2020年, 第37卷, 第9期　
刊出日期：2020-09-01

  

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  长江科学院院报. 2020, 37(9): 0-0.

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专家特约稿
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  河长制下跨省河流管理保护现状及联防联控对策研究——以赤水河为例

  吴志广, 汤显强

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200431

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  河长制为区域性环境保护管理制度,如何在流域层面实现联防联控是当前河长制推行的难点与薄弱环节。以长江流域典型跨省河流——赤水河为例,针对赤水河生态环境保护存在的突出问题,在梳理流域内河长制推行实践的基础上,结合河长制工作的主要任务,总结了赤水河流域保护管理的主要经验与不足;再从推进流域保护整体规划与立法、促进部门联动与联合执法、规范跨界断面监测评估、严格水量分配调度和完善资金投入激励等方面,提出了河长制下赤水河流域联防联控的政策建议。研究成果可为国内其他跨省河流的流域整体性管理保护提供借鉴。
水资源与环境
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  基于耗水视角的水资源承载能力及其支撑流域调水规模研究

  常文娟, 董鑫, 马海波, 房昊天

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 8-12. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191464

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  为科学地评价流域水资源承载能力,提出耗水视角下水资源支撑的最大经济规模和最大人口规模指标,构建了考虑流域节水、调水的水资源承载能力评判模型。以汉江流域为例,分别对流域不同水平年、不同调水规模情景下的水资源承载能力进行综合评判。结果表明:2020年、2030年规划水平年,流域在实施南水北调中线工程一期调出水量95亿m³、引汉济渭工程调出水量10亿m³ 后,流域水资源不仅仍能维持本流域发展,还能向外流域调出的最大水量分别为19.7亿m³和15.6亿m³。然而,2030年加大调水规模,实施南水北调中线工程调出水量130亿m³后,流域水资源不足以维持流域内社会经济的可持续发展,需要考虑外流域补水。在此基础上,基于协同学理论,构建考虑耗水因素的水资源承载系统序参量,建立协调度评估模型,以汉江流域襄阳地区为例从宏观层面评估水资源支撑流域社会经济发展态势。结果表明,襄阳地区水资源承载能力协调态势在2011—2017年间由较不协调逐步发展为基本协调,在考虑节水情况下水资源承载能力整体趋于良性发展。研究成果可为汉江流域远景跨流域引调水规模研究和确定长江补水规模提供科学依据和技术支撑。
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  稻草强化生物膜浮床脱除工业尾水中氮素及COD的效果

  艾森, 杨亚红, 许光链, 宰英涵, 张惠宁, 白志辉

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 13-17. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190521

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  工业污水处理厂排放的尾水中总氮含量偏高,容易引起地表水体的富营养化。为了提高尾水中总氮的去除效率,通过模拟稳定塘静态和动态试验,对比了不同稻草添加量(0,0.18,0.54 g/L)强化生物膜浮床脱除工业尾水中总氮(TN)的效果。静态试验结果表明:随着稻草量的增加,TN的去除率显著提高;10 d后,添加0(CK)、0.18 g/L(T1)和0.54 g/L(T2)稻草的尾水中,TN去除率分别为18%,40%,93%。动态试验结果显示,水力停留时间(HRT)为 4 d时,CK、T1和T2的平均TN去除率分别为10%,22%,49%,且3种情况下的进出水COD浓度无显著差异。这主要是由于稻草通过缓慢释放碳源为生物膜中异养反硝化细菌提供可利用的有机物。研究成果可为工业尾水深度处理脱氮技术提供参考。
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  山东淄博大武水源地地下水水化学特征及水质评价

  冯建国, 季德帅, 高宗军, 杨丽芝, 朱恒华, 刘治政

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 18-23. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190476

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  为了解大武水源地地下水水化学特征及水质现状,选取2017年12月采集的57件水样,综合运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs模型和离子比法,分析了大武水源地的主要离子特征及其成因,并运用综合评价法对水源地水质进行评价。结果表明:大武水源地地下水主要阳离子为Ca²⁺和Na⁺,约占阳离子总量的82.8%;主要阴离子为HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-,约占阴离子总量的91.9%;水化学类型以HCO₃·SO₄-Ca·Mg(Ca)型、HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Mg(Ca)型、HCO₃·Cl-Ca·Mg(Ca)型为主;水化学组分主要受碳酸盐岩风化溶解控制;地下水水质都在Ⅲ类水以上,Ⅲ类水占据总水样的47.4%,Ⅳ类和Ⅴ类水占据了52.6%。研究成果对了解大武水源地水环境现状具有重要意义。
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  丹江口水库水化学特征现状分析

