2021年, 第38卷, 第3期　
刊出日期：2021-03-01

  

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  长江科学院院报. 2021, 38(3): 0-0.

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专家特约稿
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  长江流域水生态问题与修复述评

  潘保柱, 刘心愿

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 1-8. https://doi.org/10.11988/ckyyb.202007872021

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  长江流域水生态问题是一个历史性、持续性问题,一直以来备受关注。随着国家保护力度的提升和众多修复保护措施的实施,长江流域的水生态环境得到了一定的改善,但其修复保护工作依然任重道远。依据长江流域水生态问题的区域差异性特点,将长江划分为长江上游、中下游及河口3个区域,并针对各区域特有的水生态问题及其修复保护措施进行了梳理和分析。水生态问题总体概况为:生物栖息地退化、鱼类资源减少、江湖阻隔,以及流域内水污染和底泥污染。针对这些水生态问题的修复保护措施,在全流域视角下,大多以人工修复为主,并与自然修复相结合,形成人工修复促进自然修复的运行模式。最后,通过对上述内容的整理与归纳,以期为更好地修复和保护长江流域水生态环境出谋划策,积极响应长江大保护的国家需求。
江湖泥沙与治理
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  Karst地区明渠伏流交替河道水动力学模型及应用

  李松萍, 陶铭, 金中武, 胡德超

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 9-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915242021

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  基于圣维南方程组,根据测压管水头在明渠、承压水流中具有相同的表达形式,实现了自由水面水流、承压水流的统一描述。提出采用三角形子断面法描述伏流非规则封闭断面,进而建立了适用于真实Karst地区明渠伏流交替河道的统一型混合流模型。采用半隐方法离散压力梯度项,使用欧拉-拉格朗日法求解对流项,并使用预测-校正法实现了枝状、环状河网各支汊的耦合求解。以夹岩水库工程为背景,采用2000年水文过程对模型进行了测试,结果表明流量计算误差在1.6%以内。进一步研究了明渠伏流交替河道纵向沿程的流速变化规律以及伏流河段前布置人工隧洞的分流规律。在入流洪峰流量、坝前正常蓄水位的水流条件下,明渠段流速一般在0.25 m/s以下,相比之下,伏流段流速可达1.0~3.0 m/s,有利于伏流过流通道的保持。通过1971—1990年水文过程的模拟,得出大中天桥伏流前的人工隧洞的分流比为40.3%~42.8%,小天桥伏流前的人工隧洞的分流比为76.8%~78.6%。研究成果可为工程建设提供设计依据和技术支撑,具有重要的工程应用价值。
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  河道二维数值模拟地形数据前处理精细化研究

  赵科锋, 曹慧群, 罗平安

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 16-19. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915322021

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  数值模型是分析河流水动力水质演变规律的重要方法。通过对MIKE21模型边界等间距取节点,并进行编码,实现实测河道断面地形沿河道弯曲方向的精细化插值,为河道数值建模提供优化后的地形数据。为了说明此方法的优越性,选取荆门城区某河流部分河段作为研究对象,利用Python完成程序的编写,对实测河道断面数据进行精细化插值运算,并对比地形精细化处理前后与实际地形的差别。结论认为,经过对6组断面插值运算,河道地形得以细化,减少了模型运算错误率,使得模型更趋近于真实情况。
水资源与环境
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  关于浅水湖泊沉水植物覆盖度设计依据的探讨

  罗希, 马俊超

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 20-24. https://doi.org/10.11988/ckyyb.202000392021

