长江科学院院报

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封面与目次

长江科学院院报. 2020, 37(2): 0-0.

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长江健康评估与保护实践

陈进

长江科学院院报. 2020, 37(2): 1-6. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191470

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长江属于大河水系,生物多样性丰富,其健康状态不仅影响流域经济社会可持续发展,也受到国内外广泛关注。综合国内外河流健康评估理论和实践,讨论适合长江特点的健康评估方法和标准;通过水功能区达标率和鱼类多样性2个指标分析长江水环境和水生态近10多年来的变化情况;最后,总结近几年长江大保护系列行动后长江健康进展情况。分析结果表明:长江健康评估可以根据管理需要划分不同时空尺度;根据资料完整性可以采用单指标或者多指标综合评价方法;随着长江系列保护行动的实施,长江河流型水质持续改善,湖库水质和生物多样性开始稳定,人类过度干扰江湖现象得到遏制,但湖库水质改善和生物多样性恢复还需要长期进行。

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三峡水库运行对荆江三口分流的影响评估

赵秋湘, 付湘, 孙昭华

长江科学院院报. 2020, 37(2): 7-14. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181020

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荆江三口作为连接洞庭湖和荆江的纽带,历来是研究洞庭湖区防洪、航运、水环境变化和水资源利用的关键点。通过建立荆江三口分流模型,将2008—2015年枝城日实测流量和相应的还原流量作为模型输入资料,计算出有、无三峡工程情况下荆江三口的分流量。探讨了三峡水库对荆江三口发流量、分流比、断流情况的影响(此影响为径流调节和河道调整的综合影响),同时分离并探讨了河道调整对荆江三口分流量变化的影响。结果表明:有三峡工程情况下,在径流调节和河道地形调整的综合影响下,汛前消落期荆江三口多年平均分流量和分流比分别增大28.17%,9.59%,断流情况基本无变化;汛期多年平均分流量减少2.11%,分流比增长0.56%,断流情况变化不大;汛末蓄水期多年平均分流量和分流比分别减少33.87%和19.84%,松滋口和太平口断流情况无明显变化,藕池口断流天数增多且断流日期提前;枯水期三口多年平均分流量增大8.60%,多年平均分流比减小2.93%,松滋口和藕池口在有三峡工程情况下每年分别平均少断流30.43,6.80 d,太平口每年平均多断流30.86 d;其中,河道地形调整使汛期荆江三口分流量增加2.73%,汛前消落期、汛末蓄水期、枯水期荆江三口分流量分别减小16.62%,3.10%,18.49%。该结果可为洞庭湖区湖泊干旱情况、水资源利用与保护及三峡水库的运行调度提供研究基础。

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平滩流量下弯曲分汊河道水力要素的突变性特征

邹骥, 刘亚, 卢金友

长江科学院院报. 2020, 37(2): 15-20. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181012

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平滩流量下的水力特性对分汊河道的滩槽冲淤、分流分沙比及污染物的输移等均有较大的影响。以长江中游戴家洲河段为原型,通过开展概化定床模型试验,分析了弯曲分汊河道不同特征流量下水动力特性的沿程差异性和平滩流量下分汊河道不同区域水力要素的突变特性。试验结果表明:纵比降沿程变化规律为分流区小流量下沿程增加、大流量下沿程减小,凸岸汊道与之相反,而凹岸汊道沿程增加;在平滩流量附近,分流区水面纵比降出现极大值、沿程比降变幅出现极小值,主流线、最大床面切应力所处位置由凹岸汊道转移至凸岸汊道。试验结果为水沙变异条件下分汊河道冲淤机制的研究提供了基础。

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河流连通性综合评价方法研究

陈昂, 吴淼, 周小国, 钟洲文, 淦方茂, 付兴伟, 惠二青

长江科学院院报. 2020, 37(2): 21-27. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181123