  张乾柱, 邓浩俊, 卢阳, 周火明, 高强, 周裕红

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 24-30. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190716

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  河流化学径流多源自流域岩石风化、地表侵蚀及人类活动等,水化学特征是流域多重环境信息的综合表现。为探讨丹江口水库水化学特征及影响因素,分别于2017年10月、2018年1月、4月和7月系统采集丹江口水体,分析水体离子组成及时空变化规律等水化学特征。分析结果显示:水体pH值介于7.02~8.58之间,呈中偏弱碱性,水体溶解氧、ORP值及电导率具有明显季节变化,总溶解性固体(TDS)平均值为(176.14±15.98) mg/L,高于世界河流平均值。在水体主要阳离子中,Ca²⁺含量最高,介于50%~70%之间,其次,Mg²⁺含量为20%~30%;在阴离子组成中,大部分样点的HCO₃^-含量达70%以上,(Cl^-+SO₄^2-)含量在20%以下,DSi含量在10%以下。研究结果表明,碳酸盐岩风化控制了水体总体特征,部分离子受硅酸盐岩风化影响,人类活动亦是影响水体化学特征的重要因素,与已有监测结果对比,近年来丹江口水库水环境有一定程度改善。研究结果为流域水资源综合管理和开发利用提供了数据支撑。
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  兼顾下游生态流量的溪洛渡-向家坝梯级水库蓄水期联合优化调度研究

  蔡卓森, 戴凌全, 刘海波, 戴会超, 汤正阳, 王煜

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 31-38. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190622

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  金沙江下游为珍稀特有鱼类国家级自然保护区,鱼类自然繁殖生长需要适宜的生态流量。为探究金沙江下游已建成的溪洛渡-向家坝梯级水库蓄水期的适宜生态流量改变度与梯级水库发电量间的关系,采用RVA法量化下游河道适宜生态流量,建立以调度期内发电量最大和下游河道适宜生态流量改变度最小为目标的梯级水库群多目标优化调度模型,并用NSGA-Ⅱ算法(非支配排序遗传算法)对模型进行求解。以典型丰水年、平水年、枯水年溪洛渡的入库流量进行优化调度计算,结果表明:在满足约束条件下,丰水年发电量最大增加0.7%,而对应的适宜生态流量改变度增大20.82%;而以生态为目标时,可通过发电量损耗0.48%来减少28.06%的适宜生态流量改变度。平水年发电量较常规调度相比最大可增加1.28%,此时适宜生态流量改变度增大13.87%;而以生态为目标时,适宜生态流量改变度减小22.53%,但发电量损耗0.62%。枯水年发电量较常规调度相比最大可增加1.89%,此时适宜生态流量改变度增大4.96%,而以生态为目标时,适宜生态流量改变度减少13.7%,但发电量损耗0.35%。研究成果可为金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级水库生态调度方案的制订提供参考。
防洪减灾
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  金沙江下游梯级水库汛期分期及汛限水位合理性研究

  余玉聪, 李雯晴, 刘招, 杨舟, 尤烽骅

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 39-44. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191511

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  汛期分期以及分期汛限水位的合理确定,能够较好地协调水库防洪效益与发电效益之间的矛盾,对充分发挥水库的防洪、发电能力,以及提高汛期洪水资源利用率具有重要意义。基于改进的模糊集分析方法并依据金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级水库入库洪水对其汛期进行分期,通过隶属度与防洪库容的映射关系确定梯级水库分期汛限水位,提出利用跨期选样法对分期结果及汛限水位进行修正。研究结果表明:金沙江下游梯级水库前汛期为6月1日—7月14日,主汛期为7月15日—9月16日,后汛期为9月17日—10月24日,4个梯级水库合理汛限水位分别为962,800,575,374 m。通过不同典型洪水放大的洪水过程检验了分期汛限水位的合理性。研究得到的金沙江下游梯级分期结果及各库分期汛限水位,均能够在满足防洪安全的前提下提高水库发电等经济效益,在一定程度上提高了汛期洪水资源的利用率。
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  鄱阳湖口石钟山岩崖壁上记载的水位变化初探

