长江科学院院报

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长江科学院院报. 2019, 36(12): 0-0.

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水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究进展

卢金友, 朱勇辉

长江科学院院报. 2019, 36(12): 1-9. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191064

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在水利枢纽尤其是水库的拦蓄与调节作用下,下游河道的来水来沙条件显著变化,将导致下游河道不平衡输沙,引起河床冲刷与再造。水利枢纽下游河道的河床冲刷与再造过程,兼具床沙冲刷—粗化—交换—悬移质恢复等多过程耦合的微观水沙运动特性,以及泥沙冲淤—床面形态变化—纵比降改变—河型河势调整等多尺度复杂响应的宏观形态变化。国内外相关研究主要通过实测资料分析、理论研究、实体模型试验和数值模拟等手段,从微观机理和宏观规律2个主要方面开展。归纳和总结了国内外水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究成果,对河床冲刷与再造实体模型试验和数值模拟中的模型沙选择、泥沙恢复饱和系数等关键技术问题的研究进展进行了分析,并指出了需要进一步研究的重点和亟待解决的科技难题。

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长江源区河流地貌及水沙特性

闫霞, 周银军, 姚仕明

长江科学院院报. 2019, 36(12): 10-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180673

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长江源区河网密布,多数河流仍处于自然演变过程中,河谷地貌保存完整。基于实地踏勘资料,结合 SRTM3 DEM 对长江源区部分河流河谷地貌及水沙特性进行了分析。研究河流涵盖长江北源楚玛尔河、正源沱沱河、南源当曲、干流通天河及支流布曲、尕尔曲。根据河谷形态及河流地貌,可将这些河段归纳为3类:高原冲积型、丘陵坦谷型和高山峡谷型。其中:高原冲积型河道平面多呈游荡或多股分汊;丘陵坦谷型河道平面呈单一或分汊态势;高山峡谷型河道则为单一河道。研究时段内,长江源3个源头中,当曲流量最大,沱沱河流量大于楚玛尔河;输沙量则表现为沱沱河最大、楚玛尔河其次,当曲最小。泥沙分析发现:平面呈游荡状态的河流,其泥沙特征与其他河型有明显不同,具有悬移质含沙量大、粒径粗且均匀,床沙粒径较细的特点。相关分析显示河道宽度与水流含沙量呈正相关关系,初步说明了游荡河型产生的原因。

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基于MOD16的东江流域地表蒸散发时空特征分析

刘玉婷, 李恒凯, 王秀丽

长江科学院院报. 2019, 36(12): 16-22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180970

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流域内蒸散特征及其变化原因对于保持能量平衡和水循环有关键作用。基于MOD16遥感数据集,分析东江流域地表蒸散发年际和年内的时空分布规律以及不同土地覆被类型的地表蒸散发时空特征。结果表明:①东江流域蒸散值(ET)整体呈中游>下游>上游的态势,而潜在蒸散发值(PET)呈下游>中游>上游的趋势。②10 a中,ET值波动较小,而PET值则相对波动较大,二者在2014年后均有增加趋势。③年内各月ET呈单峰型,ET值较高的月份集中在5—10月,最高月份在9月,ET值较低的月份集中在12月—次年2月,最低月份为2月;其次,流域内四季的ET均值表现为秋季>夏季>春季>冬季。④不同土地利用类型下,年尺度上,ET表现为裸地>耕地>城市用地>草地>林地;PET表现为城市用地>耕地>草地>林地>裸地;月尺度上,ET与年尺度基本一致,且冬季ET变异系数较高,夏季较低;在林地,四季ET的变异系数均较低,离散程度小。研究结果为预防东江流域的旱涝灾害提供理论依据。

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三峡区间TMPA和IMERG卫星降水产品精度评估

王汉涛, 张潇潇, 赵牧晨, 舒卫民

长江科学院院报. 2019, 36(12): 23-27. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180725

