2020年, 第37卷, 第12期　
刊出日期：2020-12-01

  

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  长江科学院院报. 2020, 37(12): 0-0.

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专家特约稿
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  长江下游澄通河段通州沙汊道演变新特征

  余文畴, 栾华龙

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200579

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  长江下游澄通河段通州沙汊道为典型的多滩分汊河道,在径潮流共同作用下,河势与航道条件复杂多变。近期该河段实施了一系列河道(航道)整治工程后,通州沙西水道涨落潮流归顺主槽,该水道淤积萎缩态势得到缓解,但疏挖拓展后的水深条件难以维持,西水道将经历整治后的调整平衡过程。东水道局部河势发展趋向不利,其中:龙爪岩上段呈现主流右摆、滩槽交错的特征,右侧洲滩冲刷,滩面串沟依然存在,并有进一步冲刷发展的趋势;龙爪岩下段营船港外边滩冲刷左移,新开沙尾-10 m(高程)潜心滩冲刷,对航道不利。建议及时采取守护东水道右侧洲滩的措施,整治新开沙外滩,并考虑实施通州沙圈围工程,有利于维持洲滩与汊道分流格局长远稳定。
水资源与环境
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  长江南源小头裸裂尻鱼人工繁殖技术

  李伟, 赵良元, 赵伟华, 郭伟杰, 乔强龙, 刘敏

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 8-13. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200725

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  小头裸裂尻鱼为我国特有鱼类,仅分布在青藏高原,是水生态系统中的关键鱼种。2020年6月,以在长江南源当曲海拔4 819 m处选取的16尾(2雌14雄)性腺处于V期的小头裸裂尻鱼为研究对象,在海拔4 767 m处原位孵化1.1万受精卵。孵化条件为:日节律众数水温区间为8.3~16.0 ℃,溶解氧＞5 mg/L,pH值为(7.7±0.2),盐度为(0.13±0.1)psu,氨氮浓度＜0.1 mg/L,总悬浮固体含量为(3±0.5)mg/L。结果表明:亲鱼性腺成熟度佳,V期卵径为(2.4±0.2) mm,雄鱼全长约为雌鱼全长((40.3±3.5)cm)的1/2,体重约为雌鱼体重((435.2±67.5)g)的1/10。授精水温为16.3 ℃,受精率为99%;孵化第10 天(238~240 h)积温3 057 h·℃时发生大规模出膜;实施关键出膜水温19 ℃后,出苗率达到80%,出膜仔鱼长度为0.9~1.0 cm。人工繁殖技术的突破,有利于该鱼类的自然种群恢复、人工保种,以及研究其胚胎发育的物候响应。
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  水库群优化调度中的结构分析方法研究进展

  周婷, 戚王月, 金菊良

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 14-21. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191117

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  在我国水库群规模日益庞大、功能结构日益复杂化的背景下,结构分析方法在水库群优化调度模型求解中占据越来越重要的地位。为全面梳理不同结构分析方法的适用性和优劣性,以及为复杂结构水库群优化调度提供高效的结构分析方法,基于水库群优化调度60余年来的研究成果,分别阐述了顺序模拟法、蓄供水判别式法、效用均衡理论法、聚合-分解法和水力关联矩阵法5种结构分析方法的研究进展。顺序模拟法逻辑直观、普适性强,蓄供水判别式法能够对发电调度中水库群的蓄供水次序快速排序,以上2种方法均适宜于串联结构水库群结构分析;效用均衡理论基于微观经济学厂商均衡理论对水库群调度方式进行优化,理论基础坚实,适用于水力关系较为独立的并联水库群;聚合-分解法包含水库群联合调度图和大系统分解协调2种形式,可与其他串并联结构分析方法联合使用,适用于大规模混联结构水库群;水力关联矩阵法则采用矩阵形式描述水库群内部两两之间关系,不受水库群结构组合的限制,因此适用于任何结构水库群。结构分析方法对于优化高效求解水库群优化调度问题至关重要,但也需要与其他环节配合才能实现,建议未来在径流预报信息利用、优化调度统计模型与物理背景耦合及混联水库群精细化调度等方向开展进一步研究。
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  引水调度对东沙湖生态水文要素的影响

  罗慧萍, 曹慧群, 罗平安

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 22-27. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191173

