2023年, 第40卷, 第10期　
刊出日期：2023-10-01

  

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  第40卷第10期封面与目次

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 0-0.

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  第40卷第10期正文全文

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 0-0.

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专家特约稿
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  面向产漂流性卵鱼类繁殖的水电站生态水文过程调控

  熊明, 郭卫

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 1-5. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230657

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  基于水利工程影响下的产漂流性卵鱼类繁殖需求分析,开发了一种面向产漂流性卵鱼类繁殖的水电站生态水文过程调控方法,通过同步滚动调整启动时机和变动出库流量增幅来人工制造生态脉冲;在确定调控原则和目标的基础上,提出了水电站生态水文调控模型,并进行模型求解;在金沙江中游河段目标鱼类繁殖所需生态脉冲过程、中长期来水预测已知的前提下,将模型应用到梨园水电站生态水文调控实践,结果显示与模型类似工况的求解结果相近。实例验证了所提方法的可行性,可为其他已建水电站开展生态水文调控提供参考。
河湖保护与治理
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  滦河下游腰庄段丁坝群水流特性及局部冲刷三维数值模拟

  李大鸣, 肖程之, 李佩瑶, 李彦卿, 卜世龙

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 6-13. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220938

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  为探究滦河下游丁坝群对水流特性影响及坝头冲刷变化情况,利用Flow 3D建立了滦河下游腰庄段丁坝群三维水沙模型,采用2015年实测数据对模型进行了验证。模拟了5 a一遇和10 a一遇恒定流与非恒定流工况下丁坝群坝头流速分布及局部冲刷。结果表明,丁坝群能够有效减缓水流流速,改善水流对河岸的侵蚀,对滦河下游腰庄河岸起到保护作用。在恒定流条件下,10 a一遇工况较5 a一遇主流最大流速区逐渐偏向右岸,同时受主流冲击的丁坝流速增加约1.7 m/s,其余丁坝流速增加约0.9 m/s。在行洪过程中,受主流冲击的典型丁坝坝头产生了明显的冲刷坑,其中丁坝冲刷坑形态呈沿水流方向的狭长带状。随着重现期的增加,典型丁坝坝头冲刷坑深度增加约1 m,同时丁坝坝头冲刷带开始向上游延伸。研究成果可为丁坝局部冲刷安全分析提供参考。
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  基于时间序列的鄱阳湖Chl-a预测模型优化构建

  钱春龙, 曾一川, 袁伟皓, 吴怡

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 14-21. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220718

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  为提升鄱阳湖富营养化评估与预测适应性,选择湖区代表性点位2012—2020年的逐月监测作为模型样本训练时间。模型自变量选择水体主要理化参数,并计算其中水质参数部分的综合水质标识指数(WQII)以评价鄱阳湖近年水质演变趋势。进一步地,分别建立响应变量为叶绿素a(Chl-a)的多元线性逐步回归方程(MLSR)、季节性自回归求和移动平均模型(SARIMA),并预测所有点位2020年6—8月份的浓度值,与实测值比较以检验两种模型适用程度。结果显示:各代表监测点的综合水质在2018年出现提升且在丰水期更优,平均WQII排序为康山(2.91)>都昌(3.01)>蚌湖(3.11)>蛇山(3.31);SARIMA模型相比于MLSR方程的Chl-a浓度预测准确度更高,为大型通江湖泊藻类爆发预警提供了优化理论参考。
水资源
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  基于可拓云模型的辽宁省水资源承载力评价

  牛莉霞, 胡天龙

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 22-29. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220601