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保障河流连通性是生态系统保护与修复的一项重要举措,为推进我国江河湖库水系连通工作,亟需加强河流连通性评价的理论方法研究。基于河流生态系统四维结构和功能整体模型,构建了河流连通性综合评价方法;通过梳理国内外河流连通性评价的研究和实践,从4个维度凝练了构建河流连通性指数的5个评价指标,包括破碎度指数、库容调节系数、水资源利用消耗率、路网密度和城市夜间灯光指数;通过综合分析各个指标的阈值和权重,建立了河流连通性指数计算方法、综合评价方法及评价依据。研究成果进一步完善了河流连通性评价的理论方法,为河流连通性评价提供了一种新的思路,可为河流生态系统保护与修复提供参考。

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济南市水资源环境与经济发展耦合关联性测度及前景预测

刘艺, 张郑贤, 张锋贤, 刘波

长江科学院院报. 2020, 37(2): 28-33. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181277

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结合环境库兹涅茨曲线(EKC)与耦合关联度模型对济南市水资源环境与经济发展间的耦合作用机理进行定性与定量研究,并利用弹性预测法对二者间的发展前景作出预测。结果表明:2005—2017年间水资源环境与经济发展存在耦合关系,且现状条件下生活用水、排污量与经济发展的耦合作用要强于工业用水。此外,结合EKC走势和预测结果,引入潜在风险控制指标和重点监控指标的概念,其中生活COD、工业NH₃-N为潜在风险控制指标;重点监控指标分别为生活NH₃-N、生活废水排放量及工业、生活用水量。研究成果可为促进济南市经济增长与水资源环境协调发展提供依据。

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湖泊因子对城市湖泊降温效应的模拟与分析——以湖南烈士公园湖泊为例

龙丽娟, 陈存友, 胡希军, 胡颖炫

长江科学院院报. 2020, 37(2): 34-40. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180933

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城市湖泊在降低城市热岛效应方面有着重要影响。选取湖南烈士公园湖泊作为研究对象,采用定点实测和CFD模拟相结合的方法,重点分析了湖泊面积和湖泊形状指数对湖泊降温效应的影响程度。研究结果表明:①湖泊面积是湖泊降温效应的主要影响因子,面积越小湖泊降温效应越弱,当研究区域无湖泊时区域内整体平均升温1.8 ℃,湖泊区域绿地最大可升温4.1 ℃;②湖泊形状指数的大小对湖泊降温效应的影响微弱,湖泊降温效应随着形状指数的增大而略微增大;③湖泊面积不变的前提下,形状指数过大影响水体的整体性,从而减弱湖泊的降温效应。研究结论对于加深对城市湖泊在降低城市热岛效应方面的认识,以及城市湖泊区域的规划设计等均具有重要的参考价值。

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基于博弈论组合赋权法的泥石流灾害易发性评价云模型

王念秦, 张帅, 刘鹏

长江科学院院报. 2020, 37(2): 41-47. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180136

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泥石流是我国西部山区常见的地质灾害之一,其强大的致灾能力不仅使人民生命财产蒙受巨大损失,还会对山区生态地质环境造成毁灭性破坏,故准确评价泥石流灾害易发性对防灾减灾工作至关重要。将泥石流灾害易发性分为4级,分别为不易发(Ⅰ)、低易发(Ⅱ)、中易发(Ⅲ)和高易发(Ⅳ)。选取沟谷岸坡坡度(X₁)、沟床纵坡比降(X₂)、植被覆盖率(X₃)、单位面积固体物源储量(X₄)、汇水面积(X₅)、雨季降雨量(X₆)为泥石流灾害易发性定量评价指标,并确定各评价指标分级标准及正态云模型数字特征量,进而构建泥石流灾害易发性评价指标体系与评价指标正态云模型。采用层次分析法与熵权法计算评价指标主、客观权重,基于博弈论思想对主、客观权重进行组合赋权,最终建立基于博弈论组合赋权法的泥石流灾害易发性评价云模型。选取西秦岭地区5条泥石流沟实例验证评价模型有效性,结果表明博弈论组合赋权-正态云模型评价结果与实际情况基本一致。进一步应用该模型对西安大长胜坊与小长胜坊村内的一条黄土沟道进行泥石流灾害易发性评价,结果表明该黄土沟道泥石流灾害易发性等级为Ⅲ级(中易发)。

