2019年, 第36卷, 第4期　
刊出日期：2019-04-01

  

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  长江科学院院报. 2019, 36(4): 0-0.

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专家特约稿
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  重力坝多滑面深层抗滑稳定计算的优化方法

  彭文明

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 1-8. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181267

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  《混凝土重力坝设计规范》(NB/T 35026—2014)给出的多滑面深层抗滑稳定计算方法,以条块抗力ΔQ_i满足内力平衡条件求解抗力作用比η。由于ΔQ_i与水平向的夹角φ_i各不相同,规范方法进行ΔQ_i的标量求和没有物理意义,未能真正满足内力矢量平衡。因此,规范方法理论体系不严谨,在φ_i不相等时求解结果可能是错误的。鉴于规范方法的不足,以条块之间的剪力Q_i替换ΔQ_i,对规范公式进行修正,并提出基于单变量η的迭代求解方法,解决了规范存在的问题,提高了多滑面稳定计算的实用价值。通过典型算例和工程实例,进一步验证了规范方法的不严谨可能导致不可接受的计算错误,同时证明了文中提出的优化方法的准确性和实用性。
江湖泥沙与治理
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  溃堤洪水与堤后冲刷研究综述及展望

  张昕健,渠庚,范北林,朱勇辉

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 9-12,38. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171143

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  由于堤防溃决后灾害损失严重,世界各国对于溃堤洪水与堤后冲刷问题均给予了高度的重视。从理论研究、数学模型计算和物理模型试验3个方面对该问题进行了综述。概括总结了目前国内外溃堤洪水冲刷研究的发展历程、研究进展和相关成果,分析归纳了3种研究手段的优势与存在的问题,认为目前单一手段难以满足现阶段溃堤洪水与堤后冲刷研究的需要。如何建立一个适用范围广、模拟精度高、能发挥各种研究手段优势的综合研究方法是未来该问题研究的重要方向。今后仍需加强溃堤洪水与堤后冲刷问题的理论研究,并加大试验监测设备的开发力度,为防洪减灾提供有力的技术保障。
水资源与环境
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  滇池入湖河流水质目标精细化管理需求研究

  姚云辉,马巍,施国武,蒋汝成,戍国标

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 13-18. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181028

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  容量总量控制和水质目标管理是有效落实“水十条”和河湖长制的重要抓手,也是加强滇池水污染综合治理与湖泊水质保护的最佳管理办法。以变化条件下滇池流域水资源条件和独特的水循环过程为背景,采用精细化的数值模拟手段,重新核算了滇池水环境容量;同时分析了滇池水环境容量的时空动态变化特征,提出入湖河流水质浓度的分区和分时段控制限值,并制定滇池主要入湖河流水质目标控制与精细化管理方案。研究成果可为滇池流域全面推进河湖长制提供科学的技术支持。
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  雨量站网分布对雨量插值算法及径流响应的影响

  汪青静,杨欣玥,陈华,许崇育,曾强,徐坚

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 19-26. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170624

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  为比较雨量站网密度及分布对不同空间插值算法的影响,选取6种雨量站密度的不同分布,采用4种空间插值算法对研究区2006—2014年的日降雨进行插值,并将面均雨量作为新安江模型的输入,分析和比较其降雨径流响应。结果表明:①雨量站网空间分布越均匀,降雨插值误差越小,其径流模拟的精度也越高;②在雨量站网均匀布置的情况下,各空间插值算法的插值结果差异较小;雨量站网布置不均匀时,站点数目越少各空间插值算法插值结果差异越大;③计算点雨量时,考虑空间变量的克里金法能更准确地计算日降雨的结果;计算面雨量时,不同插值算法间差异较小,建议选用计算简便的插值算法,比如泰森多边形、反距离权重法。
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  生态净水系统对富营养化园林水体的净化效应研究

  许铭宇,刘雯,谭广文,黄少斌,吴劲华,卢艺菲,陈平

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 27-31. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170878

