2019年, 第36卷, 第3期　
刊出日期：2019-03-01

  

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  长江科学院院报. 2019, 36(3): 0-0.

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专家特约稿
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  GRS结构与MSE结构的性能差异及评价方法

  徐超, 罗敏敏

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180905

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  GRS(Geosynthetic Reinforced Soil)结构是指加筋间距不超过30 cm、填料压实度超过95%的加筋土体;MSE(Mechanically Stabilized Earth)结构则是加筋间距相对较大的加筋土体,即目前工程中常用的加筋土结构。相比于MSE结构,GRS结构的加筋间距更小、压实度更高,一般表现出与MSE结构不同的受力机制和结构性能。通过模型试验,对比研究GRS结构和MSE结构在竖向沉降、侧向位移、筋材应变等方面的性能差异,以加深对这2种加筋土结构的认识。试验结果表明:GRS结构的侧向位移明显小于MSE结构,GRS结构中筋材的应变较小且分布更为均匀;这说明GRS结构与MSE结构在结构性能上确实存在明显的区别。此外,还将部分试验实测数据与相关计算评价方法的理论值进行了对比分析,发现适用于MSE结构的现有评价方法通常并不适用于GRS结构;这种评价方法上的差异进一步说明了GRS结构和MSE结构之间存在较大的差别,因此需在工程设计中引起注意并区别对待。
江湖泥沙与治理
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  长江源曲麻莱段河床沉积物分布特征

  周森, 周银军, 王军, 闫霞, 范北林, 温忠辉

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 8-12. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170863

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  基于长江源通天河曲麻莱河段河床沉积物测量和分析,通过各参数的统计及对比,探讨沉积物粒度的基本特性及时空分布规律。结果表明:取样河段沉积物以沙砾石为主,由跃移质和悬移质成分组成,无滚动沉积,粒度参数和频率分布曲线特征显示长江源曲麻莱段河床沉积物分选较差,自然分布频率曲线多为双峰,是较典型的河流动力沉积物。而阶地沉积物则为多峰,分选差,应为河流与冰川共同作用的结果;同一断面河槽附近沉积物粒径较粗,与水流动力分布一致;洲滩沉积物粒径的垂向分布呈现粗细交替的基本规律,可反映不同历史时期河道水文节律以及青藏高原气候的定性变化。沉积物粒度的垂向分布可以为河流历史形态复原和水力反演提供基本数据。
水资源与环境
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  镁矿渣酸溶释出镁离子的特征及影响因素研究

  黎睿, 汤显强

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 13-18. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170981

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  为评估镁矿渣用于人工湿地填料回收磷的潜力,分析了镁矿渣酸溶释出镁离子的特征及影响因素。结果表明:当镁矿渣颗粒直径 <150 μm(100目)时,颗粒浓度为5 g/L时,随着浸出时间的延长,浸出液中镁离子浓度逐渐增加,浸提5 h后镁矿渣中镁离子达到浸出平衡,浸出量不再发生变化;浸出溶液中镁离子的浓度随着浸提液中盐酸浓度的降低而逐渐下降。当镁矿渣颗粒直径 <150 μm时,盐酸浓度为1 mol/L,浸出时间为5 h时,增大浸出液中镁矿渣浓度,镁离子的浸提效率反而降低。当浸提盐酸浓度为1 mol/L,浸出液中镁矿渣浓度为5 g/L时,镁离子的浸出量达到最大值,为117.70 mg/kg。通过对比浸出前后镁矿渣中镁形态发现,在最佳浸提条件下,浸出的镁几乎全部为酸可溶态(占比达92.00%)。浸提后镁矿渣粒径减小,比表面积增大,其矿物晶格受到破坏,对溶液中的磷吸附能力得到强化。理论上对污水中磷的去除能力可达810 mg/kg,是一种极具潜力的磷回收材料。
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  澜沧江流域旱涝特征变化及其与季风之间的关联性研究

  唐见, 翟文亮, 曹慧群

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 19-25. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170749