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湖南慈利县滑坡灾害的临界降雨量阈值研究

林巍, 李远耀, 徐勇, 连志鹏, 曹颖, 盛逸凡

长江科学院院报. 2020, 37(2): 48-54. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181125

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科学合理地确定降雨诱发滑坡的预警阈值是区域防灾减灾的关键。以降雨型滑坡灾害高发的武陵山区为例,选取湖南慈利县1987—2011年逐年的历史滑坡灾害及降雨数据进行统计研究。首先,利用SPSS软件分析降雨与滑坡事件的相关性,发现该地区降雨型滑坡灾害主要受前3 d累积降雨量影响,且前期降雨有效系数仅为0.6;进而基于经验阈值分析模型,建立该地区分级预警的宏观平均有效降雨强度-降雨持续天数(I-D)降雨阈值曲线,并通过已知降雨滑坡事件进行空间验证;最后,考虑区内降雨型滑坡规模、滑体厚度及坡度的差异,分类建立了不同地质条件特性的I-D阈值曲线,发现临界降雨量阈值与滑坡规模及厚度呈显著正相关关系,而滑坡坡度则存在明显的最易发区间(25°~35°),此时临界降雨量阈值最小。研究结果可为武陵山区及相关地区降雨型滑坡的预测预报提供依据和借鉴。

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基于AHP-Logistic熵权模型的西南浅丘区地质灾害分布特征研究——以内江市为例

陈朝亮, 彭树宏, 钱静, 胡增运, 张文君, 徐锴滨

长江科学院院报. 2020, 37(2): 55-61. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181136

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我国西南地区地质灾害频发,为了探索该区域地质灾害的分布特征,以内江市为研究区,利用遥感卫星影像及地理国情监测数据,从自然地理、生态条件和基础地质3个方面建立生态地质环境评价指标体系。采用层次分析法(AHP)和二元Logistic回归模型分别确定各评价指标的主、客观权重,再用最小信息熵求出两者的综合权重,在GIS支持下建立地质灾害评价模型,对内江市地质灾害进行风险性评价分级;并通过高权重评价因子与历史地质灾害点的空间结构分析,揭示其空间分布特征及规律。评估结果表明:①内江市地质灾害中高易发区主要分布在西部低山区,占全区总面积的28.93%;②海拔和坡度是导致地质灾害发生的主要影响因子,在海拔较高、坡度较陡地区,且山区公路两旁极易发生地质灾害,沉寂式构造线附近地层相对稳定。

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锈蚀钢筋混凝土方桩水平承载性能退化规律

徐秋鸿, 史旦达, 邵伟

长江科学院院报. 2020, 37(2): 62-67. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181158

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为研究锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能的退化规律,根据Fick第二定律,建立氯离子在钢筋混凝土方桩中的扩散模型,并根据初始和边界条件,求得扩散方程的解析解。依据厚壁圆筒模型,推导了钢筋混凝土方桩保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀深度。基于Faraday定律,对钢筋混凝土方桩钢筋的锈蚀深度和保护层锈胀开裂时间进行预测。在此基础上,通过引入钢筋混凝土方桩桩身抗弯刚度退化系数,进而对海洋环境下锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能进行分析。结果表明:海洋环境下由于氯离子的扩散引起的钢筋锈蚀对于钢筋混凝土方桩的水平承载性能有显著影响;随着暴露时间的增加和暴露条件的恶劣,桩身抗弯刚度明显退化,桩身负剪力、桩身水平位移和桩身弯矩的最大值逐渐增大;荷载条件相同情况下,与桩身剪力以及弯矩相比较,暴露时间对于桩身的水平位移所起到的作用更为明显。研究成果可为海洋环境下钢筋混凝土桩基础的设计提供参考。

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外源腐殖酸对黏质农田土壤Cd活性的影响

张笛梦, 胡艳平, 王振华, 李青云, 李冠亚

长江科学院院报. 2020, 37(2): 68-71. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181110