  王兆夺, 崔利芳, 邓利欢, 陈珂

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 45-49. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20191155

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  通过对鄱阳湖口石钟山岩壁的观察,识别出了高于目前水位的6次较为明显的洪水印痕及凹槽,进一步与鄱阳湖全新世沉积剖面以及其它气候信息进行了对比。初步认为,它们分别指示了不同时期鄱阳湖水位的变化以及持续的时间,较低的3次洪水印痕可现性较高,持续时间较短;而较高的3次洪水凹槽则可现性较低,持续时间较长,可能指示全新世中期以来暖期气候背景下鄱阳湖水位。从鄱阳湖东侧全新世沉积剖面特点及相应时期内气候背景2个角度对比,推测各不同高度洪水印痕及凹槽可能形成的时间,并从石钟山崖壁历史洪水痕迹初步揭示了全新世中晚期鄱阳湖水位变化的历史洪水信息,同时为鄱阳湖水位与气候背景的密切相关性提供了佐证。
工程安全与灾害防治
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  基于加权信息量模型的临潼区滑坡易发性评价

  杨盼盼, 王念秦, 郭有金, 马啸

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 50-56. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190726

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  为提高滑坡易发性评价的准确性和精度,结合随机森林(FR)模型和信息量(IV)模型2种方法,提出一种新的加权信息量(WIV)模型。以西安市临潼区为研究区,基于野外调查和因素相关性分析,选取坡度、坡向、高程、曲率、地形起伏、岩土体类型、降雨量、断层、水系和道路10个影响因子,以全区72个滑坡灾害点为样本数据,分别采用FR模型、IV模型和WIV模型对研究区开展滑坡易发性评价。结果表明:WIV模型训练样本的成功率和预测率比FR模型分别高4.9%和1.9%,比IV模型分别高17.80%和4.70%;滑坡灾害点高易发区和极高易发区多分布在断层、河流及道路集中区域,且其滑坡灾害点比例WIV模型比IV模型、FR模型分别提高6.37%和4.45%;WIV模型易发性评价分区结果与研究区实际情况相近。研究成果可为防灾减灾工程提供科学依据。
岩土工程
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  裂隙岩体微生物阻渗机理试验研究

  彭述权, 张珂嘉, 康景宇, 樊玲, 王凡

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 57-63. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190657

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  微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种新型微生物加固技术,能够改变裂隙岩体水力性能,具有阻渗作用。采用巴氏芽孢杆菌对劈裂法预制的贯通裂隙红砂岩试样进行微生物充填试验,并分析试样渗透性能改变情况,同时通过电化学阻抗谱法(EIS)分析微生物充填对裂隙岩体结构的影响,对微生物充填裂隙岩体的阻渗机理作综合研究。研究结果表明:①微生物充填可使裂隙岩体渗透系数降低1~2个数量级,充填率越高充填效果越好;②裂隙宽度和围压对微生物充填后渗透系数改变具有一定的影响;③裂隙岩体充填前后渗透系数随围压的增大呈幂函数降低;④EIS测量结果表明,微生物充填后,裂隙岩体导电性能提高,岩体密实,渗透性能降低。
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  黏粒含量对花岗岩残积土渗透与强度特性的影响

  胡其志, 洪昌伟, 刘恒, 许兆栋

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 64-69. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190700

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  花岗岩残积土由于强度较高,常常用于高速公路路基的填方,但花岗岩残积土具有较强的渗透性,抗冲刷能力较差,在多雨季节施工,雨水冲刷会对填方质量产生较大的影响。通过对不同红黏土掺量的花岗岩残积土进行渗透试验和无侧限抗压强度试验,研究红黏土掺量对花岗岩残积土的渗透系数和无侧限抗压强度的影响趋势;在室内试验的基础上选取具体工程进行填方对比试验。研究结果认为:花岗岩残积土的渗透系数随着红黏土掺量的增加而减小;无侧限抗压强度随着红黏土掺量的增加而增大;花岗岩残积土中红黏土的最优掺量是40%,具体工程中采取2车花岗岩残积土加1车红黏土的“3+2”混合填料法能达到较好的填方效果。研究结果为花岗岩残积土地区工程建设的基础材料填筑与加固提供参考。
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  局部超挖对悬臂排桩基坑支护体系安全性能的影响

  雷亚伟, 郑刚, 程雪松, 黄天明, 李溪源

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 70-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190563