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  沉水植物是维持浅水湖泊清水态的关键因子,其覆盖度是水生态修复工程中植物措施的重要参数。从沉水植物作用机理出发,通过收集天然浅水湖泊沉水植物变迁情况,分析国内外相关学者和工程的研究成果,得出在浅水湖泊沉水植物覆盖度设计时可在50%~70%范围内取值;对于污染负荷小的湖泊,可以取相对较低的值;对于水塘,其取值可按约30%考虑;当营养盐浓度超过阈值时,覆盖度应处于较高的水平。根据工程经验,在污染源恒定的情况下,覆盖度越高,对水质可起到越好的维持效果。同时,针对影响沉水植物覆盖度的有关因素,例如底泥污染、水体透明度以及季节变化等作了思考并给出了相关建议。研究结果为今后浅水湖泊沉水植物恢复的相关工作提供一定的经验和借鉴。
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  青藏高原东南部径流特征的空间规律及控制因子研究

  李轩, 张文江, 蒋蕙如, 刘俐

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 25-31. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201913692021

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  采用青藏高原东南部的水文气象资料,对比分析了该地区23个(区间)流域的年径流深、集中度与集中期、基流系数、退水系数等径流特征及其空间分布规律,并进一步研究了这些径流特征的控制因子。结果表明:该地区径流特征的空间分布规律为年径流深从东南(700~1 300 mm)向西北(<400 mm)递减,而集中度则呈相反的空间格局(从<0.44增加到>0.59);退水系数及基流系数,在低海拔地区随高程增大而增大(分别为0.55~0.69、0.51~0.73),但在高海拔地区则随高程增大而减小(0.74~0.42、0.79~0.63)。本研究发现,青藏东南径流特征空间规律的控制因子,具有显著的区域分异:在低海拔流域(平均高程<3 000 m),降水是径流特征的主要影响因子;而在高海拔流域(平均高程>3 000 m),仅径流深和集中度受降水控制,其他特征则主要受温度、冻土、地形等条件的共同影响。可见,由于青藏高原东南部降水和冻土对气候变化敏感,该地区水资源时空分布格局将面临很大的不确定性,对此应予以充分重视。
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  基于熵权-偏序集的水质评价方法

  赖文哲, 毛志勇, 岳立柱, 汤家喜

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 32-38. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915082021

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  准确评价水质状况是对水资源进行利用与保护的重要前提。基于偏序集评价理论,提出熵权-偏序集水质评价模型,依据分级准则划分评价等级,并确定评价指标。根据Hasse矩阵得出Hasse图,通过分析Hasse图展现的层级信息了解水源质量分类情况。运用该模型对长江及嘉陵江干流段9个监测点水质进行评价。结果表明:该方法评价结果较为准确,克服了熵权法赋权时对样本量的依赖,并有效解决了传统评价方法中指标主观赋权的争议问题,为水质评价提供了一种新方法。
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  不同浊度下的泥沙对水体镉、铅、砷去除的影响分析

  罗德纹, 王骥, 冯立师, 潘超逸, 常莎, 陈思莉, 谢磊, 虢清伟

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 39-44. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915612021

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  针对流域突发性重金属污染,不同浊度下的泥沙对重金属有一定的去除效果。以浊度为指示指标,通过试验研究了常温(25 ℃)和低温(5 ℃)条件下浊度50～650 NTU(Nephelometric Turbidity Unit)范围内泥沙对重金属镉、铅、砷吸附去除的影响。试验结果表明:泥沙对重金属镉、铅、砷的去除效果为铅＞镉＞砷,其中铅的去除率达到99%。浊度与能处理达标的最高重金属浓度呈线性关系,常温下浊度与能处理达标的最高镉、铅、砷浓度关系曲线的相关系数分别为0.996、0.998、0.999,低温下其相关系数分别为0.999、0.996、0.998。常温较低温更利于泥沙对重金属镉、铅、砷的去除,能去除更高浓度的重金属,达到生活饮用水卫生标准。
水土保持与生态建设
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  结合G1法与变权理论的杞麓湖流域生态用地分析

  白少云, 刘斌, 潘佳威, 刘加敏, 陈敏, 余珮珩, 陈奕云

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 45-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915042021