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  探讨澜沧江流域旱涝特征变化与季风之间的关联性,对于区域旱涝灾害的成因、机理和预测等重大科学问题的理解具有重要的意义。区域研究多侧重于揭示流域旱涝时空演变规律,而关于澜沧江流域的旱涝与季风的相互关系研究还较少。基于标准化降水指数(SPI12)、季风指数和水汽通量对澜沧江流域1957—2015年旱涝时空变化特征进行分析,探究澜沧江流域旱涝变化与季风指数的相互关系,并从水汽通量输送角度出发,进一步揭示季风对澜沧江流域旱涝变化影响的潜在驱动机制。研究结果表明:①流域旱涝特征具有明显的区域差异,下游区域是旱涝多发区;②流域干旱多于雨涝,且干旱频次在年和季节时间尺度上都呈现增加变化趋势;③澜沧江流域干旱和雨涝的频次主要存在3~5,8~15,20~25 a的3种周期性变化特征;④干旱和雨涝发生时段,南亚季风和高原季风指数与流域的SPI12指数相关性较强,受南亚季风和高原季风的输送距离影响,2种季风指数与SPI12指数的相互关系呈现区域差异性。研究结果有助于了解澜沧江流域旱涝时空变化特征,能够为防御旱涝灾害提供科学决策依据。
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  基于BP神经网络的MIKE SHE模型参数率定

  郭怡, 吴鑫淼, 郄志红, 冉彦立

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 26-30. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170992

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  为了更精细地对水文全过程进行描述和解析,更准确地构建分布式水文模型,以丹麦Karup流域为例,对MIKE SHE模型的饱和导水率、饱和带水平水力传导系数、河床透水系数进行了参数率定,模拟流域的日径流过程。结果表明:基于BP神经网络反分析的参数率定方法比MIKE SHE模型参数自动率定计算得到的均方根误差RMSE小,模型效率系数Ens更接近1;采用BP神经网络反演率定参数后,3组测试样本的日径流模拟过程的RMSE分别为0.04,0.03,0.08 m³/s,Ens均为0.99,且模拟结果能较好地反映径流的实际变化趋势。因此,这种基于BP神经网络反分析的参数率定方法对构建分布式水文模型具有一定的价值。
水土保持与生态建设
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  南亚典型国际河流柯西河流域土地覆被空间分布特征

  梁欣, 孔博, 杜荣祥, 于欢

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 31-36. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170822

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  作为南亚极为重要的跨境河流,柯西河横跨中国、尼泊尔、印度三国。流域内部海拔落差巨大,土地覆被类型多样,生态系统完整,是研究土地覆被及全球气候变化的敏感区之一。将土地利用本底数据叠加DEM和TRMM3B43详细分析了柯西河流域土地覆被类型的结构和空间分布特征,并进一步分析了该流域土地覆被类型与地形、气象因子之间的相关性。结果表明:①柯西河流域土地覆被类型可分为裸地、林地、灌木、旱地、水田、建筑用地、河流、湖泊、冰川/永久积雪、河漫滩、盐碱地、人工园地、沼泽地、草地共14类,其中水田面积最大,约占流域总面积的32.56%,其次是林地占18.89%;②地形因子对土地覆被类型影响巨大,由南向北随着地形的起伏,主要土地覆被类型依次表现为水田、林地、旱地、灌木、裸地、冰川、草地的垂直地带性;③土地覆被类型与气候因子相关性较强,随着降雨量由少变多,土地覆被优势类型依次表现为裸地、草地、灌木、冰川/永久积雪、林地、水田。开展柯西河流域的土地覆被研究对该流域土地资源合理利用、生态环境保护具有重要的理论和实践意义,同时也能为中国倡导的“一带一路”国际区域经济合作战略提供基础数据保障。
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  坡耕地水土流失防治新材料W-OH固化剂对大豆和玉米生长特性的影响

  孙金伟, 张冠华, 杨贺菲, 张平仓

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 37-39. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171176

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  坡耕地是土壤侵蚀发生的主要策源地,有效控制坡耕地的土壤侵蚀才能控制面源污染,促进土壤结构的优化。分析了应用水土流失防治新材料W-OH固化剂后,土壤的抗蚀效果及对大豆和玉米2种农作物植株高度、净光合速率和气孔导度的影响。结果表明:大豆和玉米对W-OH的响应存在差异,且同种作物的生长在不同浓度W-OH溶液处理下也存在差异。总体表现为:喷施W-OH溶液后土壤的抗蚀能力增强,低浓度W-OH溶液处理下作物生长较好,高浓度处理下的作物生长受抑制或死亡。因此,在W-OH的应用过程中应结合具体作物设计合理的喷施浓度。研究成果将为后续新材料在坡耕地水土流失防治中的应用提供参考依据。
防洪减灾
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  松滋江堤防洪保护区洪水风险研究(Ⅰ)——模型的建立与验证

