2018年, 第35卷, 第9期　
刊出日期：2018-09-01

  

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  长江科学院院报. 2018, 35(9): 0-0.

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专家特约稿
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  生产建设项目水土保持方案20年回顾与展望

  孙厚才

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 1-5. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180442

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  对近20年来生产建设项目水土保持方案报告书的编制、审批、专项设施验收,以及有关法律、法规、标准、规范的制定等进行了系统回顾,分析不同阶段存在的问题、特征和发展趋势,为生产建设项目“放管服”(简政放权、公正监管、高效服务)改革提供技术支撑。通过检索期刊数据库和水利部水土保持监测中心官方网站,收集流域机构、政府水行政主管部门以及水土保持方案编制机构相关资料,进行归纳、分析和总结。回顾和分析发现,在相关政策推动下,生产建设项目水土保持方案经历了起步、稳步发展、以及正在实施的“放管服”3个阶段;水土保持方案编审技术基本完善,但水土保持方案编制与验收阶段存在错位,导致验收环节程序比较繁琐。实施生产建设项目水土保持方案20年来,全国累计有30多万个项目编制并实施了水土保持方案,防治水土流失面积超过15万km²,有效减少了水土流失;水土保持工作“放管服”不仅能提高工作效率,而且能较大程度提高建设单位的主体责任意识。
江湖泥沙与治理
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  长江源通天河段辫状河道形态特征与变化规律

  李志威, 吴叶舟, 胡旭跃, 周银军, 闫霞

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 6-11. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170276

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  长江源广泛发育辫状河道,共同组成一个庞大的辫状河群,在水流泥沙与河床地形数据缺乏的条件下,长江源辫状河道形态的时空变化尚缺少研究。基于Landsat遥感影像解译,研究长江源通天河局部辫状河段的平面形态特征与分汊强度的时空变化规律。结果表明:1987—2016年辫状河段的水域面积与河床面积之比在年内呈现单峰变化过程,即汛期4—9月份逐渐变大,非汛期10月—次年3月趋于变小至基本不变,而且近30 a有所增加,间接反映了长江源径流量增加的趋势。辫状河段的36个横断面的汊道数指数和汊道长度指数分别为4~10和5~12,在1994,2005,2015年其均值几乎维持不变,表明此辫状河段的整体形态具有自相似性且河型不变。
水资源与环境
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  基于水位-面积-湖容关系的东洞庭湖动态纳污能力分析

  黄一凡, 王金生, 杨眉

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 12-16. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180533

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  为测算不同水文水质条件下东洞庭湖动态纳污能力,利用2003—2016年MODIS遥感数据和实测水文数据建立水位-面积-湖容关系模型,提取不同水位、入湖流量、入湖水质条件下的纳污能力计算参数,参照《水域纳污能力计算规程》测算出不同水文水质条件下的东洞庭湖动态纳污能力系数以及COD、氨氮的动态纳污能力。研究结果表明:东洞庭湖纳污能力随着水位、流量、水质而动态变化,COD最小纳污能力为14 200 g/s,大于2016年年均排放强度1 837 g/s,不存在水质超标风险;氨氮最小纳污能力43 g/s,小于2016年年均排放强度275 g/s,水质超标风险大;明确了导致氨氮超标的水文、水质条件,认为氨氮入湖浓度<0.95 mg/L时,湖泊氨氮不超标。主要结论为:①水位-面积-湖容关系模型可为测算湖泊动态纳污能力提供支撑;②建议根据动态水域纳污能力确定污染物排放量,科学利用水环境容量;③东洞庭湖入湖氨氮浓度应控制在0.95 mg/L以下,以保证水质达标。研究成果对维护和改善洞庭湖水环境质量具有重要的现实意义。
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  渭河下游垂向潜流通量动态特征研究

  霍艾迪, 韦红, 管文轲, 侯志强, 郑小路, 杜伟宏, 温轶然, 李聪怡

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 17-22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170239