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  为了科学评估引水调度的生态水文效应,以大东湖水网中的东沙湖为典型研究对象,从控制水体富营养化的角度,选取最大流速、平均流速、流速＞0.01 m/s的水面比例、水龄、换水率共5个指标作为关键生态水文要素,通过构建的东沙湖水动力模型,模拟得到引水调度前、后共计6种工况下,东沙湖流速、水龄的空间分布情况,统计得到各工况下的关键生态水文要素值。对比结果表明:引水调度后,东沙湖最大流速、平均流速、流速＞0.01 m/s水面比例、换水率等生态水文要素均明显增加,水龄明显降低。研究成果表明引水调度能有效影响东沙湖生态水文条件,可为开展湖泊生态调度提供参考依据。
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  长江源区浮游植物群落特征与水环境因子关系研究

  闵敏, 柴元冰, 陈欣佛, 郗文斌, 陆丹

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 28-33. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191167

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  为研究长江源头区域河流浮游植物群落结构与水环境因子的关系,于2017年5,8,9月份和2018年5,7,9月份在长江源区进行调查分析,并对浮游植物及水环境因子进行了Pearson相关性分析和典范排序分析。结果表明,共发现浮游植物6门79种,以硅藻门和蓝藻门为主。各采样点浮游植物平均密度71.66×10⁴ ind./L。典范分析表明,温度、化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、溶解氧是影响长江源区河流浮游植物群落结构的主要因子。研究成果有助于了解长江源头地区浮游植物群落特征,为三江源生态保护提供数据支撑。
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  参数率定过程中目标函数选择的不确定性对径流模拟的影响

  王妍, 王义民, 周帅

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 34-39. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191129

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  在水文模型率定过程中,不同目标函数侧重于径流模拟的不同层面。为了探究目标函数选择的不确定性对模型参数和径流模拟的影响,将HyMod模型应用于黄河源区,选择纳什效率函数f_NS、总水量平衡误差函数f_t、低水量误差函数f_d和高水量误差函数f_g作为目标函数,采用遗传算法(GA)分别率定出不同目标函数下对应的最优参数值,并依次代入水文模型模拟水文过程;通过对比分析年尺度及年内各月实测与模拟径流过程、纳什效率系数NSE、决定系数R²和均方根误差RMSE评价指标来探究参数率定的目标函数不确定性对年尺度水资源演变过程的影响。结果表明:当HyMod模型应用于黄河源区水文模拟的率定期和验证期时,目标函数选择的不确定性对各评价指标的影响差异明显,如f_NS目标函数下NSE值最大,在f_g下次之,在f_d下最小,此外率定期模拟精度优于验证期;同样,目标函数不确定性对不同特征时期径流的影响差异显著,其中,f_NS和f_t目标函数下,非汛期分别高估和低估模拟流量。研究成果可为水文模型参数率定目标函数的选择提供理论参考。
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  基于Copula函数的气候变化下洪水峰量联合分析

  曾珂, 谭学志, 梁廖逢, 刘茹, 刘祖发, 高艺桔

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 40-46. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191119

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  为研究气候变化对北江流域洪水特征发生频率的影响,采用分位数映射(Quantile Mapping,QM)后处理方法校正BCC_CSM1.1气候模式2种情景(RCP4.5和RCP8.5)下的气候数据,用于SWAT模型模拟历史(1965—2010年)和未来(2030—2064年、2065—2099年)的北江流域径流量,并采用单变量分析法和基于Copula函数的双变量联合分析法分别对各时期年最大洪峰流量Q和年最大7 d洪量W进行对比分析。结果表明:除RCP8.5下2065—2099年的W外,重现期(T≥50 a)越大,气候变化对Q和W的影响越大; RCP4.5下气候变化对Q和W的影响较RCP8.5下大;2种未来情景下,气候变化对Q的影响均大于对W的影响;对于同一重现期,双变量联合分析法推求的洪水特征设计值较单变量分析法的偏安全。该研究结合了气候变化和双变量联合分析,对变化环境下的洪水风险评价与管理具有一定的参考价值。
水土保持与生态建设
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  基于GIS技术的贵州省土壤侵蚀危险性评价

  陈起伟, 熊康宁, 兰安军

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 47-52. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191065