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为了验证卫星降水产品对地面站点降水观测数据的可替代性,研究利用地面站点观测数据,采用统计分析方法,对三峡区间流域TMPA 3B43V7、GPM IMERG卫星降水产品进行月尺度下的精度评估。结果表明:2种卫星降水产品表现出较好的一致性;在流域上游地势平坦区域纬度较低,卫星降水产品精度相对较差;在流域下游高山峡谷地形纬度较高,卫星降水产品精度较好;卫星降水产品具有替代地面站点降水观测数据的潜力,在三峡区间流域具有一定的适用性。研究成果可为应用卫星降水产品进行三峡区间流域水文模拟、降水趋势分析等奠定基础。

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三种土壤质地工程堆积体坡面流速及产沙特征

李建明, 王一峰, 张长伟, 王文龙, 黄金权, 王志刚, 张冠华, 白芸

长江科学院院报. 2019, 36(12): 28-35. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190134

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生产建设项目工程堆积体由于土壤质地、砾石质量分数差异较大,导致侵蚀过程流速及产沙特性发生变化。通过人工模拟降雨试验,研究砂土、壤土及黏土3种土壤质地堆积体的流速与产沙特性。结果表明:①堆积体坡面流速在产流开始3 min内递增,随后趋于稳定;②小雨强时砂土堆积体侵蚀主要发生在产流的中后期,壤土堆积体发生在产流前期和中期,而黏土堆积体的侵蚀发生在整个降雨过程,21 min后的累计产沙量占次降雨总产沙量砂土、壤土和黏土堆积体分别为52.3%~95.6%、29.6%~44.9%和42.1%~50.0%;③产流历时、雨强与径流率、入渗率、流速、产沙率均呈显著相关性;④雨强增加1.5~2.0倍,3种土质堆积体侵蚀量增大1.2~39.8倍。相同雨强下砂土堆积体侵蚀量是壤土的6.0~6.3倍,是黏土的3.2~3.5倍;相同砾石质量分数下砂土堆积体侵蚀量分别是壤土和黏土的5.0~9.8倍和2.7~3.8倍。研究成果对于明确含砾石堆积体侵蚀过程机理具有重要意义,并为建立堆积体侵蚀预报模型奠定基础。

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运营公路隧道的变形机理分析及危险性评价

贺华刚

长江科学院院报. 2019, 36(12): 36-42. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180398

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为合理评价运营隧道的安全现状及危险性发展趋势,提出利用BP神经网络和V/S分析构建运营隧道的危险性预测模型。首先,基于运营隧道所处的环境条件,分析其变形机理;其次,根据相关安全等级划分标准,评价运营隧道的安全现状;最后,利用优化BP神经网络构建运营隧道的变形预测模型,再利用V/S分析判断运营隧道的危险性发展趋势,以实现运营隧道的危险性预测。以嬉野隧道为实例进行验证,结果表明:运营隧道的变形影响因素较多,主要包括渗水因素、空洞因素、衬砌劣化因素及长期应力作用因素等;隧道的安全现状等级为Ⅴ级,危险性高,且沉降变形判断得到的危险性等级要高于水平收敛判断得到的危险性等级;变形预测结果和危险性趋势分析结果具有较好的一致性,均得出该隧道的危险性将会进一步增加,验证了BP预测和V/S分析2种模型在运营隧道危险性预测中的适用性和可靠性。研究成果为公路隧道的后期运营提供一定的指导。

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多波束测深技术在长江某水厂取水管现状检查中的应用

黎建洲, 刘源, 邹双朝

长江科学院院报. 2019, 36(12): 43-46. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180472

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长江水质浑浊、流速较大,传统水下建筑物现状检查方法如潜水摸查和水下视频录像不再适用,而利用多波束测深技术进行全覆盖扫测,并对水下高精度点云数据三维建模,能够实现水下建筑物现状可视化和缺陷定量分析。针对长江某水厂取水管现状检查工程,利用Kongsberg EM2040C(双探头)多波束测深系统,通过设计测线、选择合适的波速角和发射角,利用自适应滤波算法对获取的高精度、高分辨率水下点云数据进行精细处理,结果能准确反映取水管破残现状和破损位置,为该水厂取水口修复项目提供了可靠的基础数据资料。应用成果对类似工程的现状检查和加固修复具有一定的借鉴意义。