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  潜流交换控制着潜流带内水量的变化及各种物质(氧气、有机质)的滞留时间,对地下水的水量和水质变化具有重要的影响。精确计算潜流带内的潜流通量及其动态变化特征,对河流的综合治理及生态恢复具有十分重要的意义。采用热量运移解析模型求解潜流通量,利用温度示踪技术,重点研究潜流交换过程的空间非均质特征和动态变化特征;以渭河下游草滩段为研究区,进行河床浅层沉积物潜流通量的计算。结果表明:监测时段内研究区地下水流为河水补给地下水,河道内不同位置的浅层潜流带内呈现出不同的潜流通量动态特征,其变化范围在0.873～8.900 μm/s之间,潜流带厚度约为0.75 m,呈现比较复杂的动态变化特征。监测时段内各深度间潜流通量总体变化趋势为上升趋势,在垂向分布上存在差异,而且这种差异随时间变化。温度示踪方法简单易行,在潜流通量的计算中具有较好的准确性,适用于潜流带内水动力交换量的精确计算。
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  基于熵权法的集对分析模型在蛤蟆通流域地下水水质评价中的应用

  刚什婷, 贾涛, 邓英尔, 刘伟坡, 彭鑫

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 23-27. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170156

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  地下水水质评价可为地下水资源开发利用与保护提供科学依据。针对传统水质评价法指标存在随机性、模糊性和不确定性等特点,根据蛤蟆通流域86个地下水监测数据,选取了NH₄⁺,NO₂^-,Fe²⁺,Mn²⁺,Zn²⁺,COD_Mn6项能反映水质的指标体系,运用熵权法确定评价指标的权重,构建了基于熵权法的集对分析模型,并利用该模型对蛤蟆通流域地下水水质进行评价,并将评价结果与修正的内梅罗指数法的计算结果进行了对比分析。结果表明:蛤蟆通流域地下水水质中等偏下,Ⅳ,Ⅴ级水质的地下水分布占较大面积,而Ⅱ,Ⅲ级地下水分布所占面积较小。评价结果与修正的内梅罗指数评价法反映的水质特点具有一致性,与实际情况相符。可见基于熵权法的集对分析模型合理可靠。
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  壤土夹层对苯和Br^-在均质细砂中运移影响的试验分析

  郭蕾蕾, 许模, 李青山, 康小兵, 王在敏

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 28-33. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170195

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  为研究粉质壤土夹层对苯和溴离子(Br^-)在非饱和带中入渗的影响,采用成都市金牛区某施工基坑粉质壤土和河砂,验证不同土样对Br^-和苯的吸附性,构建不同构型的土柱进行试验,并分析其运移规律。结果表明:Br^-的吸附程度不会因土样中黏粒含量的增加而增加;土样对苯以线性吸附为主,黏粒含量越高吸附量越大,污染物的运移性越弱;示踪剂Br^-的浓度对土样吸附苯的影响可忽略不计;均质砂土湿润锋推进呈现一定的非线性,夹层以上两种构型土柱进程近乎一致,进入分层后湿润锋推进速度明显减弱,说明夹层具有一定的减渗作用;夹层的存在减弱了Br^-以及苯向下运移,并且粉质壤土对苯有一定的吸附净化作用。研究结果可供从事地下水有机污染研究的人员参考。
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  基于GA-Elman的河流水位预测方法研究

  要震, 许继平, 孔建磊, 刘松波

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 34-37. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170230

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  河流水位的变化过程是一个复杂的非线性过程,传统的神经网络预测存在误差较大、收敛速度慢、稳定性差等问题。为了实现对河流水位的有效预测,提出基于遗传算法(GA)优化Elman神经网络的河流水位预测模型。将GA与Elman网络进行有效结合,解决了单一Elman网络存在的不足。选取永定河的监测站点水文数据对河流水位进行预测与检验,并分别将其与Elman网络与BP网络预测结果进行对比。对比结果表明:GA-Elman水位预测模型的收敛速度快、精度高,可根据预测结果实现对水库、拦河闸合理调用,实现对河流水资源的有效配置,以满足灌溉、发电、防洪等工作的需求。
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  新沟河排江对长江水质影响风险分析

  陈江海, 陈翔

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 38-42. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170362