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  针对目前喀斯特区土壤侵蚀潜在危险度研究相对薄弱的现状,以典型喀斯特区贵州省为研究对象,获取研究区土地利用类型、岩性、基岩裸露率等专题因子。基于地理信息系统(GIS)技术,在非喀斯特区和喀斯特区分别采用《土壤侵蚀分类分级标准》和《岩溶地区水土流失综合治理技术标准》解译出研究区土壤侵蚀强度等级分布图。并根据土壤允许流失量和土壤抗蚀年限,利用土壤侵蚀潜在危险度指数(SEPDI)对贵州省土壤侵蚀潜在危险度进行评价,为喀斯特区土壤侵蚀防治提供参考。结果显示:贵州省水土流失面积为47 831.73 km²,以轻度侵蚀为主,侵蚀模数为341 t/(km²·a),SEPDI为2.52,潜在危险等级较高。贵州25.3%行政村的SEPDI位于2~3之间,其中六盘水、黔西南市和毕节市危险度最高,建议将水土流失防治工作纳入SEPDI指标而非单从水土流失强弱等级进行治理,特别加强对SEPDI高但水土流失等级弱的区域的关注。
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  喀斯特地区灌木根系力学特性及WU模型适用性研究

  张乔艳, 唐丽霞, 潘露, 黄同丽, 陈龙

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 53-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190480

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  植物根系力学特性(抗拉、抗剪)是决定水土保持的关键因素。为研究喀斯特地区灌木根系的护坡力学效应,以多花木蓝和双荚决明根系为研究对象,通过室内单根拉拔和根土复合体直剪试验,探讨单根拉伸特性与根土复合体剪切特性的关系,并探讨WU模型的适用性。结果表明:随根径的增加,抗拉强度总体呈下降趋势,因树种的不同,趋势不尽一致;单根抗拉强度和根土间的摩擦共同影响根土复合体抗剪特性,前者影响最大,后者的影响相对有限,以细根和粗根搭配使用较优;WU模型在喀斯特地区经修正可适用,但不同的植物具有不同的修正系数。研究结果将为喀斯特地区生态恢复、边坡绿化树种筛选及配置奠定良好的基础。
防洪减灾
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  不同沟床坡度堰塞坝溃口下切过程试验研究

  刘邦晓, 朱兴华, 郭剑, 姜程

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 59-66. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190999

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  为了解堆积于不同坡度沟床上的堰塞坝溃口下切过程,开展了7组不同沟床坡度(7°,8°,9°,10°,11°,12°,13°)的水槽试验。试验结果表明:堆积于不同坡度沟床上的堰塞坝在漫顶溢流破坏模式下具有相似的溃口下切过程,具体可分为3个阶段,即溃口贯通阶段、加速侵蚀阶段、减速侵蚀阶段。不同沟床坡度条件在一定程度上影响溃决的加速侵蚀阶段,当沟床坡度≥9°时,加速侵蚀阶段以下切侵蚀为主、溯源侵蚀为辅的特征现象被削弱;溃决历时与沟床坡度呈非单调关系,随沟床坡度的增加呈现出先减少后增加的变化趋势;平均下切侵蚀和溯源侵蚀率与沟床坡度呈非单调关系,随沟床坡度的增加呈现出先增加后减小的变化趋势。沟床坡度缓于11°时,溃决历时对沟床坡度的敏感性高于坝前库容;沟床坡度陡于11°时,溃决历时对沟床坡度的敏感性低于坝前库容。
工程安全与灾害防治
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  堤防道路改造技术研究及应用

  胡晓红, 邓越胜

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 67-71. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20201037

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  堤防道路作为堤防和道路的结合体,一侧临江挡水、另一侧临布置有市政建筑物、防洪设施等构造物,以及农田、林地等自然资源土地,其地理位置特殊、环境因素多变,堤防道路改造技术研究具有一定的复杂性,对于解决防洪、交通等民生问题具有重要的实际意义。由于道路与堤防分属不同的学科领域,堤防道路属于交叉学科,目前关于堤防道路的改造技术要求研究较少。以严格执行堤防防洪标准、保障行洪安全、不影响堤防原有功能为原则,按道路位于堤顶和道路位于堤脚2种工况、向背江侧拓宽和向临江侧拓宽2种方向,提出了4种堤防道路改造技术方案,研究了路基高度、路基控制不均匀沉降的改造技术、与压浸台结合的路基结构,并提出了堤防道路改造全要素理念。研究成果成功应用于江北快速路、长江主轴右岸大道,可为类似堤防道路的改造设计提供借鉴。
水力学
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  折板型竖井结构设计参数优化