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为探讨外源腐殖酸对黏质农田土壤Cd活性的影响,选取2种典型腐殖酸,采用淋洗技术,通过测定农田土壤总Cd、DTPA-Cd、MgCl₂-Cd的含量,研究了2种腐殖酸及其淋洗时间对土壤Cd活性的影响。研究结果表明:2种腐殖酸处理后,土壤总Cd含量基本不变,土壤DTPA-Cd含量从0.421 mg/kg降低到0.313 mg/kg,MgCl₂-Cd含量从0.2 mg/kg降低到0.169 mg/kg;淋洗时间从1 d增加到5 d,土壤总Cd含量基本不变,土壤DTPA-Cd含量从0.325 mg/kg降低到0.265 mg/kg,MgCl₂-Cd含量从0.196 mg/kg降低到0.165 mg/kg。因此,2种腐殖酸均对黏质农田土壤镉有一定的去除效果。

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工程边坡应用Hoek-Brown强度准则时的扰动因子取值探讨

陈祖煜, 周嘉伟, 蔡云鹏, 孙平, 邓成进

长江科学院院报. 2020, 37(2): 72-80. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191279

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Hoek-Brown强度准则在过去的20 a里得到不断的更新和完善。最近Hoek和Brown对以往的版本进行了归纳和总结,提出了2018版。这一版本纳入了定量的扰动因子D来确定强度指标,但是扰动因子D取值范围为0~1,涵盖了地下工程和边坡工程,又包括了从控制良好到控制不良的各种开挖工况,取值范围较大。对开挖爆破通常进行严格控制的水利水电工程边坡,需要研究其相应的扰动因子取值范围。对一个典型算例在大范围变动几何和物理力学参数情况下,比较了Hoek-Brown强度准则GSI—1995和GSI—2018两个版本的稳定安全系数。结果表明:当扰动因子D在0.78~0.88范围内取值时,两个版本求得的安全系数相当。本研究进一步考察了昌马、紫坪铺和柴石滩水库这3个曾按“1995版”开展过边坡稳定分析的工程实例,结果表明2个版本等效的扰动因子D取值范围为0.72~0.85。因此,在水电边坡工程分析中使用GSI—2018,建议其扰动因子取值范围可考虑在0.7~0.9之间。

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瞬态压力分析方法在小型压裂地应力测试中的应用

徐斌, 刘汝明, 陈子扬, 任强

长江科学院院报. 2020, 37(2): 81-86. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181013

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小型压裂地应力测试是最可靠的深部岩体原位地应力状态测量方法,裂缝闭合压力等于最小水平主应力,故确定裂缝闭合压力是小型压裂测试分析的关键。小型压裂法分析基础为一维流体模型,考虑在一个竖直井旁产生交叉的垂直裂缝,该裂缝具有有限或无限的导流能力,这就自然引入了瞬态压力分析(PTA)的概念。尽管PTA方法已经广泛应用于石油/天然气行业,但在岩石力学工程的小型压裂测试分析中是新引入的概念,少有相关研究。首先回顾了瞬态压力分析的基本原理及其在小型压裂地应力测试中的应用;其次用偏微分方程描述小型压裂地应力测试过程中的压降过程,不同的流体状态代表张开状态的裂缝、正在闭合的裂缝以及闭合后的裂缝;这些不同的流体状态可以在压力导数曲线中表现出来,并利用这些特性识别裂缝的闭合压力;最后结合某深埋隧道小型压裂地应力测试,采用PTA方法分析确定了最小水平主应力,并与其他分析方法作了对比,为隧道工程小型压裂地应力测试分析提供一定的参考。

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基于Sirovision的隧道岩面三维建模误差修正分析

周申, 胡超, 李利平, 王祥国, 董晨阳, 许孝滨, 刘洪亮

长江科学院院报. 2020, 37(2): 87-92. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180783