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  为实现区域水资源可持续发展,维护社会经济健康。构建了基于可拓云模型的水资源承载力综合评价模型。从水资源、社会、经济和生态环境4个维度建立水资源承载力评价指标体系,运用层次分析法与CRITIC法进行线性组合确定综合权重,对辽宁省2012—2019 年辽宁省水资源承载力状况进行综合评价,并引入障碍度模型探究辽宁省水资源承载力的主要影响因素。结果表明:辽宁省水资源承载力在2012—2015年处于临界状态,2016—2019年水资源承载力水平变化复杂但整体表现下降趋势。通过障碍因子诊断,人均水资源量、供水模数逐渐成为主要影响因素。整体来看辽宁省水资源承载力有所下降,为进一步提高水资源承载能力,必须加强对水资源的综合管理。
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  数值模拟在岩溶湿地需水量计算中的应用

  吴沛霖, 潘越, 吴卫熊, 梁学文

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 30-34. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220722

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  为进行岩溶湿地生态修复,采用数值模拟的方式进行湿地需水量计算。以会仙湿地为研究对象,在多年平均水位的条件下,采用Mike21模型进行了湿地需水量和补水方案的二维数值模拟。通过建立良丰站与会仙湿地内部水位相关关系,得出湿地多年平均水位为148.86 m。在此水位条件下,计算得出湿地的生态需水量和环境需水量分别为386.51万 m³和367.20 万m³,总体需水量为386.51万 m³。通过地表水系分析,确定了会仙河—古桂柳运河的补水路径,以5 m³/s的流量进行补水,模拟结果显示,补水后湿地水面率在正常范围内。
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  基于水足迹理论的长江经济带水资源利用评价

  胡圆昭, 朱豪, 尹明财, 麻家宁, 秦华松, 张济世

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 35-43. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220875

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  基于水足迹理论,选取2000—2020年长江经济带11省市的相关数据,通过经济脱钩、空间自相关分析、水资源匮乏指数等指标,对长江经济带的水资源利用及空间关联特征进行分析,结果表明:①2000—2020年长江经济带的总水足迹不断攀升,但内部水足迹构成差异巨大;从相关指标分析来看,人均水足迹以每年1.07%的增长速率缓慢增长,水资源匮乏指数呈波动变化,整体<1,水资源利用效率在不断提高;②长江经济带经济发展与水足迹之间以弱脱钩状态为主,其中上海市与浙江省以强脱钩状态为主,其他省市均以弱脱钩状态为主;③研究期内省域尺度上长江经济带水足迹存在负空间自相关的关系,但在2015年后,Moran’s I指数呈波动下降的趋势,空间差异性逐渐减弱。这是由于长江经济带各省市在近年来注重区域间的共同发展,不断优化区域产业结构与生产模式,进行优势产业互补,同时不断加强区域间水资源协同管理的原因导致。研究结果可为长江经济带水资源的科学管理、优化配置以及产业调整等的实施提供参考。
水环境与水生态
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  改性正渗透膜去除水中全氟化合物研究

  金海洋, 余婵, 张为, 刘敏, 张雨婷, 孙婷婷

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 44-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220446

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  如何有效控制和去除水环境中的全氟类化合物(PFCs)是目前环境保护科学研究领域的热点问题之一。正渗透膜分离技术因其独特的优势,在去除水中全氟化合物领域表现出巨大潜力。研究了自主研制的氯化银表面改性正渗透膜对水中典型全氟类化合物(PFCs,即全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS))的去除性能,分析了膜表面性能与PFCs去除效果的关系,探讨了水中共存物质对改性正渗透膜去除PFOS性能的影响。研究结果显示:改性膜的表面亲水性能和表面负电荷数量均得到提升,同时改性膜表面具有更高的水通量和PFCs截留率;一定范围内随着改性膜矿化度的增加,膜的水通量与对PFCs的截留率逐渐增大,但氯化银过量沉积会降低正渗透膜对PFCs的截留性能;矿化改性中交替浸泡4次制备出的正渗透膜具有最佳的全氟化合物去除效果,对PFOA和PFOS的去除率分别为96.2%和95.7%,同时也具有最大的水通量22.5 L/(m²·h);正渗透膜与PFCs的相互作用方式主要为疏水作用和静电相互作用;改性正渗透膜主要通过降低与PFCs的疏水作用以及增强与PFCs的静电排斥作用,从而实现对PFCs的高效截留;水中不同物质共存会对正渗透膜与PFCs的之间疏水作用及静电排斥作用产生影响,从而影响膜对PFCs的截留性能。
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  湘江流域水环境评价模型及驱动因子识别