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基于EEMD与SE的IPSO-LSSVM模型在坝肩边坡变形预测中的应用

李桥, 巨能攀, 黄健, 王昌明, 赖若帆, 剪鑫磊

长江科学院院报. 2019, 36(12): 47-53. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180545

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坝肩边坡变形在外部因素影响下呈现出不确定性和随机性,从而不易预测。基于聚类模态分解(EEMD)、样本熵(SE)和改进型粒子群算法优化的最小二乘支持向量机(IPSO-LSSVM)方法,提出一种名为EEMD-SE-IPSO-LSSVM的坝肩边坡变形预测模型。首先,利用EEMD将原始坝肩边坡变形时间序列分解为若干个不同复杂度的子序列,并基于SE判定各子序列的复杂度,将相近的子序列进行合并重组以减少计算规模;然后,分别对各重组子序列建立IPSO-LSSVM预测模型;最后,将各预测分量进行叠加重构,得到最终的大坝变形预测值。以澜沧江苗尾水电站左岸坝肩边坡为例,将BPNN、RBFNN、LSSVM、EEMD-SE-LSSVM与EEMD-SE-PSO-LSSVM进行对比研究。结果表明,该模型的计算精度优于其他神经网络模型,具有较好的适宜性和稳定性,是一种可靠的坝肩边坡变形预测方法,能够为大坝安全监测提供有价值的参考。

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人工免疫算法优化双支持向量机在拱坝变形预测中的应用

曹延明, 井德泉, 刘春高

长江科学院院报. 2019, 36(12): 54-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180639

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为了能够通过监测数据直观反映出坝体是否处于稳定运行状态,采用人工免疫算法优化的双支持向量机方法,对高拱坝变形数据进行了拟合预测分析,双支持向量机与标准支持向量机相比极大地提高了计算速度,在进行批量重复计算中计算效率明显提升。针对双支持向量机计算结果受参数影响较大且参数多的问题,引入人工免疫算法搜寻双支持向量机参数,人工免疫算法在遗传算法的基础上保留了一定数量的较优解,提升了算法的搜索效率。工程算例分析表明,参数对双支持向量机结果影响较大,通过人工免疫算法搜寻最优参数后,双支持向量机能够较好地拟合拱坝坝体变形数据,预测结果符合工程精度要求,最大误差仅为1 mm左右。

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适合多目标种群的窄深型仿自然鱼道研究

王智娟, 朱世洪, 周赤, 黄明海, 姜伯乐

长江科学院院报. 2019, 36(12): 59-64. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181062

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传统的仿自然鱼道断面以宽浅型为宜,但对于某些水头较高、河道狭窄的水电站,为了降低工程造价,并增加过鱼目标种群数量,需要建成窄深型的仿自然鱼道。窄深型仿自然鱼道内各项水力参数受边壁及内部结构影响较大,水流结构复杂,易产生流速集中、旋涡等不利流场,为了形成满足多种群鱼类上溯的水流条件,需要开展全面的研究。按照将流场“垂向分层、横向分区”的研究思路,有效利用窄深型断面的特点,结合理论分析、三维数值模拟和物理模型试验的方法,分层分区地满足不同鱼类的上溯条件,在解决了工程问题的基础上,实现了对窄深型仿自然鱼道水力学特性的初步探索研究,增加了仿自然鱼道建设的选择多样性。

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基于混沌理论的明渠湍流速度特征

夏伟, 陈和春, 王继保, 刘超凡, 陈艳超, 陈仕桐

长江科学院院报. 2019, 36(12): 65-70. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180389