  杨庆华, 尧远, 杨乾, 赵子成, 林宏, 牟祎, 姚锦涛

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 72-80. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191127

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  折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°～11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。
岩土工程
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  考虑温度效应的冻结黏土内变量蠕变模型分析

  姚兆明, 张雯, 郭梦圆

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 81-85. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190988

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  在冻结法施工中掌握冻土的蠕变特性对工程的安全评价至关重要。采用山西某矿井深部黏土,在负温条件下进行原状土单轴压缩试验与分级加载蠕变试验,研究冻结黏土破坏时的形态、一系列温度下的单轴抗压强度与蠕变曲线的形式。试验得出单轴抗压强度随温度降低呈线性变化,同一加载应力下的蠕变值随着温度的降低而减小。引入内变量理论并将应变作为内变量来描述冻土的蠕变特性,分析蠕变与蠕变率取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而建立只与温度和加载系数有关的内变量蠕变模型,模型参数可通过拟合曲线确定。将蠕变的计算值与试验结果对比,发现该模型可以较好地反映冻结黏土的蠕变,且模型参数少,便于工程应用。
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  工业固废赤泥用于粉土流动化回填材料的制备与性能研究

  孔祥辉, 闫振强, 荣殊, 张进港

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 86-91. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191046

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  为有效解决回填工程中传统填料压实不足的难题,利用开挖粉土、水泥和水作为原材料制备具有自流平和自密实特性的新型回填材料。同时,为提高工业废弃物的资源化利用程度,进一步降低工程造价,将氧化铝工业产生的赤泥引入到回填材料的制备中,用以代替部分水泥。在混合料配合比设计中,以流动度作为控制指标,得到水固比为0.43时所制得的混合料满足流动度要求(200～300 mm)。在此基础上,通过一系列室内试验,分别对混合料的流动性、泌水性和抗压强度进行了研究。试验结果表明:赤泥含量的增加能减小拌合物的流动度和泌水率,并且能加快泌水完成时间;用赤泥替代部分水泥,并不影响混合料强度的增长速率;与不掺加赤泥的混合料强度相比,赤泥替代水泥掺量在10%～15%范围时的混合料强度会增大,而赤泥替代量<10%或>15%时的混合料强度均会减小。对于粉土流动化回填材料,赤泥在泌水稳定性和强度方面均展现出良好的应用前景。
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  高陡加筋边坡离心模型数值模拟

  陈凌伟, 李从安, 刘伟, 彭卫平, 张庆华

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 92-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190937

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  针对某山区削坡填沟加筋高陡边坡开展的三组离心模型试验,建立基于离心模型试验尺寸的数值模型,模拟离心试验加载运行过程,研究不同填料强度下边坡的变形和破坏模式,以及筋材应力-应变分布规律,并与离心试验成果进行对比分析,进而开展筋材分布的拓展研究。研究结果表明:坡体下部填料强度不足时,在上覆荷载作用下,坡体下部发生侧向挤出,引起上部坡体底层筋材进入屈服阶段,上部加筋体内部坡脚至H/3(H为上、下级边坡高度)处形成潜在滑动面;加筋边坡筋材内力在平台处发生突变,数值分析结果表明随着坡高的增加,筋材最大轴力下移;适当增加下部坡体筋材长度可提高边坡整体稳定性,通过对各级边坡H/3范围的筋材进行加密,筋材应力分布整体得到优化,数值分析结果可为优化加筋边坡设计提供重要的理论依据。
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  基于梯形模糊数和C-OWA算子的地铁盾构施工风险评估方法

  宗秋雷, 王彬, 王凯, 张瑉嘉, 张家铭, 王聪

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 98-104. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190917