  曹艳敏, 安宏雷, 韩帅

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 51-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221496

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  流域涉及范围广、水环境问题复杂,其水环境评价及驱动力分析是流域研究的重点。以湘江流域77个水质监测站实测水质指标为基础,结合聚类分析法和主成分分析法(PCA),建立湘江流域WQI_min水环境评价模型,通过Pearson线性相关法对流域进行社会经济驱动因子分析。结果表明:湘江流域WQI_min值介于95.2~70.0之间,整体为优—好等级;流域水环境非汛期优于汛期;水环境最优地区为永州及潇水,长株潭地区及衡阳市较差,其主要污染因子为DO、BOD₅、COD_Mn、Cr⁶⁺及NH₃-N;干流自上游至下游WQI_min逐渐降低,其中湘潭区域WQI_min最低,为78.65,长沙WQI_min有所提升,为81.6;水环境驱动因子长株潭及衡阳地区的为工业污染、农业污染及人口因素,永州为农业污染,娄底及郴州为工业污染;湘江干流主要驱动因子为工业污染、农业污染及上游市的城市污染。研究结果可为流域水环境评价研究提供参考。
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  奎屯河流域地下水及沉积物化学组分特征对氟释放的影响

  刘亚楠, 李巧, 宿彦鹏, 陶洪飞, 马合木江·艾合买提

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 59-65. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220344

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  新疆奎屯河流域是典型的原生高氟区。运用数理统计、定性与定量分析结合的研究方法,研究奎屯河流域沉积物化学组分相关性、地下水及沉积物化学组分特征及水-土系统中氟的释放机理。结果表明:奎屯河流域沉积物F含量与沉积物Mg、Ca、Mn、Fe、Cu、As含量呈正相关关系;水-土系统中氟离子经过矿物溶解-沉淀、络合-解离等水文地球化学作用,不断改变赋存状态;相同深度下,氟含量受到水文地球化学作用、土壤腐殖质等的影响,改变赋存环境,地下水氟含量随沉积物氟含量的增大呈先增大后减小趋势。
水土保持与生态修复
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  近20年大别山区植被净初级生产力时空变化及驱动因素分析

  朱鹏凡, 刘刚, 何敬, 代堂锐

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 66-73. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220832

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  大别山区作为红色革命老区,为秉承绿色发展理念,在大力发展经济的同时,对生态环境的研究尤为重要。以植被净初级生产力(NPP)为研究点,利用2000—2018年间的遥感和气象等数据,利用改进的CASA模型对研究区植被NPP进行估算,并分析讨论植被NPP的变化趋势及其对气候变化的响应。研究结果表明:①2000年以来大别山区整体NPP主要集中在400~600 gC/(m²·a)之间,整体植被NPP缓慢上升,整体涨幅为24.16%;②研究区NPP与气象因子相关,从整体来看气温与NPP相关性最高(R²=0.79,P<0.05),其次为太阳辐射(R²=0.70,P<0.05),降水与NPP相关性最低(R²=0.51,P<0.05);③土地利用/覆盖变化引起的NPP总增加量为6.23×10^-2 TgC,主要是由于耕地转化为林地引起的;④研究区的NPP未来变化趋势主要以持续增加为主。
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  菌渣改良淤泥用于黑麦草种植试验

  王龙涛, 徐扬帆, 陈文峰, 夏新星

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 74-79. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221205