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为了揭示湍流运动的混沌特征规律,选择明渠水槽试验,采用ADV测量沿程衰减的湍流速度场,结合混沌理论,对湍流速度时间序列进行相空间重构,计算对应的混沌特征参数(延迟时间、关联维度、Lyapunov指数、Kolmogrov熵),探究明渠湍流速度混沌特征。分析结果表明:明渠湍流具有混沌特征;安装湍流控制板后,沿水深向上方向和水流方向,湍流的混沌特性不断减弱;进一步通过与湍流统计平均参数比较表明,混沌特征参数的强弱能够反映出湍流涡结构在空间耗散和消亡的变化规律。

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基于应力与速度时程分析的边坡开挖爆破裂纹扩展研究

梁瑞, 王树江, 周文海, 黄小彬, 熊征宇, 王建勇

长江科学院院报. 2019, 36(12): 71-77. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180614

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为研究边坡单孔爆破过程中裂纹扩展形态特征,利用ANSYS/LS-DYNA建立边坡单炮孔模型,基于爆破过程中能量释放的2种形式对裂纹形态进行模拟分析,并对3处不同位置的裂纹尖端单元进行应力与速度时程曲线对比分析。研究表明:以连续的裂纹尖端单元应力变化率与速度变化率为参数可用于分析不同裂纹扩展形态,随裂纹尖端处应力变化率增大易产生轴向延伸,随速度变化率增大易产生径向延展;模拟得出两裂纹平均应力波变化率之比约为2.25倍,与不同药包形式的应力波衰减比例关系较为吻合。研究成果可为岩体开挖爆破设计提供一定的参考。

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循环荷载下土体动应力响应特征及pH值变化对其影响

汤连生, 巫燕萍, 赵占仑, 赵璐, 陈浩昆

长江科学院院报. 2019, 36(12): 78-82. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180622

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为探究循环荷载下土体内动应力响应特征及pH值变化对动应力累积效应的影响,对不同pH值花岗岩残积土进行了室内循环荷载试验。通过试样内埋设应力盒的方法,实时测得不同pH值试样内动应力响应值。试验结果表明:循环荷载下土中动应力和累积变形都随着循环次数的增加而增大;加载时,酸碱处理过的试样峰值应力显著增大;卸载后,碱处理过的试样残余应力也增大,且碱性越强,峰值应力和残余应力增长的幅度越大;碱性试样的动应力和变形均大于酸性试样和未经酸碱处理试样;动荷载下土体内部的附加应力滞后于应变,应变又滞后于外荷载。酸碱度的差异对花岗岩残积土的动应力响应有较大影响,实际工程中应对此问题予以重视。

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速凝浆液岩体倾斜裂隙注浆扩散模型研究

裴启涛, 丁秀丽, 黄书岭, 景锋

长江科学院院报. 2019, 36(12): 83-90. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180733

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针对以往渗透注浆扩散模型常以水平平板裂隙面为前提,未考虑岩体裂隙面产状对注浆扩散机制的影响问题,选取工程地质灾害处理中常用的水泥-水玻璃双浆液(C-S浆液)为速凝类注浆材料,将C-S浆液流型看成是具有黏度时变性的宾汉流体进行分析。基于流体力学理论及粗糙裂隙等效水力开度的确定方法,同时考虑了浆液自重作用的影响,建立了恒速率注浆条件下反映浆液黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型。在此基础上,推导了浆液扩散区内的黏度及压力时空分布方程,定量确定了注浆压力与注浆时间及浆液扩散距离的关系。最后,借助于室内试验和有限元分析程序,研究了恒速率注浆时不同裂隙面产状下的浆液扩散规律,并将数值模拟结果与理论计算值进行对比,进一步验证了所建立的注浆扩散模型的有效性和合理性。研究成果可为注浆工程速凝类浆液注浆参数的确定提供借鉴。

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超大直径空心独立复合桩的竖向承载力计算方法

冯忠居, 胡海波, 董芸秀, 戴良军, 冯凯, 文军强

长江科学院院报. 2019, 36(12): 91-95. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180438

