峡水库汛期“蓄清排浑”动态运用方式初探

  黄仁勇, 王敏, 张细兵, 刘亮, 任实, 周曼

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 9-13. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170107

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  为研究三峡水库汛期调度方式优化问题,以实测资料为基础,对三峡水库蓄水运用以来入出库沙量特性变化进行了分析,主要从泥沙角度对三峡水库采用汛期“蓄清排浑”动态运用方式进行了初步探讨。研究结果表明:三峡水库蓄水运用后汛期入库沙量大幅减小,上游溪洛渡和向家坝水库蓄水运用后三峡水库汛期6—9月份含沙量已经开始小于论证阶段5月份和10月份的含沙量;三峡水库主汛期出库沙量占年出库沙量的90%以上,且汛期出库沙量主要集中在1~2次大的出库沙峰过程中;近期三峡水库汛期采用“蓄清排浑”动态运用的泥沙调度方式,泥沙淤积可许。研究成果可为三峡水库汛期优化调度提供参考。
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  低雷诺数下的钉螺绕流特征数值模拟

  刘家栋, 汪玉婷, 卢金友, 黄玥

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 14-18. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170094

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  研究钉螺在水流中的运动规律对于控制钉螺扩散具有十分重要的意义。通过开源流体力学计算软件OpenFOAM,使用非结构化的三角形网格拟合钉螺边界,采用有限体积法和PISO算法计算平面无限区域中黏性不可压缩流体下的钉螺绕流运动,模拟了低雷诺数下横向和纵向2种水流条件螺体后方尾流形态变化,详细描述了漩涡脱落过程等现象;对比分析不同条件下钉螺的阻力系数C_D、回流区长度L_w/D、斯特罗哈数St等的区别。研究结果表明:随着雷诺数的增加,钉螺的阻力系数逐渐减小,尾流形态呈现3种不同的形态,初步确定各流态转变的临界雷诺数的范围。该研究可为进一步掌握钉螺扩散规律、改进水利阻螺措施提供理论依据。
水资源与环境
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  1960—2013年昭通市极端降雨时空演变规律研究

  李绅东, 马燕, 孙光宝, 罗文兵, 贾韬

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 19-24. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171231

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  气候变化引起的极端降雨量级和频次变化已经引起了广泛的关注,极端降雨演变规律的研究对于区域防洪减灾和水资源管理具有重要意义。基于昭通市及其周边的16个气象站点1960—2013年共54 a的降雨数据,选取世界气象组织推荐的6个极端降雨指数,采用线性趋势分析、Mann-Kendll法和滑动T检验等方法分析了昭通市的极端降雨时间演变规律,并基于ArcGIS10.2采用反距离插值法(IDW)分析了昭通市极端降雨指数的空间分布格局。结果表明:在趋势演变方面,昭通市的总降雨量PRCPTOT有下降趋势;而反映极端降雨量级的3项指数SDII,RX5day,R95p均呈上升趋势,其中RX5day上升趋势显著;而R10mm和CWD这2项反映极端降雨频率的指数均呈下降趋势,其中R10mm下降趋势显著。在空间分布方面,昭通市6项极端降雨指数具有较高的空间异质性,东北部降雨量级和频率较高,中部趋缓,而西南部总体上相对较低。相关分析的结果表明昭通地区极端降雨指数与高程呈现负相关关系,极端降雨主要发生在低海拔地区。研究成果有助于加深对该区域极端降雨发生规律的认识,为区域防洪减灾和水资源管理提供参考。
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  基于互补相关的乌江流域实际蒸散量分布式模拟

  化环环, 邱新法, 曾燕

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 25-29. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170053