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  由局部超挖引发基坑大范围破坏的工程事故时有发生,但局部超挖对基坑整体安全性能的影响及其引发连续破坏的机理尚仍缺乏研究。以悬臂排桩支护的长条形基坑为例,采用模型试验和有限差分法对基坑局部超挖引起的荷载传递规律进行探索。结果表明:随着超挖深度的增大,由于土拱效应,超挖区外支护桩内力大幅增长,而超挖区内支护桩桩身弯矩先增加后降低或持续降低;大面积开挖深度相同时,随着局部超挖范围增大,邻近支护桩桩身弯矩与位移增幅逐渐增大并趋于稳定。研究成果初步揭示了局部超挖对支护桩内力的影响等荷载传递规律,可为防超挖引发基坑连续破坏研究和局部深坑设计提供参考。
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  小寨山隧道洞口段塌方成因分析及变形预测

  吴大勇

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 79-86. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190561

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  为保证隧道洞口段的施工安全,在小寨山隧道洞口段塌方成因分析的基础上,利用尖点突变理论和PSO-ELM模型评价了隧道洞口段围岩的稳定性现状及其发展趋势;另外,根据洞口段塌方成因,对塌方处理措施进行了系统研究,并综合分析了处理效果,以评价各类处理措施的有效性。小寨山隧道洞口段塌方成因研究表明:洞口段的塌方成因主要是偏压原因和降雨原因,且突变分析过程的突变特征值均<0,得出隧道洞口段围岩处于不稳定状态,加之变形预测结果显示其后期变形仍将持续增加,进而隧道洞口段的稳定性趋于不利方向发展,有必要采取切实措施保证施工安全;同时,塌方处理措施应结合工程实际,先对各施工阶段和步骤进行针对性加固,再调整隧道支护所受的宏观应力状态,保证其受力平衡,且通过塌方处理,小寨山洞口段围岩变形处于可控范围内,验证了各类处理措施的有效性。
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  黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁横向振动复模态分析

  王家乐

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 87-95. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190822

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  利用修正Timoshenko梁理论,考虑地基黏性阻尼,建立黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁动力方程,解决了黏弹性地基经典深梁(Timoshenko)两频谱矛盾。利用复模态分析方法导出微分方程在多种约束条件下的复频率求解超越方程及其振型函数。当不计梁剪切转动惯量的影响时,方程可退化为黏弹性文克尔地基经典深梁计算模型;当不计梁剪切变形的影响及地基黏滞阻尼时,方程退化为常见的弹性地基Euler梁振动模型,其计算模型较为通用。分析了黏弹性地基梁在不同理论下的计算差别,结果表明:黏弹性地基Euler梁在高频段及梁长较短的低频段具有很大误差,黏弹性文克尔地基经典Timoshenko梁相对于Euler梁误差有所减小,但随阶次的增加相对误差逐次增大,在较高频段亦产生不可忽略的影响,证明了地基黏滞阻尼对地基梁振动低频段有较大影响。
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  水岩作用下红层泥岩蠕变特性

  肖欣宏, 王静, 谢小帅, 陈华松, 周家文

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 96-101. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190580

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  水岩作用下软岩蠕变特性的研究对真实水环境下岩土工程长期稳定性有重要影响。采用轴压水压联合作用岩石流变试验系统,研究了滇中地区红层泥岩不同应力及水压作用下的蠕变特性。研究结果表明:岩样在低应力水平下以瞬时变形为主,蠕变曲线主要呈现出衰减蠕变和稳态蠕变阶段特征,仅在最后一级应力条件下出现加速蠕变阶段;相同水压条件下,泥岩瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率均随加载应力的增大而增大,且水压越大,应力对泥岩蠕变的影响越敏感;相同应力条件下,泥岩蠕变应变、蠕变速率以及蠕变变形占总变形的比例均随水压的增大而增大,且应力水平越高,增大水压对泥岩蠕变特性的影响越显著。研究成果对于保证真实水环境下软岩工程安全具有重要的工程意义。
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  三峡库区黄土坡滑带空隙结构与渗流特性

  武金博, 吴庆华

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 102-109. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200104