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超大直径空心独立复合桩是由空心桩、外围水泥搅拌桩和桩周注浆土体共同承载的新型桩基础。为确定该新型复合桩在安徽省江淮地区不同工况下的竖向极限承载力,引入等效弹性模量,提出了超大直径空心独立复合桩承载力计算方法;在此基础上,对比了数值计算和理论计算结果,提出能综合反映桩身尺寸影响的复合桩竖向极限承载力公式。研究结果表明:引入等效弹性模量这一概念将非均质的弹性模量等效为均质的弹性模量,将显著降低超大直径空心独立复合桩竖向极限承载力计算的复杂性,桩径和桩长对超大直径空心独立复合桩的竖向极限承载力产生较大影响;引入综合考虑桩径和桩长的影响因子D_L,使得改进的理论公式更加可靠。计算方法为今后类似工程的桩基承载力预估提供了理论参考。

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受酸腐蚀砂岩力学性质及孔隙结构变化研究

霍润科, 王国杰, 李曙光, 任振中, 韩飞

长江科学院院报. 2019, 36(12): 96-101. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180043

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为研究酸性环境下砂岩的力学性质以及孔隙结构的变化,对酸液腐蚀后的砂岩进行了单轴压缩试验和孔隙率的计算,探讨了腐蚀时间和酸液浓度对砂岩力学参数和孔隙率的影响。结果表明:酸性溶液对砂岩腐蚀情况显著,浸泡后,砂岩孔隙率增大,电镜扫描图孔隙面积明显增加,且溶液浓度越大,腐蚀时间越长,孔隙体积越大;受酸腐蚀砂岩单轴抗压强度和弹性模量降低显著,试验结束后,pH=1硫酸溶液和pH=3硫酸溶液砂岩单轴抗压强度分别降低31.59%和26.99%,弹性模量分别降低64.46%和62.26%;基于次生孔隙率,构建化学损伤变量,并建立了化学损伤变量同力学参数的关系式;砂岩力学参数的降低与次生孔隙率的变化具有较好的一致性。

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微震法岩爆监测及其在荒沟电站地下厂房区的应用分析

周朝, 尹健民, 周春华, 艾凯

长江科学院院报. 2019, 36(12): 102-106. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180572

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近年来,深部地下洞室开挖诱发的岩爆地质灾害问题日益突出,以岩体微破裂定位为特色的微震监测技术被广泛应用于地下工程的岩爆监测与预警。以荒沟抽水蓄能电站地下厂房区为背景,针对开挖过程中局部围岩出现的轻微岩爆现象,构建微震监测系统进行岩爆监测预警,并对监测期前两个月的微震活动进行了分析。结果表明:微震系统可以有效地捕捉高频的爆破事件和低频的微震事件;微震事件活动频度与现场爆破开挖施工强度呈正相关;厂房上游侧拱肩和下层排水廊道与厂房安装间交汇部为岩爆潜在风险区。研究成果可为地下洞室的安全施工和稳定性评价提供技术支撑。

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改性钠羧甲基纤维素加固粉砂土水稳性及稳定机理分析

杨晴雯, 裴向军, 黄润秋

长江科学院院报. 2019, 36(12): 107-112. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180459

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土壤加固剂可改善土体理化特性。选择改性钠羧甲基纤维素(M-CMC)为加固剂,以粉砂土为加固对象,研究M-CMC加固粉砂土水稳性及稳定机理。开展不同加固剂掺量下加固土湿化崩解试验进行崩解状态监测和完全崩解系数(C_R)测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,试样开始崩解的时间延时、崩解产物中粗粒含量增加、悬浮粒减少,C_R快速降低,当掺量达0.9%时,加固土样无崩解。进一步对试样的渗透性、基质吸力、抗剪强度、化学组分及微观结构进行测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,加固土样团聚体粒径增大、渗透性减小、基质吸力增大、抗剪强度提高。研究成果表明:M-CMC在土颗粒表面产生“包裹效应”、相邻土颗粒间产生“吸附效应”、相隔土颗粒间产生“连接效应”,使得土颗粒由镶嵌点接触转变为面式接触和链式连接,形成网状胶结结构团聚体,从而提高加固土水稳性。