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  为了提高气候变化下估算乌江流域陆面实际蒸散量的精度,利用乌江流域气象和水文数据,在蒸散互补原理基础上建立用常规气象资料估算流域实际蒸散量的模型。模拟结果显示:该模型能将乌江流域多年平均实际蒸散量的相对误差控制在5%以内;在充分考虑地形起伏等下垫面不均匀的条件下,将估算模型中各分量的分布式模拟结果与估算模型耦合,实现了乌江流域实际蒸散量的分布式模拟;该模型更加精细地表现了流域实际蒸散量的空间变化情况,发现其在空间分布上呈显著的西高东低的分布趋势;在时间变化上,1961—2010年间乌江流域实际蒸散量在总体上表现为下降趋势,降幅为5.08 mm/(10 a),但是2000年以后实际蒸散量有较为明显的上升趋势;日照时数及相对湿度的上升是造成实际蒸散量产生以上变化的主要原因。研究结果可为水资源评价、农业气候区划制定等提供参考。
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  熔盐电化学处理多氯联苯的技术研究

  汤丁丁, 乔伟, 史德亮, 李亚龙, 姚付启

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 30-35. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170451

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  采用碱性熔盐电化学方法处理多氯联苯(PCBs)污染物,该处理技术通过电解的方式原位产生氧化剂和还原剂,并以碱性高温熔盐作为反应介质促进分解反应的发生。通过考察PCBs浓度、熔盐体系、反应温度、工作时间、电解电压等工艺参数对PCBs处理效率的影响,探索最佳PCBs处理工艺条件。试验结果表明:PCBs的去除效率随反应温度和电解电压的升高而提高,随进样量的增多和运行时间的延长而降低;此外,不同熔盐组分也会影响PCBs的去除效率;在优化后的工艺参数条件下,采用1 h预电解的方式,多氯联苯的去除效率达到了99%以上。研究成果为PCBs等氯代芳香烃的治理提供了新的途径。
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  页岩气开发水资源利用分析——以恩施州为例

  沈泽锋, 夏玉强

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 36-39. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170122

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  近年来,美国“页岩气革命”的成功,带动了全球各国页岩气开发的高速发展。我国也在持续跟进相关产业的发展,以期在能源领域获得更多的自给。目前国际上页岩气开发相关的研究主要集中在增产、增效以及环境影响等方面;国内研究页岩气开发主要集中在助产、增效上,而在水资源影响方面研究较少。以恩施州页岩气开发为例,通过对当地水资源状况及开采页岩气需水量进行分析,研究页岩气开发对水资源的影响。结果表明:恩施州水资源利用率较低,3个富气页岩区块开采用水量占可用水资源量比重不大,页岩气资源对当地的水资源利用影响很小。但是由于考虑到供水能力等的影响,如果页岩气集中在相对较小的区域大规模且短时间内取水,仍会对开采区造成一定的负担,对当地生态造成一定的影响。
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  考虑时间维度的灰水足迹核算与评价——以浑河大伙房水库上游段为例

  闫滨, 黄万霞, 刘羽婷

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 40-45. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170180

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  灰水足迹是一种基于稀释水需求量提出的新的水质评价方法,为定量描述水质与水量的关系提供了崭新的思路。但在实际流域尺度下灰水足迹的研究中,由于未考虑时间维度的划分,使得灰水足迹的评价结果往往不够准确,掩盖了个别时段水体污染的严重程度。因此,为了准确评价水质,真实反映水质状况,提出基于时间维度的灰水足迹核算与评价方法,即分别核算每年枯水期、平水期和丰水期的灰水足迹和水污染程度,利用水污染程度这一指标分别对每个时间段灰水足迹的可持续性作出评价。结果显示,不同时间维度下核算出的水污染程度值相差较大,且在丰、平、枯水期核算出的水污染程度值与实际情况更相符。较年际水平下灰水足迹的核算与评价方法,本文提出的方法能够更加准确有效地评价灰水足迹的可持续性,反映出水体在各时段的实际污染情况。
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  基于博弈论组合赋权的TOPSIS模型在地下水水质评价中的应用

  张德彬, 刘国东, 王亮, 钟瑞

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 46-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161231

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  农村地下水水源地水质评价是保证农村饮水安全的重要基础。考虑到权重值对TOPSIS模型的重要性,通过基于博弈论集合的模型将模糊层次分析法(FAHP)确定的主观权重和熵权法确定的客观权重进行组合赋权优化,同时引用“虚拟负理想点”代替“传统负理想点”,避免样点出现与理想点和负理想点欧式距离等距问题。并以德阳市5个典型乡镇农村地下水饮用水源水质监测数据为评价对象,计算相对贴近度确定各水质等级。该模型评价结果与F指法、熵权-TOPSIS和FAHP-TOPSIS模型评价结果的对比分析。结果表明改进的TOPSIS模型评价结果具有合理性、有效性及实用性,并能准确地反映地下水水质等级以及偏离分级标准的程度。
水土保持与生态建设
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  基于“3S”技术的南京市水土流失定量监测及分析