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  杞麓湖流域作为典型高原湖泊流域之一,生态极易遭到破坏。选取高程、坡度、人口密度、道路缓冲区、居民点缓冲区、水域缓冲区来构建生态敏感性评价的指标体系,并结合G1法、变权栅格理论确定各指标权重,进行杞麓湖流域生态敏感性评价和流域生态用地分析。结果表明:①引入变权栅格理论可有效避免因子之间的相关干扰;②高、中、低度敏感区分别占流域总面积的3.66%、71.08%、22.83%,不敏感区占比为2.44%;③93.81%的林地、99.22%的水域以及79.52%的其他用地处在高度敏感区和中度敏感区,63.02%的建设用地和54.79%的耕地处在低度敏感区与不敏感区。开展流域内的生态用地分析,为推动可持续土地资源利用开发和生态环境保护提供了重要依据。
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  陕西省不同地貌类型区植被覆盖度时空变化特征及其影响因素

  庞国伟, 山琳昕, 杨勤科, 土祥

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 51-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915132021

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  为了评价“退耕还林(草)”等生态工程实施以来陕西省不同地貌类型区的植被覆盖变化,基于2000—2017年MODIS数据,采用像元二分模型估算了陕西省植被覆盖度,研究了不同地貌分区植被覆盖度时空变化及其影响因素。结果表明:①18 a来,陕西省植被覆盖度整体呈增加趋势,其中风沙过渡区、黄土高原区增加幅度较大,秦岭山地、汉江盆地与大巴山地增幅较小,关中平原则呈减少趋势。②全省38.88%的区域植被显著改善, 8.49%的区域植被显著退化,黄土高原区为主要改善区,关中平原区及其它地貌类型区的城市周围植被退化。③降水与气温对植被覆盖的影响存在空间差异,黄土高原区植被覆盖度与降水和气温分别以正相关和负相关为主,秦巴山地高海拔地区则均以负相关为主。④相对于地势低缓区域,地势高陡区域植被覆盖度更高,阴坡植被覆盖度较其它坡向高。研究结果将为陕西省生态环境保护分区实施提供科学依据。
防洪减灾
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  FFMS模型与HEC-HMS模型在暴雨洪水预报中的应用比较

  田景环, 樊素琦, 王文川, 刘昌军, 张启义, 赵悬涛, 马珊

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 59-65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.202008502021

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  针对小流域暴雨洪水预报难的问题,利用模块化小流域暴雨洪水预报FFMS(Flash Flood Modul Simulation System)模型和HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center Hydrological Model System)模型,以河南栾川、韩城及辽宁郝家店、梨庇峪4个山丘区小流域为例,对比分析了4个流域的暴雨洪水预报过程,以洪峰相对误差、峰现时间误差以及纳什系数等为评价准则,比较和分析了2个模型的预报精度和适用性。实例验证结果表明:虽然2种模型均能实现小流域暴雨洪水的预报,但从3个评价准则的结果来看,FFMS模型的预报精度优于HEC-HMS模型。研究成果证明了FFMS模型在山丘区小流域暴雨洪水预报中的有效性和可行性,可以在类似山丘区小流域暴雨洪水预报中进行推广应用。
水力学
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  三峡船闸通过能力计算及提升策略

  王多银, 黄海津, 程梦瑶, 陈明

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 66-69. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915092021

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  船闸通过能力是三峡船闸关注的核心问题之一,对三峡船闸挖潜及新通道建设至关重要。基于规范公式法(JTJ305—2001),依据船舶分时段吃水控制标准,提出了船闸分时段通过能力计算新公式。根据三峡船闸运行统计资料,采用提出的公式对其通过能力进行了预测,得出三峡船闸最大通过能力约为1.51亿t。针对三峡船闸通过能力不足的现状,创新性地提出了“船舶分时段配载运输及船闸动态运营管理”的近期提升措施,再次重申了“三峡新通道及配套工程建设”的远期提升措施。
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  泄洪洞双扩型挑流消能水力特性数值计算