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基于非饱和蠕变模型的滑坡长期变形数值模拟

王力, 王琳, 王世梅, 郭飞, 邹良超

长江科学院院报. 2019, 36(12): 113-120. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180532

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绝大多数滑坡的发生都与水直接相关,滑坡土体经常处于非饱和状态,而坡体的失稳破坏大都经历了一个时间过程,即滑坡变形具有蠕变性质。因此,绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程,数值模拟时考虑渗流耦合蠕变效应更能符合滑坡变形的真实状态。根据前期研究成果所得的非饱和土非线性蠕变模型及其三维形式,采用试验数据对模型进行验证。由于常规商业有限元软件没有提供适合特定土体的非饱和蠕变模型,编制了基于渗流及蠕变耦合计算的有限元计算程序,并利用该程序对树坪滑坡在库水位变动下的变形过程进行了数值模拟。结果表明,计算结果与实际变形的监测值趋势比较接近,说明本文所建立的蠕变模型合理,编制的程序可靠,可用于实际滑坡的长期变形计算。

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二级垛式悬臂式挡土墙的受力与变形特征分析

邵先锋, 朱克亮, 刘流, 杨泰朋

长江科学院院报. 2019, 36(12): 121-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181026

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为了考察剁式挡土墙的变形机理,基于有限元方法,对上下两级挡土墙尺寸相同、填土面倾斜、上下两级挡土墙相互搭接情况下二级垛式悬臂式挡土墙的土压力及填土变形进行对比分析,计算结果表明:填土侧向位移的最大值发生在上墙的墙踵板附近,下墙具有向临空面倾覆的趋势,上墙随着填土位移而产生一定的背离临空面的旋转。上墙与下墙墙踵板受到的竖向土压力均呈现非线性特征,距离墙根越近,竖向土压力越小;距离墙根越远,竖向土压力越大。二级垛式悬臂式挡土墙失稳时填土中有2个滑裂面,第一滑裂面基于下墙墙踵板根部贯穿于填土中,第二滑裂面基于上墙墙踵板根部贯穿于上部填土中。研究结果可为垛式悬臂挡土墙的设计与应用提供理论参考。

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黄土-砂岩二元结构路堑高边坡失稳机制模拟分析

叶帅华, 赵壮福, 时轶磊

长江科学院院报. 2019, 36(12): 126-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180678

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在地质背景复杂的西北地区进行路堑开挖的工程中遇到了大量以上部为黄土层、下部为砂岩层的典型二元结构路堑高边坡。为确定黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的失稳变形机制,依托兰永线高速公路K35+092段工程,利用有限元分析软件GEO-studio建立了黄土-砂岩二元结构路堑高边坡开挖全过程的数值模型。通过对边坡在分步开挖卸荷过程中的坡顶水平位移、竖向位移、深层水平位移、边坡稳定性安全系数变化,以及边坡在开挖状态下应变模拟结果的分析,对黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的破坏特征以及失稳破坏机制进行了较为系统的研究。研究结果表明:黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的结构特点、地层岩性决定了其失稳变形机制,在开挖卸荷过程中,坡顶水平位移不断增大,土体内塑性应变累积,边坡稳定性逐渐降低;黄土-砂岩二元结构路堑高边坡中的软弱夹层充当“滑动垫层”,起到“润滑”以及“弱化边界”的作用,是边坡潜在的不稳定因素之一;随着路堑边坡的刷方卸荷,上覆黄土坡体发生滑移破坏并对下伏砂岩坡体产生巨大的冲击力,而下伏坡体顺层剪出破坏产生的“联动作用”再次引发上覆坡体的滑塌下错,致使边坡整体失稳。为避免类似黄土-砂岩二元结构路堑高边坡失稳滑塌的发生,可采用框架预应力锚杆支护结构对边坡进行加固。