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  新沟河延伸拓浚工程实施后,入江排污负荷增加,长江水质受到影响。为掌控污染风险,保护水质安全,通过建立二维水动力水质数学模型,研究在不利条件下,排江水流对长江水质的影响。同时,长江水质不同月份的NH₃-N本底浓度差异较大,导致不同月份允许排污负荷也不同,确定不同本底浓度下最大允许排江负荷具有极大的应用价值。研究结果表明:排江水流在不利条件下对长江局部水质存在较大影响,且排江NH₃-N浓度越高对排江口区域长江水质影响越大。为做好水质风险防范,以邻近水源保护区为保护目标,提出对应长江不同本底状况下工程最大允许排江负荷限值。研究成果可为相关部门采取预防措施进行水质影响风险防范提供参考依据。
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  淮河流域降水集中度和集中指数年际变化分析

  庞欣欣

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 43-47. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170185

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  利用定义的年降水集中度和时段集中指数,研究了淮河流域1961—2015年降水年内分布非均匀性的年际变化特征。分析发现,淮河流域年内降水分布不均,且降水季节较为集中;年降水集中度呈增大趋势,自1990年后波动性明显增大。对季节和月份的降水集中指数的变化进行MK趋势检验分析,发现多数平均集中指数为正的月份(5—8月份)仍然呈增大趋势,多数平均集中指数为负的月份(4月份和10月份)仍然呈减小趋势,只有1个月(11月份)变化趋势相反。季节集中指数的变化和月份类似,平均为负的春季和秋季集中指数呈减小趋势,平均为正的夏季集中指数呈明显的增大趋势,冬季集中指数相对稳定。总体而言,淮河流域年内月和季节的降水集中指数变化趋势加剧了降水分布的两极化,表现出“干愈干,湿愈湿”的时相变化特征。
水土保持与生态建设
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  基于GIS的广西西江流域脆弱性评价及综合整治研究

  王钰, 胡宝清

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 48-53. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170386

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  以广西西江流域为研究对象,从生态、资源、灾害3个方面入手,构建其脆弱性评价指标体系,在GIS的技术支持下,利用空间主成分分析法(SPCA)和层次分析法(AHP)对流域脆弱性进行评价。将广西西江流域脆弱性从低到高依次划分为5个层次,分别为潜在脆弱、微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱。结合流域脆弱性评估结果,探究其脆弱性空间分布规律,并提出综合整治建议。结果表明:广西西江流域脆弱性主要在微度—中度脆弱之间,占流域总面积的75.46%,其中,中度脆弱区面积占比最大,为29.11%;潜在脆弱和重度脆弱面积占比较小,分别为11.48%和13.06%;广西西江流域脆弱性空间分布与其地形高程关系较为密切,随着海拔高程越大,脆弱性有增大的趋势。研究成果为广西西江流域的综合治理和可持续发展提供了数量化决策依据和理论支持。
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  新疆伊犁河谷植被与地形地貌及地下水关系

  夏含峰, 谢洪波, 刘浩, 文广超, 李瑛

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 54-57. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170133

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  采用RS和GIS技术,基于Landsat 8 OLI数据和野外调查成果,探究了伊犁河流域植被与地形地貌、地下水埋深及总溶体固体(TDS)定量关系。结果表明:①沼泽平原、冲洪积细土平原、缓倾斜含砾细土平原、黄土丘陵、风积沙丘及强倾斜砾质平原区植被生长状况依次变差。②高程750 m及2 800 m左右植被生长状况较好。③当地下水矿化度＞1 000 mg/L后,植被生长状况与地下水矿化度负相关,相关系数为0.733 5。④在人类活动干扰较小的情况下,地下水埋深在0~4.3 m范围内与植被生长状况呈二次函数关系,相关系数为0.764 8,适宜植被生长的地下水埋深为1.2~4.3 m;当地下水埋深为2.8 m左右时,植被长势最好。研究结果为流域生态环境保护、水资源合理开发利用、水资源科学管理提供技术支撑。
工程安全与灾害防治
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  意大利诺尔恰M_s6.2级地震震害异常原因分析

  刘勇, 王运生, Janusz Wasowski

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 58-62. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170323

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  当地时间2016年8月24日凌晨3时36分,意大利中部拉齐奥大区列蒂省诺尔恰镇发生里氏6.2级地震。此次地震震级不大,但一些古镇震害极其严重,出现多个烈度异常区块。通过对此次地震异常区建筑结构、地质结构及地形特征解剖,运用几年来的斜坡地震动响应规律监测成果,采用数值模拟分析,揭示了震级不大、距震中较远的条件下,地形放大效应同样可造成极其严重的震害。中世纪修建并保留至今的古建筑,大多为砖木结构,整体性较差,抗震性较弱,且由于历史原因多修建在孤立突出的山头上,在地形放大作用下造成了极其严重的伤亡。
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  四川省普格县滑坡孕灾环境因子敏感性分析