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  黄土坡滑坡的稳定性对三峡工程的安全运行具有重要影响,一直受到广泛关注,但滑带的空隙及渗透特性对滑坡稳定性的影响机制尚不清楚。从地下水渗流对滑带土作用的角度,利用中国地质大学(武汉)巴东野外综合试验场,结合室内试验的方法开展滑带土空隙结构与渗流特性研究。结果表明:①滑带碎石磨圆度、碎石分布形态、碎石表面擦痕、滑带土层理结构以及基岩面擦痕等特征明显,表明滑坡证据显著;②滑带土致密,层理结构明显,且层理间空隙尚未形成优先导水通道,而滑带土上、下盘接触面均存在贯穿性空隙或裂隙带,说明滑带空隙具有明显的空间分布特征;③滑带土饱和渗透系数低于上覆松散滑坡堆积体地层和强风化基岩地层2~3个数量级,导致降雨在滑带上盘集中排泄,基岩裂隙水在滑带下盘集中渗流,且在基质吸力作用下,上、下盘水分同时缓慢入渗滑带土,说明滑带土对滑坡体降雨入渗以及基岩地下水渗流具有显著的控制作用;④滑带土渗透破坏比降超过16,滑带土在自然水头作用下难以发生渗透破坏,具有很强的抗渗透破坏能力,说明地下水对滑带土影响主要体现在增加滑带土含水量,降低其力学指标,而渗透破坏作用有限。该成果对地下水作用下的滑坡形成机理研究具有重要意义。
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  大型地下洞室上层爆破开挖对下层围岩振动特性的影响

  涂颖, 杨建华, 代金豪

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 110-114. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190894

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  某地下实验厅采用上、下层同时爆破开挖,最后进行贯通的开挖施工方案。采用现场爆破试验监测的手段,研究了上层水平钻孔爆破开挖时下层围岩的质点峰值振动速度及频率特性,分析了上层爆破开挖对下层围岩动力稳定的影响。研究结果表明,大型地下洞室上层水平钻孔爆破开挖时,爆炸地震波能量主要向下层岩体传播,致使下层洞室顶拱处的振动速度大于上层底板相同距离处的振动速度;爆破振动主要以剪切波(SV波)的形式向下层岩体传播,下层洞室围岩在平行于炮孔纵轴向(实验厅纵轴向)方向上的振动速度最大;由于上层的爆破振动以体波的形式在岩体内向下层传播,下层围岩的振动频率更高。
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  黄土垂直和构造节理的几何差异性及拓扑学研究

  康尘云, 王少凯, 潘登丽, 贺鸣

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 115-121. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190569

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  黄土节理是地下水的赋存场所和运移通道,它们使土体破碎进而影响稳定性和强度,是各类地质灾害的构造基础,准确分析其发育特点和展布规律,是理解黄土频发灾害的关键步骤。通过现场调查、数理统计和拓扑分析,对陇西地区黄土进行系统研究。结果表明:①陇西地区主要发育优势走向为NNW、NWW和NE向的构造节理,这是受区域内走滑断裂带和逆倾滑断裂带影响的结果;②构造节理优势组的产状服从高斯正态分布,倾角多为60°~80°,垂直节理的产状随机分布、离散型较强;③2种节理的平均间距均较宽,张开度属“开裂”范围,延续性中等,但垂直节理的间距分布范围更集中,构造节理的张开度相比更小;④拓扑分析显示I型节点占主导,节理延伸过程易被中断,分支比处于3以下的低水平,该方法能更简单、直观地描述连通性。研究结果可以为新构造应力场恢复、掌握黄土节理发育基本规律、节理网络数值建模等提供基础数据。
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  免共振沉桩原位试验研究

  李操, 张孟喜, 周蓉峰, 王泽庆

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 122-127. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190593

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  为解决传统桩基施工过程中存在的环境污染、挤土效应、效率低及能耗高等突出问题,以某高架桩基工程为例,基于免共振液压振动锤系统沉桩施工工艺,通过原位沉桩试验测试、现场振动测试,研究钢管桩沉桩过程中桩周土体、地铁运行期间桥墩变形特征及其振动变化规律。研究结果表明:钢管桩沉桩过程中桩周土体水平位移集中分布在近地表0~2/3L(L表示桩长)范围内,地表以下0~1/4L范围水平位移较大,土体水平和竖向位移最大值分别为2.37 mm和3.13 mm,桥墩倾斜0.4‰~0.7‰,分析发现沉桩过程中挤土效应不明显;现场振动测试结果显示,当无地铁经过时桥墩振动速度最大峰值为0.823 mm/s,有地铁经过时为1.90 mm/s,充分表明沉桩过程对周边环境影响程度弱;实现了对环境“低影响”的效果,为沉桩施工新技术的研发提供理论和实践指导。
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  排水剪切下湿地湖泊相黏土结构性宏微观试验研究