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  为有效解决脱水泥饼资源化利用难的问题,采用室内盆栽试验考察了菌渣改良脱水泥饼对黑麦草的生长状况及土壤根系微生物群落结构和丰度的影响。试验结果表明,菌渣的添加能显著提升土壤中营养成分(水解性氮、有效磷、有效钾等)的含量,并且对植物的促生效果显著(P<0.05),其中根长生长量最高可达3.3%。同时也改变了土壤根系微生物群落结构,放线菌门(Actinobacteriota)中微生物的相对丰度也明显增加。研究成果进一步证实了菌渣改良脱水泥饼开发利用的可行性,为泥饼资源化利用提供了新的处理方向。
岩土工程
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  基于透明土技术的盾构壁后注浆效果试验研究

  倪小东, 寇恒绮, 刘雨琨, 徐硕, 王媛, 史志鹏

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 80-87. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220589

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  为研究浆液在盾尾间隙中的扩散机理,提出了一种基于透明土技术开展壁后注浆扩散效果评估的可视化试验方法。首先通过理论推导,得出模型试验各物理参数的相似比尺,从而自行设计可视化试验装置;随后研制与透明土折射率一致的透明浆液,之后为验证浆液的适用性,利用制备的透明土和透明浆液开展预注浆试验;最后依托自行设计的试验装置,开展了针对隧道埋深、注浆压力、土层性质3种不同因素的敏感性分析。结果表明:透明浆液流变曲线符合宾汉姆流体特征,扩散形态与实际浆液较为相似;隧道埋深越大,浆液压力速度越快,距隧道中轴线有限距离内的地表沉降越小,并且分布离散程度越低;随着注浆压力的增加,注浆率增幅减小;浆液在级配不良的土层中更容易渗透扩散。
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  潮流能水轮机单桩基础的海床动力响应

  张继生, 赵康, 陈浩

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 88-95. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230770

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  随着潮流能资源的开发利用日益增加,波浪和潮流联合作用下海床动力响应对潮流能水轮机基础的稳定性变得愈发重要。为更深入认识潮流能水轮机周围海床动力特性,建立了波浪-潮流-海床-水轮机间的相互作用数值模型。模型中考虑水轮机叶片的旋转作用,通过海床表面的数据交换实现波流子模型和海床子模型的单向耦合,采用雷诺平均的纳维-斯托克斯(RANS)方程来控制水动力非线性运动,同时采用Biot理论方程描述多孔介质中固体和孔隙流体的相互作用。基于该模型研究了波流作用下潮流能水轮机单桩基础周围土体响应特性,分析了波流作用下土体液化风险。模拟结果表明,水轮机叶片的旋转使桩前波压力增大了75%,桩后波高增大了25%,波浪引起的孔隙水压力增大了24%,yz剪切应力增大了230%,桩后土体液化深度增大了50%。
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  含砂量对砂-粉土混合物强度特性的影响试验研究

  常留成, 王红雨, 曹静, 王亚

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 96-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220507

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  为研究砂粒对砂-粉土混合物强度特性的影响规律及作用机制,对不同含砂量的砂-粉土混合物进行三轴固结排水剪切试验和压汞试验。研究结果表明:随含砂量的增加,砂-粉土混合物的内摩擦角和峰值偏应力增大,黏聚力降低,含砂量≤30%时变化幅度最明显,其后较弱并趋于稳定;同时,峰值偏应力增幅随着围压的增加而增大。含砂量＜15%时,砂-粉土混合物的强度由黏聚强度控制,随着含砂量增大,摩擦强度逐步超过黏聚强度对强度起主要作用。砂-粉土混合物的体积收缩致使土体更加密实,从而导致砂-粉土混合物内摩擦角和峰值偏应力的增加。
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  某特高土石坝防渗砾石土料P₅含量对其工程特性的影响试验研究

  郑星, 杨文超, 魏伟琼, 敖大华, 张胜, 徐永旺

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 103-107. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220600