  王文坡, 韩爱果, 任光明, 杨磊, 黄文芳

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 63-67. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170358

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  四川西部是我国地质灾害高易发区。为了对滑坡孕灾环境因子的敏感性进行定量分析,以普格县境内分布的滑坡为例,基于变维分形理论、ArcGIS平台,借助累积和变换次数和分维值研究区内小、中、大型滑坡孕灾环境因子的敏感性,并引入分维值方差这一概念来度量分维值的离散程度。主要成果与结论为:①坡度、断裂和公路等因子对滑坡发育的影响较大,河流和起伏度等因子对滑坡发育的影响较小;②中型滑坡的孕灾环境因子分维值方差最大,小型滑坡次之,大型滑坡最小;③分维值为滑坡对孕灾环境因子的敏感性提供了定量的分析,而分维值方差为滑坡对各个孕灾环境因子敏感性程度的离散性进行了度量;④变维分形理论为滑坡灾害危险性评价中的孕灾环境因子权重提供了分形学依据。
水力学
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  涵洞过鱼通道典型挡板水力特性研究

  胡晓, 井沛然, 黄利燕, 石小涛

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 68-74. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170155

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  作为现代水利工程建设中河流修复的一种特有手段,涵洞的基本功能除了作为路桥系统的输水通道之外,还要为工程所在流域水生动物能顺利通过障碍提供一条通道。但国内关于涵洞式过鱼通道水力设计方面的文献较少,我国涵洞式鱼道在修建过程中可供参考的理论依据非常有限。在分析国外涵洞式鱼道相关试验数据的基础上,对偏移式(OB)、槽堰式(SWB)和堰式(WB)3种典型挡板的水力特性及流场分布特征进行了归纳,得到了无量纲流量、水深、坡度与流速的关系表达式,比较并分析了3种挡板的工作性能。研究成果将为国内涵洞式鱼道的内部改造和水力设计提供理论依据与参考。
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  长距离输水洞分水口模型试验及过流能力研究

  李重民, 茹荣, 王克忠, 杨建辉

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 75-79. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171275

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  水力学模型试验是验证过水建筑物设计合理性的重要方法之一。基于流体力学和水工模型理论对山西中部引黄工程输水洞分水口开展了模型试验研究。验证了总干隧洞、西干和东干支洞在闸门不同开度下的过流能力、流量分配;给出了闸门与闸前水面线高度的相互关系。结果表明:东西干闸门开度分别为0.60 m和0.56 m时能保证输水能力,并满足东西干流量分配;闸门启闭速率与闸前水位呈负相关。研究成果对无压输水隧洞分水口过流能力研究具有重要理论意义,并对闸门启闭和系统调度具有实际参考价值。
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  适用于中小河流受损岸坡修复的楔形丁坝群水力特性初探

  邢岩, 姜伯乐, 马殿光

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 80-85. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170275

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  河道内流动控制结构物作为一种主动防护型的护岸型式,以其特有的生态效益,伴随着河流治理理念由渠化向河流再自然化的回归,日益成为新的研究热点。在归纳总结国内外常见河道内流动控制结构物分类和作用特性的基础上,选取逆水流方向布置的楔形丁坝为研究对象,采用三维数值模拟方法对布置楔形丁坝群前后193°强弯曲水槽内的三维水力特性进行对比分析,初步分析弯曲水槽内楔形丁坝群的作用机制和挑流效果。研究结果表明:楔形丁坝群主要通过调整弯道内的二次流结构,达到将高流速水流挑离凹岸、避免岸坡遭受冲蚀的目的;楔形丁坝群布置会造成弯道内水位雍高,高流速水流向凸岸一侧偏移,其雍水高度和偏移程度与楔形丁坝群的布置方式密切相关。研究成果对于河流生态修复领域生态水工结构物相关研究的开展与深化具有借鉴意义。
岩土工程
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  高心墙堆石坝瞬变-流变参数解耦反分析方法及变形预测

  李少林, 王朝晴, 周伟, 马刚, 杨荷

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 86-91. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170326