  刘亚, 姚仕明, 朱勇辉, 邹骥

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 40-45. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170987

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  长江中下游地处冲积平原,洪水灾害较为频繁,沿江堤防是生命财产和生产设施的第一道屏障。其中荆江河段洪水峰高量大,且两岸支流众多、江湖关系复杂,防洪形势尤为严峻。以上荆江松滋江堤防洪保护区为研究对象,分析了可能产生的堤防溃口;在对复杂的荆江—洞庭湖水系进行概化的基础上,建立一二维耦合数学模型,研究了1 000 a一遇洪水条件下松滋江堤发生溃决后长江干流及防洪保护区内的洪水演进过程,并以最大淹没水深、淹没时间及最大流速为风险要素,分析了保护区内的洪水风险分布情况。文章共分为2篇,此为第一篇,旨在阐述一二维耦合数学模型建立与率定验证过程。
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  平原感潮河网地区河道洪水对村镇内涝的影响

  魏乾坤, 刘曙光, 钟桂辉, 胡子琛, 姚忠明

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 46-52. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170868

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  随着平原感潮河网地区城市化快速发展,下垫面变化落后导致河道泄洪能力不足,河道洪水水位明显上涨,村镇内涝灾害日益频繁,已明显制约当地经济发展。在分析平原感潮河网地区村镇内涝影响因素基础上,以典型村镇为例,通过数值模拟方法分析该地区河道洪水对村镇内涝影响。结果显示50 a一遇与100 a一遇河道洪水分别导致村镇排涝水量减少25.17%,55.24%,排涝水量减少对村镇内部河流洪水过程的影响明显。降雨量增大加剧了排涝水量减少对村镇内涝淹没面积扩大的影响。河道洪水可导致村镇内涝淹没面积扩大22%,加剧了村镇内涝灾情。此研究成果可为该地区村镇内涝风险管理提供参考。
工程安全与灾害防治
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  基于MF-DFA法和PSO-ELM模型的基坑变形规律研究

  朱靓

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 53-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170946

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  为准确掌握基坑变形的发展趋势,实现对基坑施工的准确指导,针对基坑变形序列的非线性和复杂性,提出利用MF-DFA法和PSO-ELM模型对基坑的变形规律进行研究。首先,利用MF-DFA法对基坑变形速率序列进行多重分形特征分析,以判断基坑的变形趋势;其次,利用PSO-ELM模型对基坑累计变形序列进行预测,得到基坑变形的预测值;最后,对比两变形序列的分析结果,综合判断基坑的变形趋势。同时,采用实例检验分析思路的准确性。结果表明:MF-DFA法能有效分析基坑变形速率序列的多重分形特征, PSO-ELM模型在基坑变形预测中也具有较高的预测精度,且两者对基坑变形规律的判断的一致性较好,相互佐证了两者分析结果的准确性,为基坑变形规律研究提供了一种新的思路。
水力学
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  台阶式溢洪道渐缩泄槽水深计算方法

  高建新, 傅志敏, 苏怀智

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 59-63. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170998

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  通过在溢流面上布置阶梯式台阶加大了溢流面的“表面糙率”,使得消能作用显著,掺气效果良好,因此其工程应用越来越广泛。但由于泄槽形状特殊,台阶、泄槽尺寸组合情况多样,渐缩式泄槽内水流变化更加复杂,给水力研究带来了一定的难度。在实际工程需求的背景下,参照原有昌桑法计算公式和现有模型试验的测量成果,提出了改进系数法。经复核验证:改进系数法得到的台阶式溢洪道渐缩式泄槽各断面计算水深结果与模型试验量测的相应断面的水深结果十分吻合,相对误差不超过5%,表明此方法精度高,可用于计算台阶式溢洪道渐缩式泄槽水深。改进系数法为完善台阶式溢洪道渐缩式泄槽水力特性研究提供了科学依据,对工程应用具有指导意义。
岩土工程
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  不同干密度下土水特征曲线模型参数确定简化方法