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  针对某300 m级特高土石坝防渗砾石土料,配制了不同P₅含量的试验料,对P₅含量对土料击实特性、强度特性、变形特性和渗透特性的影响开展了试验研究。确定了该工程防渗砾石土料的第一、第二含砾量特征值分别为37%和60%。最大干密度、最优含水率分别随着P₅含量的增加而逐渐增加、降低,但当P₅含量在60%~75%之间时,最大干密度出现持平,直至P₅含量增加到80%后才出现降低,最大干密度出现持平段的原因可能与颗粒破碎有关。随着P₅含量增加,土料的压缩模量、抗剪强度参数、变形参数、渗透系数逐渐增加,渗透特征坡降逐渐降低,土料渗透变形破坏模式发生改变。
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  膨胀土裂缝灌浆效果可视化定量评价方法

  周学友, 张敏, 常兆广, 翟晓平, 丁浩桢, 王新志

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 108-114. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220620

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  膨胀土裂缝灌浆效果评价是工程界的一大难题。采用微米CT扫描对膨胀土试样裂缝的灌浆充填效果进行了定量评价和分析,提出采用整体孔隙率、逐层面孔隙率、孔隙等效直径与灌入指数等指标对膨胀土裂缝灌浆充填效果进行定量综合分析。采用超细水泥和膨胀土配置4种浆液对膨胀土裂缝进行灌浆试验,在灌浆前、后对试样进行CT扫描获取内部切片图像后再进行三维重建和后处理分析。采用整体孔隙率、逐层面孔隙率、孔隙等效直径和灌入指数定量分析了膨胀土裂缝灌浆效果和最小可灌入裂缝宽度。结果表明:浆液的可灌性随水固比增大而提高;灌入水固比为1.2的浆液可使膨胀土试样的整体孔隙率降低幅度可达到99%以上,其中超细水泥含量50%的浆液可灌入的最小裂缝宽度为0.6 mm。该方法可为定量评估各类浆液在膨胀土裂缝中的灌浆充填效果提供参考。
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  不同粒径组废旧轮胎橡胶颗粒改良膨胀土性能试验研究

  周锐, 王保田, 王斯杰, 胡豹, 王培清, 张福海

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 115-122. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221389

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  为研究废旧轮胎橡胶颗粒粒径与掺量对于膨胀土性能的影响,在击实试验基础上,以0%、5%、10%、15%、20%为掺量,选取4种不同粒径组橡胶颗粒掺入膨胀土进行膨胀率、直剪与无侧限抗压强度试验。试验结果表明:掺入相同掺量、不同粒径橡胶颗粒后的膨胀土,其最大干密度与最优含水率皆随粒径增加而减小;各粒径橡胶颗粒对于膨胀土的膨胀潜势皆有一定的抑制作用,且随粒径、掺量增加,该抑制作用更加明显;掺入粒径较小(<0.25 mm)、粒径较大(>2 mm)橡胶颗粒的膨胀土内摩擦角与黏聚力随掺量波动较为剧烈,橡胶颗粒粒径1~2 mm、掺量10%~15%是提升膨胀土抗剪强度的最佳区间;掺入相同粒径橡胶颗粒的膨胀土,无侧限抗压强度随掺量增加先增加后减小,而相同橡胶颗粒掺量的膨胀土无侧限抗压强度则随粒径增加而增加,且以颗粒粒径2~5 mm、掺量15%为抗压的最佳掺比。
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  间歇性降雨作用下含碎石夹层堆积体水气运移规律

  张鑫, 罗崎峰, 涂国祥, 唐豪

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 123-130. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220567