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为了解决传统方法测量岩体结构信息时存在的工作效率低、危险系数高且精度稳定性差的问题,对基于Sirovision的隧道岩体信息测量方法进行了研究。通过量化分析和对比试验,对测量环境和数据采集环节进行分析,研究了在复杂环境下,隧道围岩三维建模的误差来源,并提出了相应的控制点位置确定、测量点标识、加密点拼接的修正方法。采用修正后的测量方法,对滨莱高速工程姚家峪隧道进行了隧道岩体信息采集和稳定性分析,并取得了良好的效果。研究成果可为致力于将摄影测量技术应用于隧道安全施工和支护参数优化方面的技术人员参考。

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湿地湖泊相黏土一维固结压缩特性宏微观试验研究

朱楠, 刘春原, 赵献辉, 王文静

长江科学院院报. 2020, 37(2): 93-99. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181023

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湿地湖泊相黏土是一种特殊的区域性软弱土,其物理力学性质和压缩性质与一般软土的物理力学性质和压缩性质有很大区别。为探究湿地湖泊相黏土的固结压缩特性及其机理,对湿地湖泊相黏土进行一维固结压缩试验,同时采用扫描电镜和计算机图像处理软件,提取不同固结压力下土体的微观结构参数,对土体微观结构的变化进行定性和定量分析。结果表明:湿地湖泊相黏土具有较明显的结构强度;由于结构强度的影响,原状土的压缩性明显小于重塑土的压缩性;当固结压力超过结构屈服应力后,原状土的结构强度逐渐丧失;在固结压缩过程中,微观结构参数的变化规律在固结压力达到结构屈服应力前后发生改变,曲线形态呈“二段折线”形式;在固结压力达到结构屈服应力前后,湿地湖泊相黏土土骨架的动态重组是土体压缩性发生改变的根本原因。在固结压缩过程中,孔隙的形态特征和定向排列特征变化较大,而颗粒的形态特征变化较小但定向排列特征变化较大,颗粒和孔隙通过不同的方式对土的压缩性产生影响。研究成果可为相关地区的地基处理工程提供借鉴参考。

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微型桩抗弯承载力试验研究

陈再谦, 帅世杰, 蒲黍絛, 张丽华, 饶军应, 刘灯凯, 谢财进

长江科学院院报. 2020, 37(2): 100-105. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181056

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对于存在安全隐患且急需抢险处治的的滑坡、路堤边坡、基坑等救灾工程,坡体稳定性差,传统支挡结构难以实现快速施作,而微型桩具有明显优越性。但不同形式的微型桩,其承载力及破坏特征不同。通过改进yas-2000型压力试验机,并将其用于测试钢筋混凝土桩、钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力,结果表明:①钢筋混凝土桩的受力全过程可分为3个阶段,即未裂阶段、裂缝阶段及破坏阶段;②钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的受力过程可分为4个阶段,即压实阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;③通过对比分析上述3种不同结构微型桩的荷载-位移曲线得出在3种不同结构的微型桩中,直径相同时钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力最大,其极限弯矩值为209.21 kN·m。

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基于离散元法的偏转型滑坡运动堆积特征分析

杨海龙, 樊晓一, 裴向军

长江科学院院报. 2020, 37(2): 106-111. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180788

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为了进一步认识山阳偏转型滑坡的运动特征,基于离散元数值方法对滑坡运动堆积过程进行模拟分析。结果表明:滑坡体前缘各监测点的岩土体的运动空间大小、能量传递效率及受到偏转阻止作用大小的不同是前缘岩土体运动速度表现出显著差异的主要原因;滑坡体中部各监测点的岩土体作为滑坡前、后缘岩土体能量传递的主要媒介,其运动速度表现出多次加速特征;滑坡体后缘各监测点的岩土体则主要经历加速和减速2个运动阶段。根据滑坡的运动速度和水平运程可将山阳滑坡划分为高速近程滑坡,其堆积体厚度分布总体表现为沿运动方向呈先增加后减小的变化趋势。

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直根系根-土复合体抗剪强度简易计算方法

马强, 李志, 肖衡林, 万娟

长江科学院院报. 2020, 37(2): 112-118. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181184