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  为研究水生动植物组合对富营养化园林景观水体的净化效应,将秋枫(Bischofia javanica)、水蓑衣(Hygrophila salicifolia)、苦草(Vallisneria natans)、叉尾斗鱼(Macropodus opercularis)、中华圆田螺(Cipangopaludina cahayensis)和生物质焦材料组合成生物处理系统,以富营养化园林水体为治理对象,研究了生态净水系统中水生动植物的生长状况,对水体中TN,TP,COD,NH⁺₄-N,NO^-₂-N等污染物的净化效果以及系统在消除水中孑孓的作用。结果表明:净水系统中无蚊子幼虫出现且水生动植物生长状况良好,对水体中TN,TP,COD,NH⁺₄-N,NO^-₂-N等有较好的去除效果,其去除率分别可达64.4%,49.5%,65.7%,73.8%,82.6%;TN,COD,DO等指标均符合地表水(GB 3838—2002)Ⅳ类水标准,而NH⁺₄-N则符合Ⅱ类水要求。应用生态净水系统对于去除富营养化水体中主要污染物和蚊虫滋生起到了一定的作用,系统中各组成要素各司其职,技术友好,有助于实现可持续性水生态修复。
防洪减灾
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  含水率变化对荆江河岸黏性土体力学特性的影响

  刘昭希,王军,宗全利,周银军

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 32-38. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180867

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  河岸土体的物理及力学特性是影响崩岸过程的主要因素之一。为研究土体含水率对荆江河岸土体力学特性的影响,于2017年对荆江8个典型崩岸断面进行调查取样,采用实测资料分析、室内土工试验和理论分析相结合的方法,全面地分析了荆江河岸土体组成及力学特性;并结合2016年实测数据定量研究了含水率对荆江河岸黏性土体抗剪强度指标的影响,以及含水率变化对河岸稳定性的影响。结果表明:荆江河岸为上部黏性土、下部非黏性土的二元结构;随含水率的增大,黏聚力先增大后减小,而内摩擦角持续减小;通常黏粒含量越大,其黏聚力峰值越大;含水率与抗剪强度指标存在定量关系;河岸在枯水期稳定性较高,在涨水期较为稳定,在洪水期和退水期稳定性较差。研究结果可供河岸崩岸治理工程技术人员参考。
工程安全与灾害防治
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  基于空间分布的混凝土坝变形缺失信息估计方法

  胡添翼

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 39-42. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171163

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  混凝土坝变形监测数据是典型的时空数据,但是在工程实际中由于种种原因,一些测点的变形序列往往会出现遗漏、缺失等问题,为分析这些测点的变形情况带来了不便。从混凝土坝结构的整体性出发,基于数据缺失测点空间邻近的数据完整测点的变形序列,对其缺失段进行建模和估计,提出了空间邻近点回归插值法和空间反距离加权插值法。工程实例验证表明,提出的缺失信息估计方法操作简单明了,且具有较高的估计精度。
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  西南山区泥石流灾害与厄尔尼诺-拉尼娜事件时空耦合关系分析

  高云建,陈宁生,胡桂胜,邓明枫

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 43-48. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170988

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  研究在厄尔尼诺-拉尼娜事件的影响下西南山区泥石流灾害的时空分布特征,将有助于为泥石流灾害的预测预报提供基础指导。根据统计数据,结合GIS空间分析技术,研究西南山区泥石流灾害事件与厄尔尼诺-拉尼娜事件的时空耦合关系。研究结果显示:厄尔尼诺-拉尼娜事件年西南山区泥石流灾害暴发频率在时间上总体呈增加趋势,且拉尼娜年发生频次多于厄尔尼诺年;厄尔尼诺-拉尼娜事件年西南山区泥石流灾害暴发在空间分布上主要集中于藏东南山区、横断山区、滇东北、贵州西部、贵州西南部、滇西北、大渡河及雅砻江流域等地区;厄尔尼诺-拉尼娜年西南山区泥石流灾害点的降雨量总体上大于多年平均降雨量。西南山区泥石流灾害事件与厄尔尼诺-拉尼娜事件存在明显的关联性,研究两者关系特征,将有助于对西南山区泥石流灾害进行多方位、准确合理的预测预报。
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  基于PFC2D的土体缓冲落石冲击能力研究