  朱楠, 刘春原, 赵献辉, 王文静

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 128-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190551

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  为了探讨排水剪切条件下结构性对湿地湖泊相黏土力学特性的影响,对湿地湖泊相黏土原状样和重塑样进行三轴排水剪切试验,将试验后的原状样进行微观定性和定量分析,研究不同围压下结构性对土体剪切强度和变形特性的影响。结果表明:在土体结构屈服破坏前,结构性会提高原状土抗剪强度,减小剪切变形;当土体结构屈服破坏后,结构性会降低原状土抗剪强度,增大剪切变形。原状土的峰值结构强度随围压增大近似呈线性增加,而峰值结构体积应变随围压增大呈指数型趋势减小。在围压小于结构屈服应力时,剪切阶段由胶结联结和结构骨架承担荷载,孔隙压缩较小,颗粒和孔隙的形状和排列变化较小;当围压超过结构屈服应力后,在剪切阶段胶结联结和结构骨架逐渐破坏,孔隙受到压缩,颗粒和孔隙的形状趋向圆形,并向荷载优势方向调整排列。研究成果对于揭示湿地湖泊相黏土的结构破损机理及指导湖泊湿地地区的工程建设具有重要意义。
水工结构与材料
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  应力-渗流-化学多场耦合作用下混凝土蠕变特性试验研究——以龙口港工程为例

  傅英坤

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 135-141. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190736

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  为研究混凝土在海水侵蚀、荷载及水力渗透复杂条件下的蠕变特性,对不同浸泡时间条件下的港口混凝土进行三轴分级加载蠕变试验。试验结果表明:①海水侵蚀对港口混凝土强度具有明显的弱化效应,浸泡时间为0,30,60,120 d下混凝土的长期强度分别为12.8,11.5,10.6,10.2 MPa;②随着海水浸泡时间的增加,混凝土试件的初始渗透率逐渐增加,浸泡时间为0,30,60,120 d下混凝土初始渗透率分别为8.15×10^-17, 1.12×10^-16, 1.49×10^-16, 1.60×10^-16 m²,海水的腐蚀效果逐渐降低,初始渗透率与腐蚀时间之间呈负指数关系;③改进的西原模型非线性蠕变本构方程与试验数据拟合效果理想,决定系数分别达到0.98,0.96,0.95,0.92,能较好地反映港口混凝土在应力-渗流-化学多场耦合作用下蠕变变形的阶段性特征与时效特征。研究结果可为我国港口工程的长期运行提供指导性参考。
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  基于细观复合材料的寒区混凝土导热系数模型

  陈瑞, 宫经伟

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 142-148. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20190652

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  为分析正负温交替变化对混凝土导热系数的影响机理,进行了温变条件下混凝土导热系数模型研究。提出不同温度下的混凝土孔隙内液相(冰水相)导热系数计算理论,用以表征不同温度下混凝土内部孔隙溶液相变演化特征。从混凝土细观复合材料角度出发,将混凝土看成由等效固相、混凝土孔隙内液相(冰水相)、气相组成的三相复合材料,建立了含温度、饱和度及孔隙分布的串-并联混凝土三相复合材料导热系数计算模型,并与其它模型进行对比计算分析。研究结果表明:串-并联模型计算出的寒区混凝土导热系数与实测值有较好的一致性,且计算精度较高,相对误差范围为8.83%~24.13%;模型计算结果较好地反映了寒区混凝土导热系数与饱和度及温度间的相关关系,在温度敏感区(-10~0 ℃)内,混凝土导热系数发生骤变,变幅范围为2.59%～8.47%。混凝土孔隙内液相(冰水相)导热系数计算模型有效地刻画了温变条件下孔隙溶液相变特征,串-并联三相导热系数计算模型也客观地揭示了正负温交替变化下混凝土导热系数的演化机理。
中国水利学会勘测专业委员会2020年年会暨学术交流会专栏
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  西藏拉洛水利枢纽沥青混凝土骨料质量评价及料场比选

  黄振伟, 雷明, 张玮鹏

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 149-153. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200580