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为了简化直根系根-土复合体抗剪强度的计算,基于根-土相互作用机理,考虑复合土体中根系的破坏模式,对直根系根-土复合体进行受力分析,推导了根-土复合体抗剪强度计算公式,将计算结果与现场实测值进行对比,并对折减系数、含根量、植物种类根-土复合体抗剪强度的主要影响因素进行了参数分析。结果表明:根-土复合体黏聚力是土层深度的指数函数;法向应力不变时,复合土体的抗剪强度随折减系数的增大而增大,折减系数在0.84~0.86之间取值时,结果较接近实测值;且复合土体的抗剪强度随含根量的增大呈先增大后减小的趋势,存在一个使复合土体抗剪强度最大的最优含根量;法向应力增大时,直根系复合土体的抗剪强度也随之增大,采用理论公式计算的抗剪强度值与实测值相对误差在10%以内。研究成果可为边坡生态防护的设计和计算提供理论参考。

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滨海软土黏滞系数非线性特性及其表达

刘素梅, 胡慧莹, 李春光, 王力

长江科学院院报. 2020, 37(2): 119-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181066

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通过对滨海软土三轴蠕变相关试验数据进行分析,发现黏滞系数不仅与时间有关,还与土所受到的偏压和围压有关。应变率与时间的关系呈现了非常明显的双对数线性关系,因此,黏滞系数是关于时间的幂函数;黏滞系数线性地依赖于偏压的变化,而与围压呈指数关系。最后建立了黏滞系数与时间、偏应力、围压之间的非线性关系表达式,并探讨了其相关参数的意义及取值范围。建立的黏滞系数表达式适用于描述非线性特征明显、应力水平较高的软土黏滞系数随时间、应力的变化规律,可推广到滨海软土直剪蠕变试验中。研究成果可为建立变黏滞系数的滨海软土及其他地区软土的非线性流变模型奠定基础。

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砂岩巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究

徐快乐, 刘聪颖, 倪鑫, 朱余, 宛良朋, 邓华锋

长江科学院院报. 2020, 37(2): 126-129. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180858

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尺寸效应是岩石力学试验研究中不可回避的问题,直接关系到岩石力学参数取值是否合理。在以往岩石劈裂抗拉强度的尺寸效应研究中,主要考虑了岩样厚径比的影响,较少考虑岩样直径的影响。基于此,在前期研究的基础上,设计进行了25,30,50,100,150 mm 5种直径岩样的巴西劈裂试验。研究结果表明:①在厚径比一定的情况下,岩样直径从25 mm增大到150 mm,对应抗拉强度呈现先陡后缓的降低趋势,在岩样直径>50 mm后,抗拉强度趋于稳定,变化趋势总体可以用指数函数较好地表达;②岩石的劈裂抗拉强度尺寸效应,不仅与岩样的厚径比有关,而且与岩样的直径有关,综合以往研究经验,建议控制岩样的厚径比为0.3左右、直径在50 mm以上,这样可以较好地消除尺寸效应对劈裂抗拉强度的影响。相关研究结果可为岩石劈裂抗拉强度的尺寸效应分析提供较好的依据。

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原状黄土增湿变形起始屈服函数研究

张立新, 丁晔, 任永忠

长江科学院院报. 2020, 37(2): 130-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181029

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为研究黄土的增湿变形问题,通过常规三轴剪切试验、等向压缩试验,分别研究了不同初始含水率原状黄土试样的应力-应变关系。通过三轴剪切试验发现,原状黄土的临界状态线近似一条直线且不通过p-q平面的坐标原点,随初始含水率变化沿q轴上下平移。通过三轴压缩试验发现,原状黄土的e-lnp曲线不是一条直线而是折线,且折点处对应的球应力随初始含水率的增大而减小。采用椭圆形屈服轨迹的假设,结合试验规律得出原状黄土试样的起始屈服函数,通过该起始屈服函数可以得出各应力路径下的起始屈服应力和起始含水率。该研究成果是后续建立原状黄土增湿变形本构模型的基础。

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干湿循环作用对昔格达土体抗剪特性的影响

王瑛

长江科学院院报. 2020, 37(2): 135-140. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180847