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海相淤泥质土地基加筋滤网碎石桩竖向承载性能试验研究

董炳寅, 胡瑞庚, 水伟厚, 时伟

长江科学院院报. 2019, 36(12): 133-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180713

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为研究加筋滤网碎石桩竖向承载性能,对现场海相淤泥质软土地基,采用预成孔加筋滤网碎石桩处理。通过超重型动力触探、平板载荷试验对处理效果进行评价,分析加筋滤网碎石桩单桩竖向承载性能。通过建立加筋滤网碎石桩单桩有限元模型,分析加筋滤网包裹长度对碎石桩单桩承载性能的影响规律。结果表明:加筋滤网碎石桩单桩竖向承载力特征值约是普通碎石桩的2.4倍;加筋滤网对碎石桩的侧向约束作用、承载力贡献均存在尺寸效应,对HP470型加筋滤网,当桩体直径大于1 200 mm时,加筋滤网对桩身的侧向约束作用减弱,对承载力的提高作用减小,碎石桩体发挥主要作用;加筋滤网碎石桩(2～3)d(d为桩径)深度范围内桩体碎石密实度对单桩竖向承载力有显著影响,对由桩顶至3d深度范围内的碎石经3 000 kN·m能级强夯加固,单桩竖向承载力特征值较夯前提高约4.1倍;当竖向荷载P=200～250 kPa时,对于HP470型加筋滤网,在满足承载力和变形的要求下,可选择包裹长度6d为最小包裹长度。研究成果可为加筋滤网碎石桩优化设计提供依据。

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粉煤灰中残留氨检测方法的影响因素分析

殷海波, 黄明辉, 张锐, 王万翔, 刘倩

长江科学院院报. 2019, 36(12): 139-143. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180426

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为了准确地检测出粉煤灰中残留的氨含量,分析了纳氏分光光度法、中和滴定法和氨气敏电极法检测粉煤灰中残留氨含量的主要影响因素,探讨了这3种检测方法的主要影响因素的最佳值选取,研究了3种方法结果的相关性。结果表明:影响纳氏分光光度法的主要因素为浸提剂、浸提固液比和浸提时间,最佳值选取分别为0.05 mol/L H₂SO₄、1∶10和30 min;影响中和滴定法的主要因素为吸收溶液、氢氧化钠加入量和蒸馏时间,最佳值选取分别为0.05 mol/L H₂SO₄、0.2 g和30 min;影响氨气敏电极法的主要因素为提取液和搅拌时间,最佳值选取分别为去离子水和[10,25] min。同时,这3种方法检测结果的相关性较好。研究成果探究了适用于有效定量检测粉煤灰中残留氨的方法,为控制和限定粉煤灰中残留氨提供检测基础。

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不同温度条件下混凝土导热系数影响因素研究

曹国举, 宫经伟, 马利, 张莹, 张梦丽, 赵毓奇, 刘相金

长江科学院院报. 2019, 36(12): 144-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180085

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为了研究混凝土在不同温度条件下的导热系数变化规律,利用单因素试验方法,以骨料体积分数、砂率、水胶比、饱和度粉煤灰掺量、矿渣掺量为因素,采用QTM-500导热仪测试混凝土在不同温度条件下(-30～20 ℃)的导热系数,并分析各影响因素对混凝土导热系数在不同温度条件下的变化规律,最终得出混凝土导热系数与各因素之间的预测方程。结果表明:混凝土导热系数与温度呈负相关性;混凝土导热系数随着骨料体积分数的增大而增大,随着砂率的增大而减小;干燥状态下,混凝土导热系数随着水胶比的增大而减小;饱和状态下,混凝土导热系数大于干燥状态下混凝土导热系数,随着温度的降低,尤其在0～-10 ℃时,混凝土导热系数骤增;混凝土导热系数随着粉煤灰、矿渣掺量的增加而减小;通过对试验结果进行多元回归,得到了混凝土导热系数与各因素之间的计算模型,该模型预测精度较高。研究结果可为混凝土结构内部温度场的精确计算、保温隔热性能以及表面裂缝的控制提供理论依据。