  庄心善, 彭伟珂

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 64-67. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170961

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  为避免获得土水特征曲线模型参数的复杂测试过程,提出了一种确定模型参数的简化方法。通过使用Gardner,Van Genuchten,Fredlund & Xing 3种模型对土水特征曲线数据拟合,发现3种模型相关系数除干密度为1.50,1.60,1.71 g/cm³时Gardner模型的决定系数R²为0.940,0.949,0.953,其他相关系数均超过了0.96,拟合效果较好。对Gardner模型和Van Genuchten模型中各参数进行分析,发现它们与干密度之间有良好的相关性,干密度和各模型参数之间成线性、二次函数和幂函数关系,并据此提出了由干密度确定模型参数的简化方法,具有一定的实用性,期望能为工程提供参考。
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  土工织物淤堵试验装置及方法改进研究

  庞小朝, 朱江颖, 周小文

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 68-73. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171505

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  土工织物在反滤应用过程中普遍存在机械淤堵问题,分析了现有规范中淤堵试验仪的缺陷和试验方法的局限性,对试验仪器及试验方法的改进进行了探讨,并通过淤堵试验,分析了改进仪器的合理性。试验结果表明:基于现有规范中的试验装置及方法得到的梯度比GR值不能直观地反映土工织物自身淤堵的情况,改进后的试验装置能够单独测量土工织物薄层以及土体的渗透系数,通过比较两者渗透系数的变化及其相对大小,即可判断土工织物渗透能力是否会对土体的透水造成影响,从而能更准确地反映土工织物的淤堵情况。
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  动态荷载作用下细砂岩流变损伤力学特性试验研究

  胡华, 胡泽佩, 梁健业, 匡正

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 74-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170243

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  选取软弱砂岩为研究对象,利用RLW-2000M型三轴流变试验机,测试砂岩试样的轴向应力-应变、轴向流变变形、径向流变变形,研究了动荷载频率和幅值对砂岩流变特性的影响;选取轴向应变为损伤变量,推导出损伤度的计算表达式,分析了各因素对损伤度的影响特性。研究结果表明:在动态荷载作用下,轴向与径向变形随着时间的推移而增大,滞回曲线会由稀疏变稠密;轴向、径向变形增量随动载幅值的增大而增大,而随着频率的增大呈减小的趋势;试样的损伤度在突变后趋于稳定,且随着动载幅值的增大而增大。研究结论为揭示动态荷载作用下细砂岩流变损伤演化规律提供科学依据。
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  三轴加载过程中土体剪切带的细观演化规律

  周跃峰, 肖志威, 赵娜

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 79-83. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180904

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  为揭示土体在加载过程中剪切带的细观演化规律,以陕西宝鸡某原状黄土为对象,进行了天然含水率条件下的三轴剪切试验,并在试验过程中采用CT技术进行了实时监测扫描,得到不同应变条件下各断面的CT 切片。基于CT重建技术分析了试样在受荷条件下局部裂隙扩展逐渐贯穿形成完整剪切带的过程,推导了CT值与密度的定量关系,发现了等压固结条件下试样的端部约束效应较明显,揭示了不同应变条件下的CT 值的变化规律。试验结果表明:在峰值强度前试样逐渐压密,在峰值强度后裂隙开始形成,并在接近残余强度时充分发育;各级应变下典型横剖面的局部CT值与密度均呈正态分布,随应变增加波峰位置下降,波形逐渐变宽。研究成果为岩土材料在受力过程的细观演化定量分析中提供了参考与借鉴。
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  湿地湖泊相软土加固方案及固结沉降离心模型试验研究

  朱楠, 刘春原, 王文静, 赵献辉

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 84-89. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170860