  梁文广, 钱钧, 高士佩, 王冬梅, 徐姗姗, 杨印, 王轶虹, 况曼曼

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 51-56. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170089

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  为定期对南京市水土流失开展动态监测,利用降雨资料、土地利用资料、环境卫星遥感数据、土壤和地形数据,采用“监测水土流失的定量新方法”,计算2011—2015年南京市水土流失。结果表明:①2011—2015年5 a平均南京市水土流失总量为201.42万t,其中,轻度以上水土流失面积为515.75 km²,水土流失量166.77万t,占全市水土流失总量的82.8%,轻度以上水土流失治理仍是水土流失治理中的重点;②5 a中2015年水土流失最严重,2013年则最轻,其中降雨侵蚀力R_i大小为决定因素;③5 a平均极强烈与剧烈水土流失量为分级侵蚀量中最大;④与2001—2010年10 a平均相比,2011—2015年5 a平均南京市微度水土流失面积增加7.6%,轻度以上水土流失面积减少42.5%,轻度以上年水土流失量减少23.7%,CP值的减小是2011—2015年5 a平均水土流失状况改善的主要原因;⑤3次水土流失定量监测表明,2011—2015年监测强烈、极强烈的水土流失面积和年水土流失量减幅下降,剧烈的水土流失面积和年水土流失量增大,主要原因是2011—2015年降雨侵蚀力R_i (5 a)平均值较大。研究成果为南京市水土保持规划和水土流失防治提供了重要的基础数据支撑和科学参考依据。
防洪减灾
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  鄂北地区水资源配置工程夹河套段倒虹吸防护研究

  陈长江, 刘心愿, 陈栋, 李浅

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 57-62. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180195

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  针对鄂北地区水资源配置工程的唐白河夹河套段倒虹吸工程防护问题,建立了唐河、白河一维及夹河套区域二维水动力学耦合模型,综合考虑溃堤和漫堤等多种极端不利因素,计算分析了不同设计洪水标准下唐河和白河堤防溃决、漫溢等条件下的洪水影响范围及程度。选择最不利方案进行了无防护和有防护等不同情况下的物理模型冲刷试验,研究溃漫堤洪水对工程线路的冲刷影响。数学模型计算成果表明:溃堤洪水大流速主要分布在溃口附近区域,溃口位于工程线路附近时对工程的冲刷影响较严重。综合数学模型计算和物理模型试验结果,根据格栅石笼的冲刷变形程度及范围、冲刷坑范围及抗冲流速影响范围,确定了工程沿线不同的防护等级与范围,为夹河套倒虹吸工程防护方案设计提供支撑和依据。
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  抚河尾闾抚东堤防洪保护区洪水风险分析

  柴朝晖, 熊冲玮, 申康, 刘同宦

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 63-67. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170097

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  江西省是洪涝灾害发生较频繁的区域,特别是受上游洪水和鄱阳湖水顶托双重作用的赣抚尾闾河段。分析其洪水风险,对于提高江西省防洪减灾能力、减轻或避免生命财产损失是非常必要和迫切的。以抚东堤防洪保护区为例,利用MIKE软件建立一维、二维耦合模型,分析不同溃口在标准内(20 a一遇)和标准外(50 a一遇)洪水叠加鄱阳湖1954年型设计洪水条件下的洪水演进过程、淹没范围和淹没损失等。研究结果表明,由于抚东堤防洪保护区内地形起伏较大,不同河段的溃口溃决后的风险大小不同,其中上段李家渡水文站下侧溃口发生溃决时,洪水影响最大。研究结果对于类似区域洪水风险分析具有一定的参考价值。
工程安全与灾害防治
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  南江县古坟坪滑坡降雨入渗观测与稳定性分析