  江巍,宋鹏程,陈玮,王彦海,毛聪

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 49-54. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171069

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  常用的拦石墙、棚洞等落石防护措施均需布置土体来缓冲落石造成的冲击力,其缓冲能力在进行防护措施结构设计时应合理考虑。颗粒流程序PFC2D(Two-dimensional Particle Flow Code)可有效模拟落石冲击土体和结构的动态过程,用来分析不考虑土体缓冲效应下的落石冲击力,结果与瑞士算法基本一致,略大于日本算法。进一步地,取不同厚度的素填土、粉质黏土和砂质粉土3种缓冲土层,分析不同坠落高度条件下落石经过土体缓冲后对结构的冲击力,发现土体的缓冲能力与土层厚度、缓冲能力与坠落高度均大致呈指数函数关系;坠落高度对缓冲能力的影响基本不随缓冲土体选材改变而变化;同样厚度条件下粉质黏土缓冲能力最大,素填土次之,砂质粉土最小。研究成果表明实际工程中缓冲土层厚度宜设定为2~3 m。
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  基于LS-SVM模型的白水河滑坡台阶状位移预测

  李仕波,李德营,张玉恩,李杰

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 55-59,76. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170944

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  滑坡位移是滑坡变形破坏最直观的表现,滑坡位移预测成功与否对于判别滑坡的演化趋势至关重要。滑坡位移曲线是受多种影响因素共同作用的非平稳时间序列,以三峡库区白水河滑坡为例,利用HP滤波分析方法提取滑坡位移的趋势项,趋势项位移主要是由滑坡自身特征决定的,具有较明显的非线性递增特性,采用多项式对其进行拟合预测;周期项受多种诱发因子(滑坡演化阶段、季节性降雨、库水位升降等)影响,利用最小二乘支持向量机模型(LS-SVM)对其进行训练与预测。将趋势项和周期项拟合预测结果叠加即为累计位移预测值,结果表明在监测点ZG93和XD-04的预测中,LS-SVM模型均具备较高的评价精度,在台阶状位移特征的滑坡位移预测中具有较好的适应性。
水力学
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  琴键堰水力特性数值模拟

  胡晗,杨伟,侯冬梅

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 60-66. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171116

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  为了探究琴键堰水力特性,采用VOF模型模拟了琴键堰运行时的三维流场,采用Lempérière的试验结果验证了VOF模型数值模拟方法的可靠性。通过不同几何结构的琴键堰进行的正交数值试验,确定了影响琴键堰泄流效率的主要几何参数;并针对这些几何参数,进行了数值仿真计算和理论分析,推导了琴键堰的新流量计算公式,经验证,该公式最大相对误差为6.7%,平均相对误差为3.7%。研究成果可为琴键堰的设计和工程应用提供可靠理论依据。
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  盘道岭隧洞除险加固工程糙率原型观测及过流能力分析

  胡普年

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 67-70,76. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170949

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  盘道岭隧洞为长距离无压隧洞(长15.723 km),因地层岩性复杂、地质条件恶劣,出现了裂缝、表面混凝土剥蚀、地下水外渗等安全隐患。于2013年9月实施了除险加固,在洞壁套衬了最小衬砌厚度为0.25 m的钢筋混凝土,减小了隧洞过水断面。加固后隧洞表面较原隧洞光滑,糙率有所减小。隧洞过流能力能否满足设计要求,糙率是关键,常规计算及试验难以满足精度要求,为此进行了原型观测。介绍了糙率原型观测的理论依据、观测手段及方法,并对各段观测糙率的合理性及泄流能力进行了分析。观测分析表明:疙瘩沟矩形明渠段、隧洞进口未加固段、隧洞进口加固段和隧洞出口加固段的糙率分别为0.013 07,0.015 49,0.011 16,0.010 52,结合观测断面内的水位测定值,分析得出盘道岭隧洞经除险加固后过流能力满足设计要求。观测成果可为类似引调水工程优化设计、节约工程投资提供科学依据。
岩土工程
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  伞型锚在鄂北调水工程膨胀土临时边坡加固中的应用