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  为研究湿地湖泊相软土的软基加固方案及固结沉降规律,分别进行真空堆载联合预压和水泥土搅拌桩复合地基加固湿地湖泊相软土路基的离心模型试验,对比分析2种方案的沉降发展和土压力变化情况。试验结果表明:相同条件下,真空堆载联合预压固结沉降发展更快,第30天固结度达到80%以上,第90天达到90%以上,且各测点土压力值更小;真空堆载联合预压下路堤横断面沉降分布更均匀,但后期沉降差较大,真空堆载联合预压的工后沉降约为水泥土搅拌桩复合地基的一半,加固效果更好;由含水率测试可知,真空堆载联合预压的影响深度至埋深10 m以下;2个模型的沉降拟合公式都为指数型函数,与实际沉降拟合较好,可预测长期的固结沉降。真空堆载联合预压方案优于水泥土搅拌桩复合地基加固方案。
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  公路泥质砂岩边坡预警判据与参数敏感性分析

  张旭, 周绍武, 李元松, 潘金华, 蒋树

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 90-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170963

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  针对高速公路边坡,以Ⅴ级强风化泥质粉砂岩边坡为研究对象,采用有限元强度折减法,分析边坡的变形与应力应变特点,确定地表测点处的位移临界阈值与变形演化规律,为灾害前兆的识别提供依据。建立变形与安全系数的相关关系,结合现场安全监测与边坡表征现象进行判别,共同建立相应预警判据的综合安全监控体系。同时,考虑因素的主效应与相互间的交互作用,采用均匀设计试验分析了影响边坡稳定性的敏感性因子黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ、坡度α与稳定性的变化关系,强度参数与滑动面的变化规律,以及开挖方式与级别的影响,揭示了各参数的内在联系及其对边坡稳定性贡献率的分异特征。结果表明:非线性回归分析能较好地拟合出稳定性系数F与参数间的二次多项式函数关系,影响因素中材料因素大于几何因素,人工开挖方式与开挖级别的影响较小,滑动面随c和φ的变化规律相反,边坡失稳前存在位移的3阶段演化进程。
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  不同进洞高程隧道洞口段大型振动台模型试验研究

  岳琳琳, 梁庆国, 蒲建军, 张钦鹏

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 98-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170720

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  随着我国“一带一路”战略对中西部铁路建设投资力度的进一步加大,黄土地震区隧道安全问题日渐突出。如目前已建成的宝兰客运专线、兰渝铁路,正在修建的成兰铁路、银西铁路等都穿越黄土地震带。长期以来,进洞高程作为影响黄土隧道洞口段边坡隧道系统动力响应的重要参数,很少得到关注。因此,将进洞高程作为一个关键参数,借助振动台模型试验与数值模拟分析,定性研究了坡-隧系统动力响应的特点,设计了相似比为1∶70的隧道洞口段边坡隧道系统大型振动台模型试验。坡脚进洞和1/2倍坡高进洞模型试验震害观测结果表明:坡-隧系统坡高、坡角、入射地震波、岩土体材料、填筑方式、衬砌结构相同,进洞高程不同,洞口段破坏形态不同,破坏程度各异。进洞高程对衬砌结构加速度响应的影响与激振幅值的大小密切相关,坡脚进洞的加速度响应远远小于1/2倍坡高处进洞衬砌结构的加速度响应。
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  工业废渣复合固化黄土强度特性及影响因素研究

  张豫川, 乔子秦, 高飞, 朱克文, 杨琴

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 103-109. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170837

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  工业废渣配合水泥用于土体固化能有效增加土体强度,提高废渣利用率,具有明显的经济效益和环保效益。将粉煤灰-脱硫石膏-水泥三元凝胶体系运用于黄土固化,使用CaOH₂和NaOH作为活性激发剂形成复合黄土固化剂,通过正交试验以无侧限抗压强度为标准判断固化剂各组分对强度的影响程度,并选取最优掺入比。使用最优掺入比研究了黄土含水率、水灰比和早强剂对复合固化黄土强度的影响,并与水泥黄土进行比较。结果表明:复合固化黄土中后期强度增长率高,90 d强度达到6.85 MPa,相当于20%水泥掺入比的水泥黄土90 d的强度;复合固化黄土的含水率在20%左右时各龄期强度最高。三乙醇胺和水玻璃可用作复合固化黄土早强剂。XRD衍射图谱和SEM微观结构印证了复合固化黄土固化原理和强度规律。
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  基于土体各向异性的雨水入渗渗井试验研究与验证

  冯彦芳, 李顺群, 陈之祥, 夏锦红, 王彦洋

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 110-115. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170956