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  我国西南地区广泛分布有第四纪堆积体,针对堆积体内部碎石土层状分布的现象,设计了含碎石夹层堆积体降雨物理模型。并考虑了水气两相共同作用,通过有限元数值模拟进行了验证分析,深入探究含碎石夹层堆积体在间歇性降雨条件下的水气两相运移规律。结果表明:孔隙气压力的存在会阻缓降雨入渗,间歇降雨过程中首场降雨期间坡体内孔隙气压力最低,下渗速度最快;每场降雨结束后,土体内部经历暂态饱和区向非饱和区补给的土体饱和度再分布过程,后续降雨湿润锋的推进存在一定滞后性;孔隙气压力在降雨结束后并不会及时消散,其峰值的到来迟于降雨过程,且随着降雨场次的增加,峰值到得越晚;碎石夹层为孔隙气的排出提供了优势通道,相对于均质堆积体,含碎石夹层堆积体内部孔隙气压力消散时间早、速度快,一定程度上促进了雨水入渗。
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  弱超固结黏土-混凝土接触面力学特性直剪试验研究

  刘蔚, 饶锡保, 李浩民

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 131-136. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220580

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  为探讨黏土的超固结比对黏土-混凝土接触面力学特性的影响,利用直剪仪对不同弱超固结黏土与混凝土的接触面进行直剪试验。试验成果分析表明:黏土的超固结比从1增加到2时,接触面的黏聚力增大40％,内摩擦角增大38％。弱超固结黏土与混凝土接触面尚未剪切破坏时,剪应力-剪切位移曲线符合双曲线模型;接触面剪应力达到抗剪强度后,接触面破坏,进入滑动摩擦不收敛状态。接触面的抗剪强度、初始切线劲度系数与破坏比随着超固结比的增大而逐渐增大;接触面的抗剪强度符合摩尔-库伦破坏准则。建立了黏聚力、内摩擦角、ΔL/τ-ΔL关系中的斜率和截距与超固结比的经验公式,结合摩尔-库伦破坏准则,又建立了简单的接触面本构模型。并用试验数据验证其合理性,可供相关工程参考。
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  弱膨胀土三轴膨胀模型及其应用

  李从安, 许晓彤, 沈登乐, 王卫, 胡波

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 137-141. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220627

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  膨胀土渠坡往往因吸湿膨胀而发生浅层失稳,上覆压重换填水泥改性土成为处理浅层失稳的常用手段。以引江济淮工程弱膨胀土为研究对象,采用GDS三轴仪开展初始含水率为20%,压实度为96%的弱膨胀三轴膨胀试验,获得体应变和吸湿终了含水率随平均主应力变化关系式,建立了考虑含水率增量的三轴膨胀模型并探讨其工程应用,分析了引江济淮弱膨胀土渠坡稳定性及处理措施。研究结果表明:渠坡浅层吸湿膨胀引起一定深度范围内的土体发生非均匀膨胀变形是引起边坡失稳的主要因素。对于弱膨胀土低渠坡段(深度H≤8.7 m),采用0.3 m的压重荷载即可保障工程运行期安全。研究成果为优化工程设计、节省工程投资提供理论和设计依据。
工程安全与灾害防治
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  地下水封洞库施工质量检测及管理工作改进探讨

  荆少东

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 142-147. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220643

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  相较其他石油存储型式,地下水封石油洞库具有安全、经济、环保等显著优势,地下洞库的施工质量是发挥这些优势的前提。目前我国大型地下水封石油洞库施工质量检测存在技术力量投入不足和管理流程不畅等弊端,导致洞库工程建设质量存在隐患,影响洞库工程优势发挥。明确了工程质量检测对保障洞库工程建设质量、促进工程动态设计和加强过程控制的重要意义,考虑地下水封石油洞库工程在围岩稳定性、水封性和维修条件等方面的显著特点,剖析了水封洞库工程施工质量控制及检测的重点,针对现阶段洞库工程质量检测及管理模式中存在的问题,探讨了在洞库工程现场设立第三方试验室的作用及优势,提出了保障第三方试验室有效运行的合理化措施,并提出了开展水封洞库工程质量检测专项技术规程编制等建议。
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  基于电极瞬变电磁响应的故县大坝渗漏检测

  祝肖林, 沈建国, 沈永进

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 148-152. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220621