  张一祁, 谢锋, 胡文竹, 杨帆

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 70-76. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915202021

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  以某工程泄洪洞双扩型挑流鼻坎消能防冲为研究对象,基于三维不可压缩流体k-ε紊流模型,采用FLOW-3D软件对双扩型挑流鼻坎进行三维数值模拟分析,分析了下游河道流速、水舌是否直接冲击河岸,探讨了原始方案与2个优化方案的挑流鼻坎体型对河床的冲击及其水力特性,并针对不同工况时计算结果,给出了该挑流鼻坎的最佳体型,以满足消能和泄流的要求。结果表明:经多方案数值计算的对比,相比于原方案,反弧半径从64 m增加到128 m,反弧段长度增加10 m,边墙扩散宽度收窄0.4 m,挑角从43.4 °减小到25 °;调整后低水位低流量工况下水舌砸岸情况明显改善;水舌挑距从91.2 m增加到118.8 m,远离岸坡;河道左右岸最大流速分别下降0.7 m/s和1 m/s,且回流减小。研究成果可为挑流消能下游流态的改善提供一定的参考。
岩土工程
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  冻融循环下饱和含黏粒粉砂动力学参数试验

  崔高航, 朱成浩

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 77-82. https://doi.org/10.11988/ckyyb.202004862021

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  为研究寒区饱和含黏粒粉砂的动力学特性,对松花江河漫滩饱和含黏粒粉砂土进行循环三轴试验,分析冻融循环、动应力幅值、有效围压、荷载频率等环境因素对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比的影响。结果表明:冻融循环对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比影响显著,表现为在不同冻融次数区间内两者不单一变化;未冻融饱和粉砂土动剪切模量随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而增大,而阻尼比随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而减小。并进一步提出了可预测该种土不同工况下动剪切模量与阻尼比的经验公式。研究成果可以为粉砂土在路基工程中的稳定性与安全性设计提供参考。
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  冻融循环下云母石英片岩三轴力学特性与强度预测模型

  沈小轲, 朱杰兵, 王小伟, 汪斌, 李聪

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 83-89. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201914282021

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  为探究云母石英片岩物理力学特性受冻融循环作用的影响,对饱水云母石英片岩开展了0、25、50、75、100次冻融循环试验,并对试样分别进行了4级围压下的常规三轴压缩试验,研究了其动弹性参数、三轴压缩破坏形式及三轴抗压强度的变化规律,取得如下成果:①随着冻融循环次数的增加,三轴抗压强度、动弹性模量、动剪切模量及动体积模量呈指数衰减,黏聚力及内摩擦角则呈线性衰减趋势;②随着冻融循环的进行,围压对试样强度的增大作用逐渐削弱,冻融循环对试样强度的劣化作用逐渐凸显;③冻融作用使云母石英片岩三轴压缩破坏形态由张拉破坏逐步演化为顺片理剪切破坏;④基于Jaeger破坏准则建立了一种以冻融循环次数、片理面倾角及围压为控制参数的斜交片理云母石英片岩三轴抗压强度预测模型,预测结果与实测数据具有较好的一致性。研究成果可为研究云母石英片岩冻融损伤劣化规律提供参考。
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  基于多场耦合的膨胀土边坡非饱和降雨入渗分析

  韦秉旭, 陈亮胜, 肖罗明, 郑威, 白玉祥

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 90-96. https://doi.org/10.11988/ckyyb.202000062021