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  城市地铁盾构隧道施工过程十分复杂,涉及诸多潜在风险,施工控制不当将严重威胁公共安全。为有效管控地铁盾构隧道施工风险,提出了一种基于梯形模糊数和C-OWA算子赋权法的风险评估方法,将专家评价信息用梯形模糊数表示,运用模糊数运算规则计算各潜在风险因素的风险水平,运用C-OWA算子赋权法计算所得各风险指标权重,从评价体系底层因素向上逐层运算,确定各级风险指标的风险水平,依据风险矩阵进行风险等级划分。以深圳地铁12号线某盾构隧道区间为例,应用所提出的方法对风险进行评估,获取了需实施风险防范措施的潜在风险因素。实例计算表明,该方法合理可靠,处理定义模糊和涉及主观性的复杂问题相对于传统风险评估手段更具优势。
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  地面荷载和衬砌支护作用下浅埋隧道的围岩应力解

  石雷, 吴勇, 郭剑锋

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 105-111. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191152

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  为研究地面荷载对有衬砌支护的浅埋隧道围岩应力的影响,在Verruijt研究复杂边界条件下浅埋隧道围岩应力问题的基础上,考虑隧道衬砌支护及地面荷载共同作用对浅埋隧道围岩应力稳定性的影响,求得了浅埋隧道围岩应力解并分析了多个因素对隧道围岩应力场的影响。结果表明:地面荷载越大,隧道腰部环向应力越大、底部环向应力越小;衬砌支护作用越大,隧道腰部环向应力越小、底部环向应力越大。地面荷载和衬砌支护作用不会改变浅埋隧道周边环向应力的分布规律及其受力最不利位置,但会改变其大小及作用方向。开挖过程中隧道拱腰处易出现土体失稳破坏。
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  成层状堆沉积土石混合体的结构量化表征及其应用

  董辉, 彭搏程, 邹畅宇, 高乾丰

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 112-118. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191008

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  第四纪浅表堆沉积土石混合体广泛分布于地表,从结构特征研究其力学特性是解决日益复杂的岩土工程问题的有效途径之一。目前,土石混合体结构的量化主要从密度、含石量、孔隙比等宏观指标间接描述,而微细观的结构指标存在尺度间关联的技术瓶颈。为了更好地研究土石体堆沉积结构对土石混合体力学行为的影响,针对堆沉积演化的成层状特征,采用标准差量化其块石分布形式,借鉴综合结构势理论,将均匀与不均匀土石混合体三轴剪切试验偏应力的比值定义为结构参量m_s,分析该参量随轴向应变ε₁、不均匀度s及围压σ_3c的变化规律,得到其量化表达式,并引入双屈服面弹塑性本构模型进行修正应用。结果表明:m_s的变化规律能够较好地体现成层状结构特征对土石混合体力学行为的影响,且土石混合体综合结构势在应变为5%时接近完全释放,特征值m_s(5%)几乎能完全反映结构对力学特性的宏观影响;同时,引入m_s后的修正本构模型在偏应力精度方面减小了约28%的平均误差,能够更合理地反映成层状土石混合体的宏观力学特性。
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  含断层多面临空顺层高边坡稳定性分析

  肖开乾, 王帅, 张铭, 郑宏伟, 梁冠亭

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 119-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191068

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  香溪长江公路大桥桥头边坡顺层发育f1、f2断层,且多面临空,工程地质问题较为突出。基于勘察资料分析、现场调查充分掌握地质背景,通过开挖平洞开展现场力学试验对控制性结构面参数进行精细评价,在此基础上,采用Sarma法计算分析不同层位结构面以及不同滑面长度下边坡安全系数,建立潜在不稳定滑体安全系数与支护力、滑块平均厚度的关系曲线。结果表明:对于结构面贯通至地表的顺层边坡,结构面上滑体的安全系数与滑块平均厚度呈负相关,而与滑面长度的相关关系较弱。坡体可按地形划分为3段,即坡脚锁固段、主滑段、坡顶牵拉段。f1断层上滑体因岩层厚、滑面强度低(抗剪断峰值摩擦角27.0°,抗剪断峰值黏聚力0.07 MPa,残余摩擦角25.2°,残余黏聚力为0.05 MPa)导致安全储备不足,加之主滑段长,为满足稳定标准下限需增加4 283 kN/m支护力或卸载32.6%方量,工程量巨大,建议结合工程挖方进行抗滑桩设计。研究成果可供类似含断层多面临空顺层高边坡稳定性分析作参考。
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  不同粗糙度断续节理岩体直剪试验的颗粒流模拟

  张志飞, 唐为民, 贾洪彪

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 126-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191101