  白兰英, 周杨, 李绍红, 王维早, 吴礼舟

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 68-73. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170029

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  为研究降雨条件下浅层土质滑坡的入渗规律及其对稳定性的影响,以南江县古坟坪滑坡为例,对该滑坡区及其邻近区域开展了不同深度体积含水率和基质吸力监测。结合实时降雨量资料,分析降雨条件下坡体内部的含水率和吸力的动态变化过程,并基于无限边坡模型开展坡体稳定性计算。结果表明:2^#监测点位于滑坡邻近区域,初始体积含水率随深度的增加而减小,但滑坡区后缘存在基岩汇水点,导致1^#监测点初始体积含水率随深度的增加而增加;1^#监测点基岩面处存在入渗的优势通道,降雨时基岩面处体积含水率最先响应;降雨过程中稳定性系数随着深度的增加不断减小,最危险的滑动面处于基岩面,但是现阶段滑坡处于稳定状态,稳定性系数>1。通过对滑坡体入渗规律和稳定性的分析,可为该类典型滑坡的预报预测、危险性评估及灾害治理提供科学的理论依据。
岩土工程
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  南水北调中线工程渠坡膨胀土含水率监测及分析

  刘祖强, 郑敏, 熊涛

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 74-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170172

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  为了分析渠坡膨胀土含水率变化对渠坡稳定性的影响,对现场自动采集的含水率、吸力、降雨量、土温和气温等数据进行初步分析和灰关联分析。初步认为强膨胀土含水率变化的主要影响因素依次为温度、降雨量、蒸发量和吸力等。现场监测结果和灰关联分析得到:受降雨入渗过程滞后影响,大气降雨3 d后,才能渗入到1.6 m深的强膨胀土中,影响深度＜6.1 m;渗入到1.4 m深的强膨胀岩中需要4～7 d时间,影响深度＜5.1 m。对渠坡膨胀土含水率变化的长期监测及其数据分析,为南水北调工程渠坡膨胀土胀缩变形的分析及渠道安全运行提供了依据。
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  冻融循环对软土力学性质的影响分析

  王平, 郭伟杰, 李洪峰, 鲁虹君

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 79-83. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170240

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  为探究冻融循环过程中软土的冻胀融沉规律、力学性质及力学参数特性等,对松花江避暑城战备路工程软土试样进行室内冻融循环试验。通过改变冻融循环次数测定试件体积膨胀与收缩率,并通过室内三轴试验,测得不同冻融循环次数及不同围压条件下的软土抗剪强度。宏观试验数据及微观分析结果表明:软土在冻胀融沉过程中体积变化率随冻融循环次数的增加逐渐增大,6次冻融循环后,土体冻胀率、收缩率基本保持不变,冻胀融沉现象趋于稳定;随着冻融循环次数的增加,软土抗剪强度先增大后减小,且在第6次冻融循环作用下达到最小值,在后续6~15次冻融循环过程中,抗剪强度逐渐增大,且接近冻融循环作用之前的抗剪强度值;冻融循环作用对软土黏聚力c有显著影响,而与内摩擦角φ无相关性。
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  特高拱坝建基面岩体选择的工程类比法研究

  罗荣, 李玉婕, 肖国强, 周黎明, 张宜虎

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 84-88. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170012

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  为确定坝高超过200 m的特高拱坝建基面可利用岩体的选择标准,对国内7座特高拱坝建基岩体的利用情况进行了综合评价,通过工程类比法分析了特高拱坝建基面可利用岩体的选择因素,提出了特高拱坝建基面可利用岩体的选择标准。研究表明,特高拱坝及坝基在荷载作用下的破坏模式为压破坏和剪破坏,要求拱坝建基岩体应具有足够的承载能力、抗变形能力、抗剪切能力以及抗滑稳定性。国内特高拱坝建基面可利用岩体的选择主要是以岩体质量分级为综合评价指标,不同坝基部位可选择不同质量级别的岩体;Ⅱ级岩体是特高拱坝的优良的建基岩体,中部建基面可以有效地利用部分Ⅲ₁级岩体,上部可适当利用Ⅲ₂级岩体;对于特高拱坝坝基,变形模量和黏聚力略大于规范建议值;特高拱坝建基面可利用岩体选择以荷载及应力水平为基础,以拱坝稳定为前提,以变形、强度等力学参数为依据,以岩体质量级别为具体表征,按不同高度分区域进行多因素综合论证和选择。
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  考虑非线性强度的无限长土坡渐进变形模拟

