2023年, 第40卷, 第12期　
刊出日期：2023-12-01

  

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封面与目次
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  第40卷第12期封面与目次

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 0-0.

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  2023年1-12期中英文分类总目次

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 201-220.

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河湖保护与治理
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  受梯级枢纽运行影响的航道设计流量

  张明, 冯小香, 覃昌佩, 蒋乙平, 杨燕华

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 1-6,22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221004

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  受梯级枢纽运行影响河段,洪枯季航道的水深条件可能发生逆转,航道工程的设计最小通航流量将出现显著变化。根据黔柳江来流特点、大藤峡水利枢纽调度运行规则、红花水利枢纽调峰特征和柳江航道工程对枯水位的影响情况,确定了红花水利枢纽下游近坝段航道的设计最小通航流量。结果表明:受大藤峡水利枢纽运行影响,柳江枯水控制时段将发生显著变化,航道设计最小通航流量具备显著提高的条件;考虑到柳江航道长距离疏挖对红花水利枢纽坝下低水位影响较大和红花水利枢纽日调峰明显,取红花水利枢纽上游柳州水文站6—8月份保证率98%的流量作为下游近坝段航道最小通航控制流量是合适的。研究成果对于受梯级枢纽运行影响的航道设计最小通航流量分析计算具有重要参考意义。
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  基于改进灰色模糊评判的河流岸线开发利用风险评估

  叶晓晶, 方国华, 廖涛, 陆洋洋

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 7-14,22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220915

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  开展河流岸线开发利用风险评估研究是采取合理岸线管理保护措施、维护河流健康的前提与基础。从水质风险、生态风险、社会风险及管护风险4个方面构建河流岸线开发利用风险评估指标体系。采用层次分析法-熵权法计算指标组合权重,改进并耦合灰色聚类分析与模糊综合评判方法,建立河流岸线开发利用风险评估模型,采用地统计分析方法建立风险空间分析模型。对长江南京段岸线进行实例研究,结果表明:长江南京段岸线开发利用风险总体等级较低,但部分岸线风险等级较高;风险等级较高的岸线段多分布于江宁、栖霞及六合区;风险变化受自然因素与人为活动的共同作用。
水资源
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  干旱条件下长江上游梯级水库群蓄水形势初探

  欧阳硕, 徐长江, 邵骏, 胡丰渝

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 15-22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221681

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  2022年整个长江流域汛期遭遇了不同程度的持续高温旱情,给长江上游梯级水库群调蓄带来了严峻挑战。针对干旱条件下水库群蓄水问题,设计了期末水位、蓄满度及拦蓄水率等指标,选取三峡以上14级防洪控制性水库群为对象,分析了近10 a同期蓄水过程及蓄满度指标情况。在此基础上,提取历史典型干旱年份流域来水情势及地区组成,分析不同量级干旱典型年来水条件下水库群蓄水期蓄水态势及蓄水任务完成情况,重点分析了不同频率来水过程及组成下水库群蓄水任务破坏程度。当来水＞80%频率来水条件时,本次分析的14个梯级水库群能完成9、10月份蓄水任务;但对于来水＜90%频率来水条件时,梯级累积欠蓄水量达165.5亿m³。研究揭示了类似2022年来水水平下三峡以上梯级水库群蓄水态势,为流域水资源高效利用提供水情风险分析技术支撑。
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  CMADS降水的时空分布评估及分布式水文模拟——以红河流域为例

  王洁, 陈裕迪, 蒿萌, 王丽荣, 吴苏舒, 马燮铫

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 23-29,51. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220989

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  无资料地区的水文模拟是水文学研究的难点,虽然再分析资料极大地丰富了无资料地区的气象数据,但其质量仍有待商榷。基于红河流域实测气象资料,利用相关系数、均方根误差、标准差比等指标评估了降水的时间一致性,结果表明中国大气同化驱动数据集(CMADS)与实测降水的年内分配规律一致,且CMADS与所有实测降水的相关系数高达0.89。总体上,CMADS对降水存在一定的低估,能反映大部分降雨情况,但在降水等级0~10 mm存在较大的误报率;空间上,从Kappa一致性、空间相关性、相对误差角度进行分析,结果表明CMADS基本能反映降水的空间分布规律。最后,基于校正后的CMADS数据与实测数据分别驱动SWAT水文模型,使用CMADS的模拟结果在大部分站点要明显优于实测数据驱动结果。故CMADS是红河流域的水文气象研究的重要基础数据,可以为红河流域水资源开发利用提供重要的数据支撑。
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  基于多种群引力粒子群算法的金沙江下游—三峡梯级水库群优化调度