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  为了准确定位坝体渗漏位置,在直流电法的基础上,提出利用激励电压导通瞬间电极激发的瞬变电磁信号检测渗漏的方法。导通瞬间电极在导电介质中激发的瞬变电磁响应包含介质电导率信息,响应信号对水层等高阻介质比较敏感,响应变化较大,这是一种新的渗漏信息。利用该信息对坝体进行渗漏检测有助于提高渗漏点位置判断的准确性。利用电极检测系统对故县大坝进行实测,分别实现信号的廊道发射-水中接收和水中发射-廊道台阶接收,在横向和纵向判断了渗漏异常位置。对故县大坝的实测数据进行分析,结果表明在大坝的2^#—3^#横缝处存在渗漏,与实际渗漏情况相符。研究成果对于准确定位坝体渗漏位置有一定的参考价值。
水工结构与材料
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  高寒地区拱坝运行期保温板脱落位移和应力场分析

  马基栋, 武志刚, 费新峰, 吕维娟, 李高超

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 153-159. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220583

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  在我国西北高寒地区,混凝土坝常利用表面保温板以避免温度应力导致坝体裂缝的产生,而保温板脱落、缺失等问题不利于结构运行安全。以某高寒拱坝为例,结合热-结构耦合数值模拟方法及位移监测资料的统计模型,分析了保温板脱落对混凝土的影响。数值模拟结果表明:保温板脱落区域的混凝土较未脱落时的温度影响主要位于混凝土表面,其最大温差在9 ℃左右,相应特征点位移差最大为2 mm;而脱落区域混凝土表面最大主拉应力达0.841 MPa。由坝体位移统计模型进一步分析可知,对保温板脱落前后时段测点的位移变化幅值之差最大为6 mm,与数值模拟结果的规律相一致。研究成果可为高寒地区混凝土拱坝保温板问题的研究提供有效参考。
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  铜矿尾矿取代部分水泥对混凝土性能的影响

  闫海峰, 赵更歧

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 160-166. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220537

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  矿物加工过程产生的尾矿是主要的全球性环境问题之一。这些尾矿在环境中积累,会对周边地区造成重金属污染。为探讨尾矿在混凝土中的再利用,以铜矿尾矿部分替代水泥应用于混凝土的制备中,对制备的混凝土试样进行抗压强度、抗氯离子渗透性能、固体废弃物毒性浸出(TCLP)和X射线衍射(XRD)测试。结果表明:试样抗压强度随铜矿尾矿置换率的增加而降低,且早期抗压强度损失较大。龄期为28 d时,与普通混凝土相比,铜矿尾矿置换率10%~40%的试样抗氯离子渗透能力提高,而置换率50%~60%时降低,当龄期增加到90 d时,含铜矿尾矿试样的抗氯离子渗透能力均提高。金属通过参与水泥反应,以金属氢氧化物的形式沉淀或存在于水泥晶体中进一步稳定,所有含铜矿尾矿试样中重金属的浸出质量浓度均低于标准限值。
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  二龙山水库弧形闸门支臂稳定性分析与优化

  涂从刚, 杜蔚琼

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 167-172. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220519

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  陕西二龙山水库左岸泄水孔弧形闸门在泄洪启门过程中突然出现支臂失稳导致闸门破坏。为研究造成支臂失稳破坏的主因,对事故现场综合分析研判后采用基于ANSYS的静力学分析模块及线性特征值屈曲分析模块对闸门支臂进行强度和稳定性分析。结果表明闸门支臂构件的截面抗弯能力不足是造成支臂出现屈曲破坏的根本原因。在此基础上提出箱型梁支臂结构的改造建议,经过验证表明箱型梁结构支臂强度及稳定性有了较大提高,满足规范及安全运行要求。该方法对其他水利工程类似弧形闸门的安全评价与改造有一定的参考价值。
长江源科学考察与研究专栏
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  ENSO事件对长江源区径流演变的影响