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  膨胀土非饱和渗流的过程伴随着膨胀应变的产生。探明多场耦合作用下膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的变化规律至关重要。基于有限差分渗流理论、降雨入渗模块的二次开发和膨胀应变的施加,采用C++和FISH语言编制程序,将膨胀应变引入非饱和土的流-固耦合模型,提出了一种综合考虑膨胀应变和应力应变的非饱和膨胀土多场耦合分析法,通过算例实现了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流的数值模拟,并探讨了膨胀应变对饱和度和暂态面积比的影响规律。研究表明,膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的过程影响显著,其降雨入渗深度、湿润锋扩展速度和暂态饱和区时空分布受膨胀应变的控制,考虑膨胀应变时暂态面积比变化的雨后时间滞后性强于不考虑膨胀应变时。
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  分级加卸载下砂岩蠕变试验及模型研究

  杨珂, 韩超, 刘校麟

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 97-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201914022021

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  采用分级加卸载方式,利用五联流变实验系统对陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司砂岩进行单轴蠕变试验。针对岩石蠕变的衰减、稳定和加速三阶段特征,将Burgers模型中串联的牛顿体的黏滞系数修正为与应力、时间相关的函数,考虑损伤在蠕变过程中的影响,基于损伤理论和Lemaitre应变等价性假说,建立损伤体模型。将Hooke体、Kelvin模型、修正牛顿体和损伤体四者串联组成一个新的非线性损伤蠕变模型,推导新模型的本构方程和蠕变方程,该模型以一个统一的函数描述岩石在不同应力水平下的蠕变曲线。基于单轴蠕变试验结果,对模型参数进行辨识和敏感性分析,将新模型与试验蠕变曲线对比。结果表明:模型能很好地拟合岩石蠕变,模型无须采用分段函数即可描述砂岩蠕变的全过程,弥补了Burgers模型无法描述加速蠕变的不足,从而验证新模型的合理性。
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  非均质性对岩石宏观力学特性的影响机制

  夏海城, 邬爱清, 卢波, 徐栋栋

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 103-109. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201914482021

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  岩石材料具有材料强度分布不均匀性和材料空间组构随机性的双重特性,从本质上看两种特性都属于岩石材料的非均质性,都对岩石力学性质有深刻影响。在以往的研究中,通常使用有限元法和Weibull分布函数模拟岩石材料强度的非均质特点,用变异系数定义非均质度的大小,得到非均质度与岩石强度力学特性之间的关系,缺少了对材料组构随机性的探索。使用DDA方法和正态分布函数建立非均质脆性岩石单轴压缩数值实验模型,研究了非均质度和材料组构对岩石强度的影响。研究结果表明:随着岩石非均质度的增大,岩石的极限承载力减小;岩石中两接触单元的弹性模量差异越大,应变差异越大,接触面成为易发生破坏的力学薄弱环节。在相同非均质度的岩石样本中,不同组构的样本力学薄弱环节分布不同,导致岩石破裂路径和力学特性也不相同。
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  热解过程中油页岩弹性模量变化规律

  徐兴倩, 刘剑, 屈新, 张新启, 窦思军

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 110-114. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201912482021

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  为预测原位热解工艺带来的采区水文地质环境变化,通过控制热解温度和时间以研究不同热解程度油页岩的弹性模量变化规律。分析了油页岩弹性模量变化机理,结合油页岩热解反应速率方程,提出了热解过程中油页岩的弹性模量定量计算模型。将弹性模量试验值与计算值进行了对比分析,结果表明:计算值与试验值较为吻合,两者误差较小,提出的定量计算模型能较准确地估算热解过程中油页岩弹性模量。该模型对油页岩原位热解采区孔隙率、渗透率、地下水污染物运移模拟研究具有一定借鉴意义。
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  一种固化河湖底泥重金属的改良方法

  张伟, 李顺群, 付建宝

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 115-120. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201915802021