  朱宝强, 周成, 李红梅, 谭昌明

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 89-93. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170068

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  利用平面应变条件下均质无限长土坡坡土的应力分量,考虑坡土破坏的非线性特征,借鉴黏塑性理论过应力模型,通过拟定坡土滑移速度与黏塑性应变率之间的关系式,基于Cam-Clay模型推导出非线性Mohr-Coulomb破坏准则下坡土滑移速度和位移的显式表达式。针对2个边坡实例进行计算分析,结果表明:计算值与边坡实测数据和前人的研究成果吻合良好;非线性破坏准则的3个强度参数对无限长土坡的渐进变形有显著影响,随着非线性参数c₀减小、m增大、σ_t减小,边坡渐进变形逐渐增大,剪切层深度也不断增加。
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  岩溶区公路隧道围岩分级专家系统设计与应用

  江杰, 蒲鸥, 欧孝夺, 赵建刚, 谢规球

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 94-99. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161228

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  岩溶地质条件对公路隧道建设影响较大。隧道在建设过程中围岩分级除考虑常用指标外,还须考虑岩溶影响因素指标。以广西岩溶区实际工程为背景,提出了考虑多因素的岩溶状态指标分析方法,建立以岩石坚硬程度、岩体完整程度、地下水状态、结构面产状和岩溶状态5个指标的围岩分级模型。根据MatLab和C++的软件平台设计,植入分级指标参数归一化算法,结合广西瑶寨等3个隧道工程,建立了神经网络专家知识库。最后对专家系统软件进行工程应用,软件判别与实际勘察判别一致性达到80.89%,工程应用效果良好。
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  膨胀土电化学改性试验研究

  李文宇, 江美英

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 100-105. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170153

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  为了研究改善膨胀土性质的方法,同时了解膨胀土改善后的性质,通过以羟基铝溶液为电解液的电化学试验方法对膨胀土的性质进行改善,将改性后的试样土分为A区(阳极区)、C区(阴极区)和M区(中间区)3个部分,并分别对3个部分试样土以及原状土进行宏观和微观试验分析。试验数据分析得到:电化学改性后的试样土的黏粒含量减少而粉粒含量增多,比表面积和孔径减小,颗粒间连接更紧密,内摩擦角增大,同时土颗粒的持水量减少,亲水性减弱,自由膨胀率大大降低。试验结果表明:膨胀土的性质变化是由[Al₁₃]⁷⁺的离子交换和局部pH值变化等使带电土颗粒的扩散双电层变薄、颗粒间斥力变弱导致的,试样土A,C,M区的改善效果差异是受到外加电场对双电层的影响和土体微结构的各向异性等因素造成的。
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  佛山软土地区狭长型基坑长边效应研究

  冯超元, 张勇

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 106-110. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170006

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  对佛山软土地区狭长基坑的长边效应进行研究,是保证基坑建设期安全非常重要的一项工作。依托佛山地铁某站狭长深基坑工程实践,结合地下连续墙变形监测数据,开展该类基坑的长边效应分析研究,并利用有限元分析软件进行模拟分析。研究结果表明:狭长型深基坑的长边效应显著存在,主要表现在显著增大基坑长边跨中地下连续墙最大水平位移值,且降低最大水平位移点的深度,对该类基坑的建设期安全极为不利;通过对比实测与模拟分析结果,得出实测位移最大值明显大于模拟值。提出增大基坑长边跨中刚度的方法可减小长边效应的不利影响,能确保建设期安全。
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  离子土壤固化剂改性膨胀土冻融过程中水分迁移试验研究

  王凤华, 项伟, 袁悦锋

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 111-116. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170061