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基于灰度理论QFD的水电工程施工管理系统研发

周剑, 雷畅, 郑强, 魏鹏帅, 丁高俊, 卞小草

长江科学院院报. 2019, 36(12): 151-156. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180700

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为实现在有限研发资源条件下,水电工程施工信息化管理产品的功能及用户体验综合最优,缩短产品研发周期,利用质量功能展开(Quality Function Deployment,QFD)理论结合灰关联分析和GM(1,N)灰度模型,对专家打分所得“小样本”、“贫信息”进行生成,提取需求重要度及技术特性重要度信息,用以快速指导信息系统的功能设计及技术资源配置。该方法应用于某大型水电站工程,根据所得重要度排序完成产品功能及技术方案设计,研发出一套施工信息管理系统,实现了基于建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术的质量评定、隐患巡检、进度仿真信息化管理,有效提升了工程施工管理水平。

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深水大型沉井内部地形探测方法与实践

芦云峰, 谭德宝, 刘勇, 占建, 周云龙

长江科学院院报. 2019, 36(12): 157-163. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190850

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为了解决沉井施工监控中内部地形探测这一难题,在分析了探测作业环境特点基础上,提出了封闭环境下深水沉井的探测方法,利用三维多波束实时声呐系统在瓯江北口大桥成功采集到沉井内部地形数据。采用GIS技术构建了沉井内部地形三维场景数据,结合测绳探测数据和现阶段沉井取土方案,验证了探测的井底地形高程精度满足施工要求,论证了数据对井底地表形态特征的表达是可信的,表明提出的探测方法是可行的。在分析探测数据过程中发现:结合探测数据图像颜色的明暗和空间几何形态特征,能辨识出不同的取土分区和分布特征,通过GIS技术对取土分区及地形高程进行可视化分析,可以为沉井施工确定取土方式、位置和范围提供辅助数据。

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堤防隐患物探技术研究现状与展望

周华敏, 肖国强, 周黎明, 陈志学, 张敏

长江科学院院报. 2019, 36(12): 164-168. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180602

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堤防隐患探测对维护水利工程安全运行,提高堤防抗洪能力具有重要意义,物探检测法是堤防隐患无损探测的最佳方法。从堤防隐患的电导率、介电常数、速度等地球物理参数出发,归纳当前隐患探测常用的物探方法,详述相应的技术理论、发展现状、适用性和局限性。提出未来堤防隐患物探技术应加强隐患物性特征分析;重视隐患物探方法的正反演理论研究;引进三维地球物理探测,提高隐患探测精度;建立多种物探方法与地质、钻探等手段相结合的综合探测方法;研究堤防时移物探技术,监测隐患发展动态;促进物探成果信息化等。

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基于能量衰减系数的弹性波CT反演

徐复兴, 刘海涛, 熊友亮, 吴蒙蒙

长江科学院院报. 2019, 36(12): 169-173. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181334

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为了解决弹性波计算机断层(Computed Tomography,CT)工程速度反演在地下孤石探测时效果较差的问题,借鉴电磁波CT能量衰减方式进行弹性波CT衰减系数反演,以直达波第一个波峰幅值平方作为波形能量值,进行距离校正后,作归一化处理,拟合出单炮震源与检波器间扇形区域的介质整体衰减系数。根据拟合相对误差,计算出震源到各检波器间介质直线衰减系数,反演出衰减系数剖面,作为异常判别依据。经过武汉地铁机场线孤石弹性波CT勘察工程实际应用,结果表明:衰减系数反演对于小缺陷的灵敏性高于速度反演;衰减系数反演得到的衰减系数相对极差大于速度反演得到的速度相对极差,更利于异常划分。研究成果可供弹性波CT工程技术人员参考。

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2019年, 第36卷, 第12期　
刊出日期：2019-12-01

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