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  重金属在河湖底泥中的积聚已成为我国的一大环境问题,通过及时妥善的技术处理,可以避免重金属对环境的二次污染。基于生石灰降低底泥含水量,锯末灰初步固化,采用水泥和矿粉+水泥2种方式对生石灰-锯末灰固化后的污泥进一步固化的方法,对天津西青区某河流污染底泥开展试验。基于原子吸收分光法对试验样品进行重金属浸出浓度分析,比较水泥和矿粉+水泥固化2种方法的固化效果。研究表明,当生石灰掺入比为9%,养护2 d 时,污泥的含水率明显降低。锯末灰掺入比10% 、水泥掺入比20%、矿粉换掺水泥40%时,底泥中的 Ni²⁺ 、 Hg²⁺ 、 Pb²⁺ 、 Cd²⁺ 4种超标重金属浸出浓度分别降低71.61%、84.85%、58.49%、77.78%,均满足相关技术规范要求。为检验固化土的种植效果,选用牛筋草和牛繁缕2种植物进行室内60 d种植试验,发现2种植物的光合作用、根部发育、生长速度都很正常。结果表明生石灰掺入比9%、锯末灰掺入比10%、水泥掺入比20%、矿粉换掺水泥40%的固化方案得到的固化土可用于绿化种植。
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  Cu²⁺污染红黏土抗剪强度与电阻率关系研究

  陈议城, 黄翔, 陈学军, 张晓宸, 班如龙

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 121-127. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201914342021

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  为了探索快速评价重金属污染红黏土强度特性的新型手段,在室内开展不同浓度、不同干密度的Cu²⁺污染红黏土的直剪试验及其电阻同步测试试验,得到土体剪应力、电阻率-剪切位移同步变化曲线;分析初始干密度、垂直压力、Cu²⁺浓度对抗剪强度、电阻率的影响;依照抗剪强度指标(C、φ)原理选取电阻率指标(ρ₀、φ₀),并分析Cu²⁺浓度对抗剪强度指标(C、φ)、电阻率指标(ρ₀、φ₀)的影响;以Cu²⁺浓度为中间变量,进一步探讨抗剪强度与破坏电阻率、抗剪强度指标(C、φ)与电阻率指标(ρ₀、φ₀)之间的定量关系。试验结果表明:Cu²⁺污染红黏土剪应力-位移曲线呈典型的应变硬化型,电阻率随剪切位移的增大而减小;抗剪强度随初始干密度、垂直压力的增大近似线性增大,而电阻率随初始干密度、垂直压力的增大近似线性减小;抗剪强度及其指标(C、φ)、电阻率及其指标(ρ₀、φ₀)与Cu²⁺浓度间均呈负指数函数关系;抗剪强度与破坏电阻率、黏聚力与初始电阻率、内摩擦角与电阻率关系曲线倾角间的变化趋势一致,均呈现出较好的指数函数关系,可用于快速评价Cu²⁺污染红黏土强度特性变化。
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  可破碎颗粒材料中螺旋桩贯入特性的离散元模拟

  和睿, 曹冬, 史旦达

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 128-136. https://doi.org/10.11988/ckyyb.202000532021

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  作为一种新型完全挤土桩,螺旋桩在各类工程建设中已得到广泛应用。基于离散单元法,以钙质砂为模拟对象,对螺旋桩在沉桩过程中土体颗粒破碎情况进行数值模拟。颗粒破碎采用碎片替换法,破碎应力判定选取八面体剪应力准则。分析了螺旋桩在不同初始应力、不同贯入转速比条件下桩周土体位移场、速度场、应力场分布及土体颗粒破碎演化规律。数值模拟结果表明:在螺旋桩贯入地基土过程中,土颗粒在高应力诱发下发生破碎,桩端土体破碎严重,桩侧颗粒破碎稍弱;随着贯入深度增加,破碎颗粒数量增加,桩侧土体级配发生演化,发生破碎的地基土中桩尖应力略低于不破碎地基土体;提高初始应力,会导致更剧烈的颗粒破碎,破碎颗粒的散布范围更广,桩尖应力明显减小;提高贯入转速比会增加颗粒破碎的程度,在高转速比条件下,破碎颗粒均匀散布在桩侧,螺纹附近的颗粒速度、位移较大;而低转速比工况下,土颗粒的速度、位移峰值主要集中在桩尖下部。开展可破碎颗粒材料中螺旋桩贯入特性的研究,对分析较脆弱砂土场地上的桩基稳定、保障工程建设的安全具有指导意义。
水工结构与材料
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  复合浆材堆石体技术与现场探索性试验研究