  程永辉,王满兴,熊勇

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 71-76. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171050

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  膨胀土地层具有深层裂隙发育的地质特征,导致膨胀土高边坡在开挖过程中出现边坡稳定问题。常用的加固或防护措施对膨胀土临时高边坡的变形适应能力较差,且经济性较低,新型预应力伞型锚加固技术是一种新的解决途径。针对鄂北地区水资源配置工程中膨胀土渠坡开挖过程中出现的工程问题,开展了预应力伞型锚加固膨胀土高边坡现场试验及应用推广评价。结果表明:预应力伞型锚施工快速且抗拔力大,可有效地控制边坡变形发展趋势、保证边坡临时稳定;结合推广应用段边坡的安全监测数据,验证了伞型锚在膨胀土临时边坡快速加固中具有较好的推广应用价值。
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  基于有限差分法的下伏岩溶对桩基承载特性的影响

  谢书萌

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 77-81. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171226

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  为探求下伏岩溶对桩基承载特性的影响规律,基于现场静载荷试验,采用FLAC3D有限差分软件对5种溶洞顶板厚度、5种顶板跨度、5种溶洞高度以及3类顶板围岩类别进行正交数值模拟试验。试验结果表明:其他条件一定时,桩基承载力与岩溶顶板厚度、顶板围岩强度成正比,与岩溶顶板跨度成反比,与溶洞高度无直接影响;溶洞等软弱下卧层对上方桩基的最大影响深度为3倍桩径,继续增大顶板厚度对桩基极限承载力的提高效果不大;溶洞尺寸与桩径相仿(L≤2D)时,对桩基承载力影响不大,溶洞尺寸继续增大则极限承载力有较明显下降;岩体强度在11.5 MPa以下时,承载力随岩体强度的增大有较大的提高,岩体强度达到11.5 MPa以后,继续增大岩体强度,其承载力增幅不明显。研究结果可进一步深化、完善现行的岩溶发育区桩基础的设计并指导施工,具有一定的理论意义及工程应用价值。
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  压实黄土非饱和增湿变形过程及其微观机制

  邵显显,张虎元,何东进,苏振妍,张国超

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 82-87,92. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170914

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  为了研究黄土的非饱和增湿变形特性,对不同压实度的黄土分别进行分级浸水的增湿变形试验,对其从非饱和状态增湿至饱和过程中的变形特性进行对比研究,提出了压实黄土增湿变形的临界孔隙比。通过扫描电镜试验(SEM)和压汞试验(MIP),分析了压实黄土的增湿变形特性与其微观结构之间的关系。结果表明:竖向应力条件下,当压实黄土的初始孔隙比大于临界孔隙比时,孔隙比将随饱和度增大呈指数函数递减,并趋向于临界孔隙比;当压实黄土的初始孔隙比小于临界孔隙比时,孔隙比随饱和度增大不变。压实度为70%时,黄土内部具有大量大于颗粒尺寸的大孔隙,增湿变形较强;压实度达到90%时,黄土内部孔隙尺寸远小于大部分颗粒尺寸,增湿变形很弱。在水力耦合作用下,压实度为70%的黄土的孔隙结构变化很大,颗粒边角相互摩擦变圆,颗粒排列定向性明显加强;而压实度为90%的黄土的孔隙结构变化较小,集粒内部弱胶结作用的破坏使颗粒更趋于棱角状,颗粒排列定向性无明显变化。研究结果为明确黄土的增湿变形机制提供了参考。
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  应用GA-BP神经网络预估砾类土的最大干密度