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  高心墙堆石坝材料分区较多,且静力模型和流变模型参数均不相同。为了避免二者同时反演时巨大的计算量,并进一步提高反演参数的准确性,更好地分析堆石坝应力变形、进行变形预测,考虑堆石体瞬变和流变参数的解耦关系,对瞬变和流变参数进行解耦反演分析。以瀑布沟心墙堆石坝为例,在参数敏感性分析的基础上,利用堆石坝施工期、第一次满蓄水期、第二次满蓄水期的变形监测资料,以敏感性较强的参数为待反演参数,采用基于基因片段差异度的遗传算法和径向基函数神经网络(RBF)构建反演平台,对瞬变-流变模型参数进行了解耦反演分析。反演结果表明,计算值与实测值在数值和变化规律上总体符合较好,反演结果较为合理可靠。
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  孔隙溶液酸碱度对重塑黄土工程性质的影响研究

  杨秀娟, 汪源, 樊恒辉, 徐凝睿

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 92-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170357

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  随着社会发展,工业废水排放导致地基土污染已经成为较为严重的环境岩土工程问题。为了研究黄土地基在酸碱污染后工程性质的变化情况,从水-土相互作用的角度出发,以盐酸和氢氧化钠溶液为污染物,人工制备5种不同酸碱度的溶液用于浸泡黄土,并通过基本土工试验及电阻率试验测试了重塑黄土工程性质指标变化情况。研究发现:随着孔隙溶液酸性增强,重塑黄土的液限、塑性指数、渗透系数、黏聚力和内摩擦角逐渐增大,电阻率逐渐减小;随着孔隙溶液碱性增强,土体中的黏粒含量增加,液限、塑性指数和电阻率逐渐降低,黏聚力、内摩擦角和渗透系数逐渐增大。研究孔隙溶液酸碱度对土体基本物理力学性质的影响,可为环境岩土工程实践提供借鉴。
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  基于尖点突变理论及Spearman秩次检验的基坑稳定性分析

  李常茂, 薛晓辉, 刘盛辉

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 98-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170643

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  基坑的稳定性评价及预测分析,能及时反馈基坑的变形动态,对基坑工程的安全评价具有至关重要的作用。利用尖点突变理论及Spearman秩次检验对基坑的稳定性进行分析,并利用AR(1)模型剔除基坑原始变形序列的相关性,以探讨数据相关性对基坑稳定性分析结果的影响;随后,再利用灰色模型对基坑的变形进行预测,以分析基坑变形的发展趋势,验证稳定性分析的准确性。经实例检验,结果表明:尖点突变分析与Spearman秩次检验的稳定性分析结果一致,均得出基坑变形将趋于稳定,且剔除基坑变形序列的相关性将使稳定性分析结果趋于保守和安全;同时,灰色模型外推4个周期的变形均呈减弱趋势,与稳定性分析结果相符。通过上述3种分析方法能从不同方面对基坑的稳定性进行评价及预测分析,具有较好的一致性,为类似工程实践提供了一定的参考依据。
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  采空区超细粉煤灰注浆充填材料正交试验及回归分析

  庞建勇, 姚韦靖, 王凌燕

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 103-108. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170283

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  注浆法处理煤矿采空区,浆材的选择至关重要。通过正交试验的方法,测试大掺量超细粉煤灰条件下水泥粉煤灰注浆材料的各项物理力学性能,讨论了不同水固比、固相比、水玻璃掺量对浆液凝结时间、析水率、结石率以及不同龄期无侧限抗压强度的影响。结果表明:水固比对浆材各项性能的影响最为显著,固相比其次,水玻璃掺量最小;各配比浆液结石体28 d的抗压强度一般＞1 MPa,且后期强度仍持续增长,90 d强度较28 d强度提高了60%以上。通过曲线拟合的方法,得出抗压强度随配比的回归公式和随龄期的预测公式,为工程注浆施工提供参考依据。
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  基于K-means聚类方法和I Index聚类有效性检验指标的岩体结构面自动分组及应用

  王俊智, 杜朋召, 牛兆轩

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 109-113. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170290