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  为提升海绵城市建设和运行过程中雨水的利用率,提出了一种雨水入渗渗井装置,并对雨水入渗效果进行了验证。在黏土场地竖向开挖一定深度的渗井孔,并用中粗砂填满,即形成一种雨水入渗装置。利用原位试验对渗井场地中土体的渗流情况进行了测定,得到了入渗过程中不同时刻土体的饱和度。依据数值分析软件ABAQUS对原始黏土场地和设有砂石渗井的黏土场地分别进行了数值模拟,获取了入渗过程中不同时刻土体的饱和度模拟值。将原始场地的饱和度模拟值和设有砂石渗井场地的饱和度模拟值进行了比较,并将在设置渗井的场地进行的原位试验得到的饱和度实测值与ABAQUS计算出的饱和度模拟值进行了对比。研究结果表明:砂石渗井能大幅增加土体的入渗量,且靠近渗井的土体水分入渗量较原始场地平均增长率达到了67.21%;砂石渗井增加入渗的效果随土体深度和距渗井轴心距离的降低而增加。该研究成果期望为海绵城市的建设提供参考。
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  酸碱度对砂岩力学性质的影响及微观结构研究

  戎虎仁, 王海龙, 曹海云, 王占盛, 王大路, 冯梅梅

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 116-119. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170976

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  借助MTS816伺服机和压汞试验仪,对不同pH值溶液侵蚀后的泥质胶结细砂岩进行单轴压缩试验与压汞试验,研究了酸碱度变化对岩石强度破坏及其弱化规律和微观结构方面的影响。研究表明:①水溶液趋于强酸强碱性,即偏酸性和偏碱性均会导致岩石的力学强度降低,力学强度弱化率最大时pH值分别为6和9;②溶液pH>9继续增大、pH<6继续减小,对岩石力学强度弱化率影响很小;③pH值由6降低到2,岩石的峰值强度由76.94 MPa降低到70.91 MPa,弱化率仅为7.83%;pH值由7增大到10,峰值强度由79.89 MPa降低到64.41 MPa,弱化率为18.12%;pH值由10增大到12,峰值强度由64.41 MPa降低到63.00 MPa,弱化率仅为2.19%;④随着溶液酸、碱性的增大,泥质细砂岩的孔隙度和歪度表现出增大的趋势,其中直径<0.1 μm孔隙所占比例变化最大,也是决定侵蚀后岩石力学强度弱化的微观主要因素。该研究定量地得出酸碱度对岩石力学性质的影响与微观结构的变化规律,为更准确研究隧道及地下工程等涉水的岩石工程领域安全、稳定方面提供了新的思路与方法。
水工结构与材料
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  复合激发下石膏对碱渣-粉煤灰浆液性能的影响

  刘春原, 庞云泽, 左丽明, 赵献辉, 刘宇飞

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 120-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170813

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  为有效治理碱渣和粉煤灰,利用两者制备新型注浆材料。通过室内试验,分析研究了由硅酸钠和石膏组成的复合激发剂当中,石膏掺量对注浆材料凝结时间、流动度、无侧限抗压强度和结石体抗冻融性的影响,并辅以SEM和XRD手段,对影响规律做出解释。结果表明:随着石膏所占比例增大,注浆材料性能整体趋势为凝结时间缩短、流动度降低、抗压强度上升,但石膏所占比例在10%之前,凝结时间和抗压强度呈相反变化趋势;石膏掺量越大,结石体冻融循环强度损失值也越大,且前5次冻融使强度下降最显著,之后下降趋势趋于平稳;掺入石膏后体系中有钙矾石生成。研究成果可为碱渣-粉煤灰注浆材料的改良与应用提供参考。
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  有侧压混凝土动态劈拉力学性能试验研究

  吴聪, 彭刚, 肖洋, 黄超, 乔宗耀, 彭竹君

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 126-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170921