  饶云康,丁瑜,许文年,张亮,张恒,潘波

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 88-92. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180281

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  建立砾类土最大干密度预估模型,为控制砾类土工程填筑压实质量、选取满足工程压实性能要求的砾类土提供最大干密度预估参考。颗粒级配是决定砾类土最大干密度的关键因素,收集并整理得到92组砾类土数据,以全级配(d₁₀～d₁₀₀)作为BP(GA-BP)神经网络的输入变量,利用遗传算法优化BP神经网络的初始权值与阀值,构建基于BP神经网络和遗传算法的砾类土最大干密度预估模型,并与BP神经网络进行对比。86组训练样本预估结果的平均相对误差为0.54%,决定系数为0.983;6组检测样本预估结果的平均相对误差为0.57%,证明该网络模型泛化性能良好。采用GA-BP神经网络,由全级配能较好地预估砾类土最大干密度,收敛速度、预估精度及泛化性能均优于标准的BP神经网络模型。
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  玄武岩残积土环剪试验研究

  张浪,雷学文,孟庆山,李勇

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 93-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170850

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  为准确了解土体大剪切位移下的力学特性,利用环剪仪对不同剪切方式、剪切速率下玄武岩残积土的峰值强度与残余强度进行研究,找到适合玄武岩残积土的剪切方式和剪切速率,并在此基础上分析干密度与含水率对峰值强度和残余强度的影响。试验结果表明:已经形成剪切面的试样,能很快达到残余强度状态,预剪与多级剪所得试验结果偏大,应选用单级剪;剪切速率对峰值强度影响较大,而对残余强度影响相对较小,剪切速率大的试样出现“漏水”与“挤土”现象,容易对结果造成偏差;随着干密度的增大,峰值强度增大,残余强度先减小后不变;含水率越大,峰值强度和残余强度越小,玄武岩残积土存在明显的遇水软化现象。研究结果可为玄武岩残积土坡的稳定性分析与灾害防治提供参考。
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  水泥-粉煤灰-脱硫石膏固化铅污染土强度特性及预测方法

  崔进杨,王强,宫保聚,姚韦靖

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 98-103. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170904

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  为了研究复合水泥材料固化铅污染土的强度特性,采用水泥、粉煤灰与脱硫石膏混合形成的固化剂(CFG)对铅污染土进行固化处理,基于正交试验的方法进行无侧限抗压强度测试,研究铅离子浓度与CFG掺量对土体强度特性的影响规律。结果表明:固化土的抗压强度随CFG掺量增加而增大,随铅离子浓度增加而降低;养护7 d前铅离子浓度和固化剂掺量对土体抗压强度的影响,前者大于后者,而7 d后后者大于前者;在3,7 d时2种因素对于土体的强度的影响均较小,在14 d时该影响大幅提升,到28 d时影响特别显著。结合试验成果,提出了基于养护龄期和CFG掺量的强度预测公式,研究成果可供从事铅污染土修复工作的科研人员参考。
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  桩-海洋黏土界面剪切性状试验研究

  郭聚坤,寇海磊,许泓霖,雷胜友

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 104-108,117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171138

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  桩-土界面剪切性状制约着桩基受力特性,对研究桩-土相互作用机理具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行海洋黏土与钢板、混凝土板的界面剪切试验,研究不同含水率、不同固结时间的海洋黏土与钢、混凝土界面的剪切应力-剪切位移关系。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系表现出较好的弹塑性关系,可用双曲线模型表示;随着法向应力增大、含水率减小和固结时间增长,界面峰值剪切应力增大,所需峰值剪切位移增加,峰值剪应力的增加集中在固结开始后的14 d内;界面摩擦角和界面黏聚力随含水率增加而减小,界面摩擦角受固结时间影响不大,集中在20°～23°范围内,界面黏聚力随固结时间增加而增大,且集中在固结开始后的14 d内。研究成果可为海洋桩基工程沉桩阶段阻力估算及数值模拟提供参考。
水工结构与材料
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  多维荷载对不同含水率混凝土渗透性的影响