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  为了探究不同粗糙度断续节理岩体直剪试验的裂纹扩展过程及破坏模式,基于颗粒流方法,对试样施加不同法向应力,并探讨了预剪面应力演化过程。研究结果表明:根据微观裂纹的张、剪属性及其演化过程,岩桥破坏模式大体可分为5类,且与法向应力和节理面粗糙度密切相关,法向应力、节理粗糙度的增加都会促使岩桥向剪切破坏方式转变;初始翼裂纹与原节理面的夹角对法向应力变化不敏感,而随着节理粗糙度的增加而减小;在剪切过程中,预剪面上的应力分布不均匀且不断进行重分布,对于平直节理岩体剪应力主要由岩桥承担,且无论水平向还是法向,岩桥部分压应力均大于节理部分;而对于粗糙节理岩体,剪应力由节理和岩桥共同承担,且节理部分的应力均高于岩桥部分。研究成果对进一步明确断续节理岩体的力学参数有参考价值。
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  复杂偏压小净距隧道围岩压力计算及参数影响性研究

  李桂江, 瞿瑶, 卢国胜, 刘军帅

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 133-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191052

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  为研究不同隧道净距及地表坡度对复杂偏压浅埋小净距隧道围岩压力的影响规律,引用公路隧道设计规范,建立围岩压力计算模型,推导出隧道围岩压力的理论计算公式;结合数值模拟验证了理论计算公式的合理性,讨论了不同隧道净距和不同地表坡度的参数值变化对先行洞和后行洞的拱顶、拱腰及拱脚围岩压力的影响规律。结果表明:在两洞先后开挖情况下,隧道净距及地表坡度的变化对隧道内侧围岩压力影响较大,并且先行洞内侧围岩压力同净距及坡度大小正相关,后行洞内侧围岩压力同净距及坡度大小负相关。研究结果可为类似隧道工程的设计和施工提供参考。
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  含水合物泥质粉细砂三轴试验及本构模型

  杨周洁, 周家作, 陈强, 万义钊, 韦昌富, 孟祥传

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 139-145. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190935

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  为了得到不同有效围压和水合物饱和度对含水合物沉积物强度和刚度的影响规律,并得出相应数学表达式,以南海北部沉积物土样级配作为参考,配制人工泥质粉细砂,利用自主研发的含水合物沉积物三轴试验机,制备不同饱和度的含CO₂水合物沉积物,在1, 2, 4 MPa有效围压下等向固结并进行三轴剪切试验。由于围压能自动根据气压的变化而变化,所以在水合物生成过程中有气体消耗但有效围压保持不变。试验结果表明:初始弹性模量随水合物饱和度的增加而增加,与有效围压无关;初始泊松比随着有效围压增加而减小,而随水合物饱和度的增加而增加;黏聚力随水合物饱和度的增加而增加,而内摩擦角与水合物饱和度无关。在邓肯-张模型的基础上,引入参数水合物饱和度,建立了含水合物沉积物的非线性弹性本构模型。最后,用试验数据对模型进行了验证,其结果符合较好。
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  尾矿粉土动力变形特性试验研究

  张婷, 谭凡, 杨哲

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 146-151. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190970

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  采用GDS动三轴试验仪,对某尾矿坝的尾矿粉土筑坝料进行了动模量与阻尼比试验,研究了尾矿粉土的动应力-动应变特性,分析了围压和固结比对最大动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并基于沈珠江动力本构模型,提出了可以将固结比影响归一化的最大动剪切模量和模量衰减的修正公式。试验结果表明:随着围压和固结比增大,尾矿粉土的动弹性模量增大,阻尼比减小;随着动应变的增大,动剪切模量比逐渐减小,阻尼比变大;该修正公式可以将固结比和围压对最大动剪切模量和模量衰减的影响归一化,能较准确地反映尾矿粉土的动力变形特性。
水工结构与材料
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  贝壳垃圾透水植生混凝土抗冻性能研究

  王冬丽, 杨策, 赵庆新, 李通, 杨方芳, 周密

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 152-156. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191440