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  为模拟混凝土结构在地震等动态荷载作用下的真实应力状态,进行不同侧压力下的混凝土动态劈拉试验。对混凝土劈拉强度、峰值应变、弹性模量等力学性能与应变速率、侧压力之间的变化规律展开深入的分析,并基于统计分布理论改进了Mazars劈拉本构模型。研究结果表明,侧压力作用下混凝土劈拉受荷的力学性能仍具有率效应,应变速率和侧压力的增大均会引起混凝土劈拉强度与劈拉弹性模量的提高,混凝土动态峰值应变会随侧压力增大呈现出先减小后增大的变化规律。改进后的本构模型对不同侧压力下的混凝土动态劈拉应力-应变曲线拟合效果都很好,其中上升段拟合参数c值受应变速率与侧压力的双重影响,而下降段拟合参数A_T和B_T值则主要由试验条件决定。与其他学者的数据进行拟合比较,可以发现该模型具有很好的适用性。
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  二灰稳定三峡库区风化砂三轴试验研究

  雷俊安, 杨俊

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 133-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170948

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  以三峡库区风化砂为研究对象,将其用石灰与粉煤灰质量比为1∶2,1∶3,1∶4的二灰进行稳定加固处理,其中石灰剂量分别为4%,5%,6%,然后进行不固结不排水三轴剪切试验,得到不同二灰掺量下的风化砂抗剪强度指标,并将三轴试验结果与直剪试验结果进行对比分析。结果表明:二灰稳定风化砂试件在不同围压下的应力-应变关系表现为应变软化型;二灰掺量的改变对二灰稳定风化砂内摩擦角的变化影响较小,而对黏聚力的变化影响较剧烈;当石灰的掺入比例一定时,黏聚力随着粉煤灰掺量的增大而增大,而内摩擦角随着粉煤灰掺量的增大呈现先增大后减小的趋势。对比三轴试验和直剪试验结果发现,通过三轴试验得到的黏聚力大于直剪试验得到的黏聚力,但二者得到的内摩擦角相差不大。研究结果可为三峡库区废弃风化砂的再生利用提供参考。
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  再生混凝土吸水率与强度的相关性研究

  纪锋, 陈亮亮, 张鹏, 张红红, 孟兆泽, 马协刚, 任翔

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 139-144. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171028

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  为研究再生混凝土吸水率与强度的相关性,选用5~20 mm的再生粗骨料取代天然粗骨料,以再生粗骨料取代率为10%～100%(每10%为一组,共取10组)、3种不同水胶比(0.3,0.4,0.5)的再生混凝土设计试验方案,并选用普通混凝土(取代率0%)作为对照组。在试验组和对照组共同试验的情况下,探讨养护龄期、取代率、水胶比对再生混凝土吸水率与强度的影响规律。结果表明:当取代率保持在≤50%范围内,用再生粗骨料制作的混凝土抗压强度高并且吸水率较低;再生粗骨料取代率在20%附近时,再生混凝土吸水率最低,劈拉强度最高;再生混凝土吸水率和抗压强度这2个检测指标间存在对数关系;再生混凝土和普通混凝土的劈拉强度与吸水率之间也呈幂函数关系。以上结论为检测混凝土强度提供了新的思路和方法,在实际工程中具有重要的指导意义。
仪器设备与测试技术
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  岩石THMC多因素耦合试验系统研制与应用

  盛金昌, 杜昀宸, 周庆, 李凤滨, 贾春兰, 刘星星, 詹美礼, 罗玉龙

  长江科学院院报. 2019, 36(3): 145-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171049

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  为研究复杂环境下(高应力、高水压、高温、水化学等)岩石渗透特性演化规律,研制了渗流-温度-应力-化学(THMC)多因素耦合作用下岩石渗透特性试验系统。该系统在应力加载系统、渗透压控制系统的基础上扩充了控温系统和化学溶液自配系统,轴向荷载最大可加到1 500 kN,可进行高应力(30 MPa)、高水压(30 MPa)、高温(150 ℃)和低温(-20 ℃)、化学(酸性或碱性环境)等条件下岩石试件的渗透特性测试研究,并可进行岩石变形和渗透、应力耦合的全过程试验研究,是在原有岩石应力-渗流耦合试验设备基础上进一步增加了可直接加载的温度场和与渗流场结合的化学环境对岩石渗流特性的影响而发展的一套全新设备。利用该系统进行了多场耦合条件下岩石的渗透特性试验研究,验证了该试验系统的可靠性,对研究在多物理场耦合作用下岩石介质渗流特性提供了重要研究手段。