  张彬,杨硕,周军霞

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 109-112. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171115

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  为研究多维荷载对不同含水率混凝土渗透性影响,利用ZYS-1煤岩多功能三轴渗透仪进行不同试验条件下三轴渗透性试验,研究了轴压、围压、孔隙压上升过程中渗透系数的变化趋势,并分别得出渗透系数特征曲线。试验结果表明:混凝土的渗透系数与轴压、围压呈负指数的关系;混凝土渗透系数对围压的敏感性更高,在围压较低时混凝土的渗透系数随围压变化较快;在围压或轴压的作用下,混凝土的渗透系数趋于稳定时,混凝土的渗透系数随着其含水率的增加呈现递减趋势且对混凝土含水率的敏感度逐渐降低。上述研究成果对研究和提升混凝土的耐久性具有重要意义。
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  渣改性粉煤灰基地质聚合物材料早期性能和结构研究

  赵献辉,刘春原,左丽明,刘宇飞,庞云泽

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 113-117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170616

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  常温常压下NaOH溶液激发F级粉煤灰凝胶材料由于强度发展慢而固化不理想。利用碱渣来改性碱激发粉煤灰基地质聚合物材料的性能,通过抗折抗压强度及XRD、SEM-EDS和FTIR试验对材料的早期力学性能和微观结构进行研究。结果表明:碱渣掺量27%时,60 d胶砂抗压强度增加了1.4倍;碱渣降低了粉煤灰基地质聚合物中沸石晶体的结晶度;可溶性Ca²⁺使得改性材料凝胶趋于形成粘结性更强的粒状含钙类沸石相地质聚合物;碱渣能促进Si-O-Al链聚合以及Ca²⁺、Na⁺吸附。碱渣对粉煤灰-NaOH溶液材料的早期力学性能和微观结构改性效果显著,为固废碱渣的综合利用提供了新思路。
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  梁动力分析的集中质量矩阵严格生成方法

  高岱恒,郭宏伟,郑宏

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 118-122,139. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20170997

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  在对梁振动进行有限元分析时,现有的质量矩阵对角化技术忽略了转角自由度所对应的质量,导致生成的集中质量矩阵失去了其正定性,这对时域分析以及频域分析等都造成了相当大的不便。采用数值流形方法,首先在单位分解法框架下,从Hermite插值中取回单位分解和局部近似;其次通过流形上的积分来求得集中质量矩阵;最后再回到单元的集中质量矩阵。相对于一致质量矩阵的计算,集中质量矩阵的计算精度有了一定的提高,特别是对于求解高阶模态时的速度提升尤为显著。该方法有着严格的数学基础和力学基础,为二维乃至三维结构的动力计算提供了新思路。
信息技术应用
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  县级农村饮水安全信息监管平台设计与实现

  王维东,刘树波,涂国庆

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 123-128. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171206

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  “十三五”期间是农村饮水安全工程巩固提升的重要阶段,工程措施是重要基础,信息化等非工程措施是重要技术支撑手段。基于此,设计实现了一个服务于农村饮水安全巩固提升的信息化监管平台,主要汇聚辖区内各类分散、异构的农饮工程SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)数据进行集中管理与应用。平台采用地址目录服务器注册及协商机制实现异构网络间的网路互通,采用通信服务器中间件对异构网络协议的报文进行解析和封装,解决了农饮工程分布式SCADA系统的网络级同步和系统接口级互联问题。该平台运行1 a多的实践表明,生产管理更及时、更全面,行业监管更到位、评价更客观,供水保证率和保障率均有明显提高。
第28届全国土工测试学术研讨会专栏
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  珠三角软土原位测试的工程实践及成果应用效果分析

  陈富强,杨光华,孙树楷,官大庶,朱思军

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 129-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180907