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  岩体结构面产状数据的统计分组是工程地质、水文地质工作中基础但十分重要的环节。常用的倾向、走向玫瑰花图和极点等密度图人为主观因素大,需借助合适的数学手段对结构面产状数据进行客观划分。基于K-means聚类方法和I Index聚类有效性检验指标,提出了一种岩体结构面自动分组方法,并开发了岩体结构面自动分组程序RDAP。通过与经典文献进行对比,验证了所提分组方法的可靠性。最后,以某工程为例,使用RDAP对实测涌水裂隙资料进行了预处理,初步计算了灌浆钻孔的最佳方位,为工程涌水的防治提供了依据。
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  黄土的动变形特性及模型研究

  石娇, 张希栋

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 114-120. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170678

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  利用SDT-20型双向动三轴仪对原状黄土和重塑黄土的动变形特性进行研究,定性分析了不同试验参数对原状和重塑黄土动剪切模量和动剪切应变累积特性的影响。基于小应变前提,忽略试样在加载过程中的径向应变,并利用其轴向动应变推算出试样在动力加载过程中的孔隙比变化,作出e-σ_d曲线并分析了黄土试样的动力压缩特性。分析发现,和静力压缩不同,黄土的结构性在动力压缩过程中并没有表现出来,原状黄土和重塑黄土在动荷载作用下经历相似的形变过程,其e-σ_d曲线均存在明显的拐点,原状和重塑黄土均存在临界动应力σ_dc。当σ_d<σ_dc时,黄土的动变形发展缓慢;而当σ_d>σ_dc时,黄土的动变形急剧增大并迅速发生破坏。此外,提出双曲模型对黄土在循环荷载作用下的动应变累积特性进行了描述,并利用差分进化法求得模型参数,发现双曲模型可以较好地描述黄土在动荷载作用下的应变累积特性。
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  硅质岩单面山路堑边坡稳定性影响因素分析

  张莹, 苏生瑞, 于国新, 苏忆, 李景山

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 121-126. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170279

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  为了研究硅质岩路堑边坡的稳定性影响因素,先通过野外调查,总结出路堑边坡的破坏模式主要为滑移—拉裂破坏和受控于结构面的破坏;然后进行单轴压缩变形试验、抗拉强度试验及直接剪切试验得到硅质岩的物理力学参数,为数值模拟提供依据;最后通过有限元强度折减法,分析边坡坡角、结构面间距、开挖坡率及平台宽度4个因素对坡体稳定性的影响。结果表明,边坡坡角对坡体的稳定性影响最大,其次为开挖坡率。由于硅质岩的特殊破坏形式及单面山路堑边坡破坏模式的多样性,在评价路堑边坡稳定性时需要综合考虑各个因素,不可单凭某一因素来判断。研究成果可为其他硬质岩单面山边坡的稳定性评价及支护结构设计提供参考。
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  周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究

  刘汉卿, 浦少云, 刘西金, 陈泽南, 李勤, 郝至诚, 李磊

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 127-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170333

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  为研究周期荷载下岩石疲劳变形特性,基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中的一般黏壶,并在西原模型中串联一个黏性元件,分别建立了可描述周期荷载下岩石变形规律的一维和三维分数阶黏弹塑性本构模型。在高动应力状态下,模型为反映岩石减速、等速、加速3个变形阶段变形规律的岩石分数阶黏弹塑性疲劳本构模型;反之,则为反映岩石减速、加速变形规律的Burgers模型。对既有的岩石疲劳试验结果拟合表明:基于分数阶黏弹塑性模型所建立的岩石疲劳本构方程可较好地描述周期荷载下岩石各种变形特征,拟合系数在0.96以上。研究成果可丰富岩石力学理论,为相关研究提供参考。
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  基于重力增加法的边坡失稳破坏全过程模拟

  刘郴玲, 常晓林, 唐龙文, 周伟, 马刚

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 133-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170376

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  边坡失稳破坏是渐进积累的过程,采用基于重力增加法的连续-离散耦合分析方法弥补了传统边坡稳定分析方法无法反映边坡岩体启动-滑动-堆积的渐进破坏全过程的缺陷。以红石岩边坡工程为实例,在边坡模型的表层岩体中引入界面单元,建立连续-离散耦合的边坡计算模型,模拟边坡临界破坏状态,得到安全系数和滑裂面,并将计算结果与刚体极限平衡法的分析结果进行对比。通过增加重力加速度,获得边坡失稳破坏的渐进破坏全过程。结果表明:2种方法得到的安全系数一致,最危险滑裂面的位置和形状基本吻合,证明基于重力增加法的连续-离散耦合分析方法用于边坡失稳破坏具有可行性。极限平衡法仅用于分析临界失稳状态,不能预测后续滑块的形成,而连续-离散耦合分析方法能进一步模拟边坡临界失稳状态后的边坡破坏全过程,为边坡治理提供有效参考。
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  天然灰岩颗粒接触破损试验研究及其分形特性