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昔格达土体涉水填方土压力计算时需查明抗剪参数(如黏聚力与内摩擦角)受干湿循环作用的影响。通过真空饱和增湿及自然风干脱湿模拟干湿循环过程,基于固结慢剪试验得到湿化及干湿循环作用下昔格达土体剪应力-位移曲线,分析峰值剪应力、黏聚力及内摩擦角随干湿循环次数变化规律;采用平行粘结接触模型探讨了宏观与微观参数的联系,揭示了干湿循环作用对微观颗粒间粘结及摩擦特性影响的差异性。试验结果表明:湿化作用降低昔格达土体黏聚力及内摩擦角;随干湿循环次数增加,昔格达土体应力-位移曲线从应变硬化过渡至应变软化,峰值强度、黏聚力及内摩擦角均减小并趋于稳定;黏聚力以前3次循环降幅(55.42%)较大,内摩擦角以第2—第4次循环降幅(11.04%)较大,干湿循环对黏聚力影响显著大于对内摩擦角的影响,对内摩擦角的劣化效应存在滞后性。建议工程中可从微观颗粒间粘结作用的角度削弱干湿循环对昔格达土体力学特性的影响。研究结果可为昔格达土涉水工程安全提供参考。

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含天然微裂隙岩石的力学特性试验研究

牛亮, 穆锐, 陈俊

长江科学院院报. 2020, 37(2): 141-146. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181166

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为研究含天然微裂隙岩石的劈裂力学特性及微观结构,对含天然微裂隙岩石进行单轴压缩试验、劈裂试验与SEM扫描试验。分析了微裂隙岩石单轴压缩试验及劈裂试验的破坏形式、抗拉强度的变化规律,并对劈裂破坏形式中岩石较为破碎部分进行微观结构分析。研究结果表明:在单轴压缩试验中,天然微裂隙岩石破坏形式主要表现为张拉破坏、沿天然裂隙面剪切破坏以及拉剪复合破坏;天然微裂隙倾角对岩石抗拉强度影响较大,其抗拉强度随微裂隙倾角增大而增大;岩样发生劈裂破坏后较为破碎的部分,其劈裂力学特性主要受天然微裂隙岩石的微观结构决定,其微观结构主要分为根状结构、雾区结构、台阶结构3种形式,根状结构微裂隙岩石的力学性质最差,台阶结构微裂隙岩石的力学性质最好。研究成果可为天然微裂隙岩石的力学特性理论研究及其工程应用提供参考依据。

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软土中异形地连墙成槽失稳机理研究

周洋, 刘维, 史培新, 朱宁, 侯冠斐

长江科学院院报. 2020, 37(2): 147-152. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20180978

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随着地下连续墙施工技术发展,“L”形地连墙作为一种常见的异形地连墙被广泛应用于封闭地下围护结构设计施工中。由于成槽过程中,槽段及周边土体的应力变化复杂,“L”形地连墙的稳定性低于常规矩形地连墙。基于上限分析法,对“L”形地连墙成槽施工过程中的稳定性进行研究,提出“L”形地连墙稳定三维机动场模型,计算得出槽壁安全系数,揭示了异形地连墙槽壁失稳机理,并通过参数计算分析地连墙几何形状以及土体性质对槽壁稳定性的影响。对某地连墙工程进行计算,计算结果与现场超声波检测相吻合。研究结果可为异形地连墙的设计施工提供参考和理论依据。

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无约束多条件下钢渣水泥砂浆的长期干缩性能

王秀红, 王俊, 白建飞, 晋强, 朱琳, 袁振

长江科学院院报. 2020, 37(2): 153-158. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181053

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工业钢渣中含有部分C₂S、C₃S等矿物,具有与水泥熟料相似的胶凝性能,但因其含有一定量的f-CaO和f-MgO,掺量过大易引起安定性不良。为了更好地将钢渣细集料应用到水泥砂浆中,采用水泥胶砂干缩试验,研究其在不同养护条件及不同龄期下对水泥砂浆长期干缩性能的影响。试验结果表明:在标准养护条件下,单掺钢渣粉60%和单掺钢渣砂70%时,钢渣水泥砂浆的干缩率最小。复掺钢渣粉与钢渣砂时,观察到掺量控制在钢渣粉20%、钢渣砂40%和钢渣粉30%、钢渣砂60%时,钢渣水泥砂浆的干缩率最小。在恒温养护条件下,单掺钢渣粉35%与单掺钢渣砂40%时,水泥砂浆的长期干缩值最小。