  石妍, 张建峰, 李锋, 林育强

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 137-141. https://doi.org/10.11988/ckyyb.202004152021

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  为验证复合浆材堆石体技术思路的可行性,开展了现场试验研究。通过现场浆液制备、分层堆石、注浆及机械碾压,形成复合浆材堆石结构,并进行地质雷达、钻孔取芯检测以及汛后检查,直观评价注浆效果和整体性能。研究结果表明:堆石平均空隙率为26%~30%,注入的浆液流动度为200～240 mm;对于0.5 m和0.75 m层厚的堆石,分别振动碾压6遍和8遍基本满足压实度要求;各注浆碾压层的雷达反射波相对均匀,注净浆的测试结果优于注砂浆;芯样获得率不高,抗压强度8.5~15.1 MPa;实际过流与汛期后检查结果是试验区结构完整、稳定无破坏;为提高施工效率及注浆效果,建议石料去除5 mm以下颗粒并提前湿润,根据现场环境适时调整浆液配方,可采用串筒、溜槽等设备或喷洒方式多点均匀注浆。复合浆材堆石体的技术思路,有助于提高堆石基座的压缩变形模量、减少超高堆石坝的整体沉降,具有广阔的工程应用前景,以期为300 m级超高堆石坝的建设提供技术支撑。
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  胶凝砂砾石筑坝材料VC值试验敏感性分析

  赖韩, 王瑞骏, 李阳, 熊小斌, 张旭, 郁宁宁, 雷妍

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 142-148. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201914462021

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  胶凝砂砾石(CSGR)的压实质量受VC值和碾压参数控制,而材料配合比参数对VC值有直接影响。通过考虑交互作用的四因素三水平正交试验,采用极差、方差、多元线性回归和残差等统计分析方法对VC值测试结果进行数据处理,研究了CSGR的VC值关于单位用水量(W)、单位水泥用量(C)、单位粉煤灰用量(F)和砂率(S)4个因素的敏感性。结果表明,W、C、F、S及试验误差对VC值的贡献率依次为75.55%、6.73%、17.00%、0.08%和0.64%,砂率对VC值的影响几乎可忽略,施工时应严格控制单位用水量并实时监控VC值,以便及时调整施工措施控制施工质量。基于研究结果,提出了VC值的预测模型,对合理调整配合比参数及控制VC值,进而提高施工质量具有一定指导意义。
信息技术应用
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  基于改进分水岭算法的农村地区LiDAR点云建筑物提取

  李昂, 黄煌, 夏煜, 沈定涛, 王结臣

  长江科学院院报. 2021, 38(3): 149-154. https://doi.org/10.11988/ckyyb.201913902021

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  针对LiDAR点云建筑物提取的研究很多,而在农村区域植被与建筑粘连且高度近似情况下的讨论较少。考虑到中国典型农村区域建筑特征,以湖南省益阳市泗湖山镇为研究区进行LiDAR点云的建筑提取研究。首先利用梯度及梯度方向约束的形态学滤波方法,将原始点云滤波得到地面点,对地面点及原始点云进行插值得到数字高程模型(DEM)和数字地表模型(DSM);然后通过两者相减得到归一化的NDSM,进而对NDSM进行高程及梯度双约束的标记分水岭变换得到地物对象;最后建立特征指标,对地物对象进行最大似然分类得到建筑物对象。研究表明建筑物分类的生产者精度和用户精度均>90%, Kappa系数>0.8, 构建方法在农村地区建筑提取研究中取得了良好效果。