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  为研究我国北方沿海不同贝壳垃圾透水混凝土的抗冻性能,选取秦皇岛海域生长的贝壳,对其制备的透水植生混凝土进行了研究。采用慢冻法,以质量损失率、强度等评价指标,结合扫描电镜(SEM)、背散射电子成像(BSE)等微观试验,分别研究了厨余牡蛎垃圾、工厂牡蛎垃圾、厨余扇贝垃圾、工厂扇贝垃圾所制备透水混凝土的冻融耐久性。结果表明:工厂垃圾相对厨余垃圾具有更好的抗冻融性能和强度;掺入硅灰可降低碱度,显著提高抗压强度,但对抗冻融性能的提高有限,经微观分析与多因素比对,确定硅灰掺量为5%;扇贝垃圾制备的透水混凝土,其抗冻融耐久性优于牡蛎垃圾透水混凝土,扇贝壳微观致密的表层结构为其抗冻性能提供了积极作用。
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  复合混凝土热养护后力学性能及其均匀化性质

  魏涛, 陈国庆, 徐鹏

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 157-164. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190936

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  针对在隧道等高地温环境中混凝土强度损失大、耐久性差等问题,通过试验研究了添加钢纤维、聚丙烯纤维和玻化微珠的一种复合混凝土在经历热养护后的力学性能,揭示了抗压强度、抗拉强度和破坏特征随养护温度的变化规律。由均匀化理论推导了考虑热-力关系的复合混凝土单轴压缩强度公式。结果表明:相较于无材料添加的普通混凝土,复合混凝土具有更高的抗压强度和抗拉强度,在热养护后强度损失率较小;复合混凝土在破坏后 “裂而不散”,具有较高的残余强度;纤维等夹杂材料有助于提高混凝土高温后的强度及耐久性;基于均匀化理论建立的混凝土强度模型与试验结果吻合较好。研究结果可为高地温隧道衬砌结构的优化设计提供依据。
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  陆水水利枢纽主坝闸墩下游侧上部斜向裂缝成因分析及处理方案

  张俊文, 张志新, 倪元珍

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 165-168. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200530

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  为对陆水水利枢纽主坝闸墩下游侧上部斜向裂缝成因进行分析并提出有效的处理方案,应用ABAQUS有限元分析软件,通过建立主坝 5^#闸墩下游侧包含溢流面、闸墩及其上部启闭机房排架柱的三维模型,采用ABAQUS有限元软件进行了温度场应力分析计算,找出了日照温度作用是导致闸墩裂缝的主要原因之一;并有针对性地制定闸墩裂缝处理方案,采取了预应力锚固、植筋、裂缝化学灌浆等应急处理措施,使得裂缝得到有效控制。研究成果可为类似工程缺陷处理提供参考。
信息技术与应用
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  杨房沟水电站建设质量智慧管理系统的研发及应用

  鄢江平, 翟海峰

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 169-175. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200731

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  为提高工程管理效率、控制工程质量、减少人为因素对工程质量的影响,利用信息化、数字化、自动控制等技术对施工过程中的信息、混凝土温度、混凝土振捣、灌浆等环节进行智能监控和管理。为此,杨房沟水电站依托设计施工BIM管理系统的质量管理功能模块,以及由BIM系统集成的智能温控、智能振捣、智能灌浆、全过程影像采集系统,研发形成了大坝智能建造环境下的质量智慧管理系统。通过实现施工质量信息“实时采集-实时分析-决策反馈”的动态质量管理,解决了EPC建设模式以及传统大坝质量管理存在的施工质量控制、信息收集、分析、决策等方面的问题,提高了管理效率和管理质量,取得了较好的管理成效。
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  基于无人机与3S技术的鹤地水库水政监管系统开发与应用

  陈亮雄, 杨静学, 李兴汉, 李伟添, 陈宇飞, 高旖姗

  长江科学院院报. 2020, 37(12): 176-182. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191088

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  借助现代信息技术手段提高水库水政监管的效率与水平,进而为水库水政执法提供科学依据,是当前新形势下的必然选择。以鹤地水库为例,综合采用无人机航测、地图缓存、遥感水质参数反演以及“互联网+”技术研发了一套完整的水库水政监管系统,实现“空天地”一体化的水库水资源监控目标,以更好地辅助库区管理和水政执法,维护库区生态平衡,保障水库生产生活用水安全。系统的实际应用表明,该监管平台在实现海量、多源、异构数据整合的基础上,能对库区范围内的各类水事行为、水质安全状况、水库运行状态起到高效、动态、全面的把握与监管,使得库区管理和水政执法更加科学、准确、及时、高效。研究成果可为全面提升水库水政监管的能力和水平提供参考。