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  为研究离子土壤固化剂在冻融过程中对膨胀土的影响,采用高低温冻融循环试验箱、DT85G数据采集器和电阻式温度传感器组成一套室内水分迁移试验装置,在一定的试样几何尺寸和外界试验条件下展开离子土壤固化剂加固前后膨胀土水分迁移过程的试验研究。通过测定试验前后膨胀土试样不同位置处含水率、干密度、孔隙率,同时记录该过程中试样不同位置处温度随时间的变化,分析冻融过程中离子土壤固化剂对膨胀土的加固作用。试验结果表明,经离子土壤固化剂加固后的膨胀土在冻融过程中土体温度变化较为缓慢,不同位置处的土壤含水率变化较小,孔隙率较小,整体稳定性较高。
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  黏土盾构隧道开挖面被动破坏研究

  付亚雄, 郑宏

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 117-123. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170040

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  盾构隧道施工中控制合理的开挖面支护压力是维持开挖面稳定安全的关键。为了研究黏土盾构隧道开挖面被动破坏的机理,通过采用考虑分段掘进和开挖卸荷引起土体强度折减的模拟方法分析黏土隧道开挖面由于支护压力过大引起的前部土体被动破坏模式、塑性区发展及相应地层位移,并探究隧道埋深、直径、土体性质等因素对开挖面被动极限支护压力的影响规律,结合离心模型试验确定开挖面被动极限支护压力合理控制范围。结果表明:①当开挖面支护压力逐步增大时,前部土体受挤压呈现铲形位移破坏模式,同时由于冲切作用在开挖面周围形成环状塑性区,开挖面前部纵向土体位移随着到开挖面距离的增加总体呈现先增大后减小至稳定的趋势,深层断面横向土体位移则近似符合正态分布曲线形式;②埋深和直径增大会不同程度地引起极限支护压力增大,土体性质对被动极限支护压力影响的敏感程度依次为弹性模量、内摩擦角、泊松比和黏聚力,建议被动极限支护压力控制范围为1~1.9倍的静止土压力。研究成果可供黏土盾构隧道施工控制参考。
水工结构与材料
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  橡胶混凝土抗冲磨性能试验研究

  袁群, 李晓旭, 冯凌云, 曹宏亮

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 124-130. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20161373

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  为对橡胶混凝土的抗水冲磨性能开展研究,试验分别以C40和C50普通混凝土为基准,将3种不同粒径的橡胶颗粒以6种不同的掺量等体积取代砂配制成橡胶混凝土,研究了橡胶颗粒以及改性剂对混凝土抗冲磨性能的影响。试验结果表明:掺加橡胶颗粒后,混凝土强度降低,抗冲磨强度提高9.57倍,且橡胶颗粒掺量越大、粒径越大,橡胶混凝土抗冲磨强度越高,但存在一个最优掺量,推荐15%为最优掺量;改性剂处理橡胶颗粒后,与不处理的相比,在一定程度上提高了橡胶混凝土的抗压强度,更为明显地提高了橡胶混凝土的抗冲磨强度,最大值提高了60%。研究结果为应对水工混凝土的冲磨破坏问题提供一种新材料和新方法。
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  MgO活性对无机聚合物硬化浆体体积变形及微观结构的影响

  李兆恒, 杨永民, 陈晓文, 张君禄, 余其俊

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 131-135. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170146

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  无机聚合物胶凝材料是一种新型胶凝材料,具有早期强度快硬、结构致密的特点,且抗腐蚀性能优异,可应用于滨海和海洋工程基础设施建设。但该类材料存在收缩大、易开裂的缺陷,严重影响了其工程应用。结合无机聚合物快硬早期强度的特点,研究了高活性(60 s)、中活性(150 s)及低活性(220 s)氧化镁(MgO)对无机聚合物硬化浆体的体积变形及微观结构的影响。结果表明:MgO活性对无机聚合物性能影响显著,60 s活性MgO促进无机聚合物的水化放热,提高了无机聚合物硬化浆体的早期强度,且硬化浆体的早期收缩值最低,硬化浆体的改善效果也最好;150 s和220 s活性MgO延缓了无机聚合物水化放热,但改善了无机聚合物长龄期的体积收缩;MgO加入到无机聚合物中与水反应生成了Mg(OH)₂,从而改善无机聚合物的体积收缩。
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  利用多测点混合模型对混凝土坝受冻区坝体弹性模量的反演