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水泥稳定再生骨料路面基层抗拉性能试验研究

陈峰, 童生豪

长江科学院院报. 2020, 37(2): 159-163. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181089

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作为路面基层,水泥稳定骨料基层往往会受到白天和夜晚的温差影响,使材料内部产生胀缩应力,而作为路面的主要承重层,在受力不均匀情况下,基层混合料也会相当于受到一个外部剪切应力,因此,劈拉性能是其重要性能。通过水泥稳定碎石和水泥稳定再生骨料的劈拉强度及劈拉回弹试验,研究发现劈拉强度和回弹模量都随龄期呈幂指数增长。进一步对比分析发现水泥稳定再生骨料的劈拉性能要略逊于水泥稳定碎石,但通过适当提高水泥掺量可以弥补这一差距。最后,通过强度和模量之间的数值拟合可知其存在良好的线性关系。

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基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟

侯恒, 杨杰, 程琳, 吕高, 马春辉

长江科学院院报. 2020, 37(2): 164-169. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181068

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为了解决黏弹性人工边界在实际应用过程中前处理时间长、不易实现等不足之处,提出了基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟方法。利用单元矩阵等效原理,采用薄层单元构造了等效黏弹性边界单元,并通过在大型通用有限元软件MSC Marc中设置等效黏弹性边界单元的参数属性,实现了黏弹性人工边界的模拟。三维均匀弹性半空间算例和某混凝土重力坝工程实例结果表明:采用等效黏弹性边界单元得到的计算结果与理论解、基于黏弹性人工边界的计算值非常相近,相对误差不超过1%。因此,采用薄层单元的模拟的黏弹性人工边界具有足够的精度,且施加方便,这为实际工程进行抗震分析提供了简便且精确的方法。

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三维激光扫描和红外检测融合技术的工程应用

孙保燕, 陈文

长江科学院院报. 2020, 37(2): 170-173. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181192

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为了解决传统红外热成像仪探测建筑物墙面的热工缺陷时得到的二维图像信息存在缺少目标位置信息、数据杂乱无序的问题,提出一种将图像信息和点云模型融合的方法。该方法通过红外图像处理、直方图面积计算、提取边缘轮廓和模型融合,得到具有目标探测信息的三维建筑模型,并利用标识点分析了模型的拼接误差。研究和实践结果表明:此方法具有可行性,拼接模型精度高;采用融合的三维建筑模型可以直观地获取热工缺陷的位置坐标和面积大小,便于指导修复工作。研究成果对于信息集成化管理、智慧建筑检测等具有一定的指导意义和应用价值。

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基于SPC理论的灌浆压力网络监测报警系统

李斌, 郭亮, 刘双华, 詹程远, 贾宝良

长江科学院院报. 2020, 37(2): 174-178. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20181197

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为了解决灌浆压力控制中传统的阈值压力报警方式存在误报且多为抬动发生后才进行报警的问题,以灌浆施工中存在大量的趾板帷幕灌浆的河北丰宁抽水蓄能电站(一期)为例,运用统计过程控制(SPC)理论,开发了基于SPC理论的灌浆压力网络监测报警系统。该系统通过对灌浆压力值进行采样监测,识别样本点位置及其变化趋势,依据统计过程控制形成压力控制图,并结合灌浆过程设定不同阶段压力判定规则,从而实现灌浆压力的监测、报警与预测。结果表明:相对于传统的压力阈值报警系统,该系统的报警用时降低了25%,报警有效率提高了8%;采用SPC+阈值报警算法进行灌浆压力监测报警,能够提前预判异常信息,便于工程参建方进行灌浆过程管理和控制。研究成果可为将SPC算法应用于其他工程参数的管控提供参考。

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刊出日期：2020-02-01

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