  邵骏, 钱晓燕, 谢珊, 杜涛, 汤瑶瑶, 向碧为

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 173-179. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230606

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  以长江源区为研究对象,采用沱沱河站、直门达站实测径流系列,分析两站近60年来径流演变趋势,利用海洋尼诺指数分析ENSO事件的强度与时间特征,研究两站径流丰枯变化对ENSO事件的响应规律,从海-气耦合影响大气环流角度分析ENSO事件对径流的影响机制。研究结果表明,两站均呈现震荡上升的趋势,尤其在2000年以后径流呈现显著增加的趋势。分析ENSO事件发生期间长江源区径流丰枯变化响应规律可知,1960—2000年期间,暖事件发生年份,无论是当年还是次年,长江源区出现径流偏枯的概率较高;冷事件发生年份,两站均呈现出在当年偏枯、次年丰枯概率基本相当的态势。2000年以后,长江源区径流偏丰态势尤为显著。在1970年以前和2000年以后,长江源区径流与ENSO事件之间的时频结构具有一定程度的正相关性。ENSO事件发生后,引起纬向和经向大气环流异常,使得海洋向高原热量和水汽输送产生变化,从而影响青藏高原降水和径流。
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  2012—2021年长江源区水沙变化特征调查分析

  陈鹏, 金中武, 周银军, 汤柔馨, 冯志勇

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 180-185. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221516

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  长江源区地处青藏高原,气候条件恶劣,受技术条件限制,有关江源地区河流径流输沙资料较少。为了探究江源地区河流径流输沙情况,基于2012—2021年间水文站实测资料和14个野外观测点数据,分析了长江源区河流水沙时空变化特征。结果表明:①长江源区径流量与降水量、温度显著相关,输沙量与径流量相关系数达0.842,与降水量相关系数为0.610;②受气温、降水等因素影响,长江源区河流径流输沙呈现明显的空间分布差异,其中2018年、2020年、2021年同期流量较大,含沙量则在2019年6月最大;③长江源区各考察点悬沙中值粒径总体呈现增大趋势,床沙中值粒径普遍较大,通天河干流、布曲、尕尔曲床沙中值粒径最大,各河段年际间变化规律不一致。研究成果可对无资料地区河流的径流输沙规律认识提供参考,为长江源区河流保护提供技术支撑。
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  基于多源数据的近40年青藏高原降水量时空变化

  周思儒, 信忠保

  长江科学院院报. 2023, 40(10): 186-194. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220660

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  青藏高原被称为“亚洲水塔”和“第三极”,青藏高原水资源变化对我国乃至周边众多国家的水资源安全及人民生活均产生深远的影响。利用青藏高原周边103个气象站点及国内外8种卫星遥感与再分析数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验法和相关系数法对1980—2019年青藏高原降水量变化趋势及各数据集适用性进行了研究,利用相关系数(R)、相对误差(BIAS)及均方根误差(RMSE)对这8种卫星遥感与再分析数据适用性进行了评估分析。研究结果表明:①8种降水数据集均能够反映青藏高原降水的空间格局,但精度存在明显差异,其中阳坤的CFMD数据集质量最高,相对误差为13.64%。②多种气象数据均表明近40 a青藏高原整体降水量显著上升的面积为12.8%~69.82%,各降水数据集均在地形较为复杂或降水量较低的干旱地区有着更高的相对误差,此外稀疏的实测站点也对数据集质量影响较大。③近40 a青藏高原66%地区降水量呈上升趋势,中部与北部地区上升趋势显著,而青藏高原东南部雅鲁藏布江、怒江、澜沧江及长江源区下游的降水量则呈显著的下降趋势。④青藏高原各流域降水中黄河源区降水量上升最为快速,上升速率在5 mm/a左右,怒江流域、雅鲁藏布江流域下游地区降水量下降速度最快,达到9 mm/a以上。