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  沥青混凝土心墙是土石坝的重要结构,骨料、填料等原材料质量对心墙抗渗性、耐久性及适应变形的能力具有决定性影响。以位于西藏自治区日喀则市的拉洛水利枢纽工程为例,初拟2处沥青混凝土人工骨料石料场以资比选,进行了各项质量参数的试验检测,综合考虑各种因素后选定了运距虽然相对较远但质量更好的卡贡灰岩石料场作为料源,确保高原、高寒、高海拔地区沥青混凝土心墙坝的安全。同时,分析、讨论了沥青混凝土用人工骨料原材料岩石质量评价时应注意的若干问题,并提出了解决问题的意见和建议,可供下一步修订相关标准时参考。
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  滇中引水工程香炉山深埋长隧洞主要工程地质问题

  王旺盛, 陈长生, 王家祥, 史存鹏, 李银泉

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 154-159. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200565

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  香炉山深埋长隧洞是滇中引水工程总工期控制性工程,隧洞总长62.596 km,最大埋深1 450 m,具有线路长、埋深大、勘察研究范围广、地质构造背景与岩溶水文地质条件复杂、地下水环境影响敏感等工程特点。勘察期通过大范围线路比选和综合勘察测试研究,逐步选定了隧洞线路并基本查明其工程地质与水文地质条件,对隧洞高地震烈度区抗震与穿越活动性断裂抗断问题、涌突水(泥)与地下水环境影响问题、高地应力与硬岩岩爆及软岩大变形问题、高外水压力问题及穿越煤层、膨胀土特殊岩土工程地质问题等进行了深入分析,为隧洞工程设计、施工提供了可靠的技术支撑,为类似深埋长隧洞的相关研究提供参考。
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  基于地下水环境影响的隧洞选线研究

  沐红元, 米健, 李少飞, 柳晓宁

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 160-164. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200571

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  为解决隧洞建设对周边地下水环境影响的问题,以滇中引水工程海东隧洞为研究对象,利用专门水文地质调查测绘、勘探、观测等技术手段,以及解析法、数值法等研究方法,对线路区岩溶水系统水文地质特征及与周边地下水环境的影响关系开展了系统研究,从地下水环境影响角度对海东隧洞选线方案进行了合理优化,推荐选择对地下水环境影响较小的B线方案。此案例剖析为引调水工程隧洞方案比选的分析评估思路提供参考。
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  代古寺水库坝址区蚀变花岗岩工程地质特性

  武鹏飞, 贾桢, 张学超, 张学东, 陈书文

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 165-168. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200569

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  甘肃省代古寺水库坝址区发育蚀变花岗岩,其蚀变特征直接影响岩体的工程特性,并对工程区永久和临时水工(施工)建筑物的安全性造成影响。综合分析工程区区域地质资料,通过野外地质测绘、取样试验分析和地球物理勘察等手段,以宏观和微观相结合的方式全面探讨坝址区蚀变花岗岩的工程特性。研究表明:蚀变花岗岩成因主要为岩浆及脉体热液交代,蚀变类型以黏土化为主;蚀变花岗岩集中分布于代古寺水电站下游70~180 m范围内河床及近河右岩低高程部位,蚀变深度集中在地表以下20~100 m范围;蚀变花岗岩岩石强度明显降低,孔隙率和吸水率显著增大,岩体完整性较好。研究结果对优化水工设计方案有重要的理论意义和工程应用价值。
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  混凝土大坝坝体渗漏探测技术及其应用

  李国瑞, 王杰, 刘康和, 汤克轩, 王志豪

  长江科学院院报. 2020, 37(9): 169-174. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20200566

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  为研究混凝土坝体渗漏探测技术,以某水利枢纽工程混凝土重力坝裂隙式渗漏为研究对象,采用伪随机流场法探测渗漏入水口;采用钻孔及钻孔测试技术(温度测井、声波测井、钻孔电视观察、压水试验等)定位渗漏通道。研究结果表明:①当坝外有明显渗漏出水口时,伪随机流场法可以精确圈定坝内渗漏入水口;②坝体裂隙一般垂直坝体方向分布(如连接横缝)或沿坝体方向分布(如水平缝),或者两者皆有且连通;③坝顶钻孔及钻孔测试方法能够查明渗漏通道的高程及桩号分布范围。针对混凝土坝体裂隙式渗漏,采用伪随机流场法和钻孔测试技术综合探测,具有准确、快速、便捷、安全的特点,对于其他类似工程问题有一定借鉴意义。