  刘胜, 徐远杰, 李海腾, 任灵

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 139-142. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170138

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  为了研究非规则岩石颗粒接触破损力学行为及其分形特性,针对两河口天然灰岩颗粒进行了接触压缩试验。采用颗粒的表面分形维数、粗糙度和起伏度,定量表征了颗粒的细观形貌。试验结果表明:颗粒初始分形维数越大,首次破损力越小;加载后,颗粒接触局部范围内的分形维数变小,揭示了岩石颗粒细观形貌对接触破损力学行为的影响。同时利用非接触式数码成像仪动态追踪了试件表面的应变和位移,展示了颗粒接触破损全过程应变和位移的变化。结果显示,非规则岩石颗粒发生接触压缩时,局部应力水平较高,首先在接触局部区域发生破损。
水工结构与材料
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  地震荷载作用下裂缝内水压变化规律研究

  杨凯刚, 李宗利, 张国辉

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 143-147. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170219

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  在地震荷载作用下,混凝土重力高坝含水裂缝快速张开闭合导致水体压缩,产生附加水压,极易引起裂缝失稳。为了探究地震荷载作用下裂缝内水压变化规律,假定裂缝形状为椭圆形,推导出裂缝在地震荷载作用下附加水压计算公式。通过实例分析地震荷载作用对裂缝内附加水压及裂尖应力强度因子在不同方向、不同尺寸以及不同排水率条件下的影响。研究表明:在地震荷载作用下,计算实例的最大附加水压达到初始水压的7.55倍;随着初始裂缝宽度的增大,最大附加水压和裂尖附加应力强度因子快速减小,且初始裂缝宽度越小,排水率对附加水压的影响程度越大;裂缝倾斜角度对裂尖附加应力强度因子影响不显著。研究结果可为进一步研究地震荷载作用下重力高坝中裂缝的稳定性提供理论基础。
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  PVA纤维掺和胶凝砂砾石材料的力学性能研究

  金光日, 方涛, 王俊锋, 张鑫月

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 148-153. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170330

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  随着胶凝砂砾石坝(CSG Dam)的应用,对CSG材料的力学性能研究亦有所增加。为改善CSG材料的强度及破坏变形率等力学性能,选取天然砂砾石为原材料,采取等骨料级配及砂率,通过掺和纤维及选用不同胶凝材料用量、龄期等参数以正交试验方法研究设计配合比,并通过试验及回归方程分析CSG材料力学性能。结果表明:CSG材料掺和PVA纤维能较好地改善原材料的延性,且将试件破坏形态由脆性破坏转化为延性破坏,特别是掺入3%PVA纤维时,试件的抗压及劈拉强度均达到最大值。研究成果可为CSG今后在坝体材料上的推广运用提供科学依据。
水利工程建设与管理
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  浅谈灌溉试验站建设与运行管理

  李亚龙, 袁念念, 范琳琳, 乔伟, 付浩龙

  长江科学院院报. 2018, 35(9): 154-158. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170269

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  灌溉试验是发展高效节水灌溉、促进灌区现代化建设的重要依据。根据多年从事灌溉试验和灌溉试验站管理经验,结合灌区现代化建设需求,对灌溉试验站建设与运行管理进行了深入探讨,认为:灌溉试验站应具备试验研究、资料收集、技术推广、技术培训、学术交流和节水科普等功能;建设内容包括大田试区、测坑试区、大型蒸渗器试区、气象观测站、实验室、水源工程及灌排系统、办公生活区等;应加强选址、设计、施工和验收等环节的建设管理。最后,从机构队伍建设、财政支持、科研合作、评价考核等方面提出了灌溉试验站运行管理的建议。研究成果可为新建试验站建设与规划和已有灌溉试验站的升级改造提供参考。