  王建, 王甜, 徐文鹏, 彭泽豹

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 136-140. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170169

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  位于严寒地区的混凝土坝,由于没有及时做好保温措施,甚至某些早期建造的大坝由于施工条件的限制导致其在浇筑过程中受冻,坝体的参数会受到影响。通过改进一般的单测点混合模型,采用约束弹性模量调整系数范围的优化算法进行拟合计算,选取测量精度较高的测点建立多测点联合反演受冻区弹性模量模型。以某混凝土重力坝为例对坝体受冻区弹性模量进行反演,得到的多测点混合模型拟合的复相关系数在0.98以上,与单测点混合模型反演结果相差不大,验证了方法的合理性。结果证明采用多测点混合模型联合反演法反演大坝受冻区参数是可行的。研究结果可为评价严寒地区大坝坝体受冻区域混凝土强度提供依据。
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  混凝土主动围压SHPB试验波形数值分析

  袁伟, 金解放, 梁晨, 王杰, 程昀, 何聪, 郭钟群

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 141-146. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170142

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  为探究主动围压SHPB(分离式霍普金森压杆)试验中反射波形与混凝土动态响应的关系,采用LS-DYNA软件,基于H-J-C本构模型,模拟了混凝土的主动围压SHPB试验,从波形特征的变化分析了围压对混凝土动态力学性质的影响。结果表明:围压条件下混凝土的破坏形式为压剪破坏,试件的平均损伤度随围压的增大而降低。试验中反射波具有“双峰”特性,且围压对第二峰值应力的影响较大,其值随着围压的增大而减小,表征了试件的变形破坏程度;而第一峰值应力几乎不受围压的影响,其主要与冲击波的幅值有关;反射波尾存在压缩波段,该段的峰值应力随着围压的增大逐渐增大,表征了围压下试件的完整性比较好,且其变形能力和残余承载力均有所提高。研究结果可为评估三轴应力下混凝土构件的动态损伤和残余承载力提供参考。
信息技术应用
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  阿克苏灌区土地利用格局变化图谱及驱动力分析

  吴红霞, 木合塔尔·艾买提, 张辉, 聂艳, 贾付生

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 147-152. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170183

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  利用地学信息图谱方法,以阿克苏灌区3期遥感影像(2006年、2010年、2015年)为基础,合成系列土地利用变化图谱,分析研究区土地利用格局变化规律,并对阿克苏灌区土地利用格局变化进行驱动力分析。结果表明:①2006—2010年,研究区耕地、园地和建设用地面积增加,林地、草地、水域和其他土地面积减少,其中耕地图谱单元增长最多,增加了149 868.54 hm²,主要来源于园地和其他土地;园地的增长速率最快,增长率高达43.08%;②2010—2015年,研究区园地和建设用地呈快速增加趋势,耕地、林地、草地、水域和其他土地面积呈缩减态势,其中园地图谱单元增长最多,增加了59 705.55 hm²,主要来源于耕地;建设用地增长速度最快,增长率高达300.50%;③经济、交通以及人口因素是引起阿克苏灌区建设用地规模快速扩张的主要驱动力。
仪器设备与测试技术
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  鄱阳湖物理模型量测控制系统设计与应用

  万浩平, 杨楠

  长江科学院院报. 2018, 35(7): 153-158. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170102

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  为更好地开展鄱阳湖物理模型试验研究工作,有必要设计及建设一套先进的量测控制系统。作为国内最大的湖泊与江河实体露天模型,对鄱阳湖物理模型测控系统运行的可靠性以及室外的防雷性能提出了更高的要求。测控系统由模型供水系统、流量控制系统、水位、流速测量系统、尾门控制系统、防雷接地系统等量测子系统组成,简要介绍了各测量子系统工作原理、设计方案及实际应用情况。系统应用现代网络技术及高性能自动化测量仪器,成为测控功能较为完善的大型河工物理模型自动化量测控制系统,可实现模型试验中各种参数的实时采集、控制和数据处理。试验结果表明该测控系统可满足模型试验的测控需求。