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  为了扩大原位测试技术在珠三角软土工程中的应用和验证用十字板剪切试验推算软土的抗剪强度指标计算方法的可行性,以珠海某软土填方边坡和广州南沙某基坑工程中软土原位测试与工程应用为例,开展了原位测试结果与室内指标的对比分析和成果应用效果分析。结果表明:原位测试能较好地反映软土的实际状态,用十字板剪切试验推算的软土抗剪强度参数值大于室内土工试验得到的参数值;在珠三角地区用《港口工程地基规范》( JTS 147-1—2010)中附录J方法推算得到的软土的黏聚力偏大,超出经验范围值,所以尚不宜直接用于工程设计。建议进一步对原位测试数据的应用开展相关理论研究,以扩大应用范围。
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  纳米MgO改性滨海水泥土的直剪试验及微观机理

  张陈,李娜,王伟,袁俊平,姜屏,吴王意,傅克贤

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 135-139. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180910

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  为研究纳米MgO对滨海水泥土的改性效果,对纳米MgO改性水泥土(简称NmCS)进行了力学试验和微观测试。通过室内直接剪切试验,研究了纳米MgO的掺入比对水泥土力学特性的影响规律;利用扫描电镜的微观测试方法,观察不同纳米MgO掺入比的NmCS试样的微观结构,分析了纳米MgO改善水泥土强度的机理。结果表明:①纳米MgO改性水泥土强度存在最优掺入比,本次试验对应最优掺入比为10‰;②未掺入纳米MgO的滨海水泥土以小颗粒-松散结构为主,纳米MgO掺入比为10‰的NmCS微观结构最为致密,宏观表现为力学强度的提高。研究结果对现场使用纳米MgO改性水泥土的最优掺量提供试验参考。
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  弱膨胀土在浸水膨胀过程中的微观结构变化特征

  陈宝,潘燕敏,路晓军,喻达

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 140-144,150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180925

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  为探究膨胀约束条件对膨胀土水化稳定后微观结构的影响,对河南一处膨胀土开展了不同荷载下室内一维膨胀变形试验,并采用真空冷冻干燥法对初始和膨胀稳定后的土样脱湿,然后进行扫描电镜试验和压汞试验,测定土样微观结构类型和孔隙分布的情况。扫描电镜试验结果表明:重塑膨胀土呈紊流结构,颗粒排布没有明显的方向性;在允许体积膨胀的条件下,颗粒中的伊蒙混层羽翼状边缘被充分水化,边缘更为光滑,粒间连接也变弱,土体从紊流结构逐渐过渡为粒状堆叠结构。压汞试验结果表明:不同荷载下土样的孔径分布曲线均为三峰曲线,土中的孔隙按照等效孔径大小可以分为大孔隙、小孔隙、微孔隙和超微孔隙。与初始土样相比,恒体积膨胀条件下,土样中的小孔隙被压缩成微孔隙。在上覆荷载为0 kPa和50 kPa的侧限膨胀条件下,由于上覆荷载小于土的膨胀力,土颗粒能够推开其旁边的颗粒,所以土中各类型孔隙的体积含量均增多。
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  微观结构对膨胀土土-水特征曲线的影响

  齐道坤,潘燕敏,张亮

  长江科学院院报. 2019, 36(4): 145-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180917

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  为了探究膨胀土吸湿过程土-水特征曲线与微观结构变化的关系,采用渗析法和气相法对南阳原状膨胀土的持水特性进行研究,获得了土样在全吸力(0.01~309 MPa)范围内的土-水特征曲线。利用Van Genuchten模型对试验结果进行拟合;采用扫描电镜试验和压汞试验测定吸湿过程中土样微观结构的变化,从微观的层面对膨胀土土-水特征曲线的趋势进行分析。研究表明:在吸湿过程中,膨胀土的微孔隙和大孔隙体积含量增多,小孔隙体积含量减少;吸湿过程中小孔隙和微孔隙体积含量的动态变化使得膨胀土表现出在土-水特征曲线没有拐点的情况下持续增湿的特性;大孔隙体积含量的变化只影响土-水特征曲线的边界效应段,但是影响较小。