  汪涛, 徐杨, 刘亚新, 卢佳, 马皓宇

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 30-36,58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221439

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  金沙江下游—三峡已形成六库联合调度格局,调度维数增多,约束庞杂交织,优化目标多样,给调度方案制定带来极大困难。针对传统粒子群算法求解调度模型寻优能力不足的难题,提出多种群引力粒子群算法,建立优化调度模型并应用改进算法求解。算法测试和应用结果表明,多种群引力粒子群算法寻优性能更加先进,更适用于求解梯级水库优化调度问题。实例表明,上游龙头电站通过减少自身发电量可以使下游电站和梯级发电量增加。
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  HBV模型在玛纳斯河流域的适用性

  张海川, 尤洋, 乔长录, 王斌

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 37-44,80. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220815

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  新疆天山北坡山区流域水文气象资料稀缺,融雪径流模拟比较困难。为研究HBV模型在新疆天山北坡玛纳斯河流域径流模拟的适用性,通过分析流域积雪覆盖率与径流的相关性,并基于中国地面降水与气温日值0.5°×0.5°格点数据集,经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布,运用HBV模型模拟了玛纳斯河流域2000—2013年日尺度和月尺度径流过程,与SRM的模拟效果进行对比分析。结果表明:①多年月平均积雪覆盖率与多年月平均流量呈负相关,相关系数R²=0.67,流域内积雪融水对径流的补给作用明显;②数据集经空间插值得到研究区多年平均降水和气温的空间分布能基本反映流域的垂直气候差异性,数据集可作为玛纳斯河流域缺乏气象资料的高山区径流模拟的输入数据;③HBV模型与SRM在玛纳斯河流域日尺度和月尺度的径流模拟效果评价等级均为良好,且HBV模型对洪峰流量模拟效果更好,整体的模拟值与实测值偏差更小,HBV模型在玛纳斯河流域具有较好的适用性。
水环境与水生态
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  南湖余氯时空分布规律数值模拟与分析

  王景芸, 李剑锋, 季臣, 杨炜民

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 45-51. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220428

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  含氯消毒剂的大规模使用势必导致其残留物通过降雨径流等途径进入天然水体造成余氯污染。为探究余氯在湖泊中的时空分布规律,采用Infoworks ICM仿真平台建立南湖水动力-水质模型,分析不同加氯周期和降雨条件下南湖余氯浓度时空变化。结果表明:① 余氯单次排入时,首先于近岸水体形成高余氯浓度区,由湖岸向湖心扩散且浓度递减;余氯输入结束时,浓度达到峰值1.25 mg/L,随后逐步衰减,余氯衰减趋向呈水域中心指向边界;全过程历时约14 h。② 周期性排入的影响主要体现在新周期余氯衰减速率有所减小,衰减历时增加且余氯浓度峰值有所增加,3个周期峰值分别为1.25、1.58、1.89 mg/L,历时分别为14、15.7、17.1 h。③ 降雨影响下,余氯污染范围增大,向湖心深入;历时更长,约20 h,浓度峰值增加,达到7 mg/L。
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  农村黑臭水体治理效果评估指标体系

  刘苏港, 黄羽, 倪庆国, 黄磊

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 52-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221074

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  针对目前我国农村黑臭水体治理过程中缺乏统一可推广治理效果评估体系的问题,构建了以层次分析法和结构熵权法相结合的农村黑臭水体治理效果评估指标体系,确定了水质检测、控源截污、内源治理、生态修复及项目管理5个评估主题,并通过构建指标库的方式以灵活应对不同类型黑臭水体特征造成的差异性。将其应用于湖北省已完成整治且能代表生活污染、畜禽污染、种植业污染和生产企业污染4种农村主要污染类型的农村黑臭水体各2个进行评估,评价结果较直观地反映了各水体整治项目工程治理情况。结果表明:2个水体评价等级为治理效果显著、6个为治理有效,说明目前湖北省农村黑臭水体试点治理取得较大成效。该评价体系对于不同类型的农村黑臭水体整治效果评估具有一定可行性。
水土保持与生态修复
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  降雨强度对工程堆积体坡面土壤养分及颗粒组成的影响

  刘涛, 杨以翠, 周旺, 郑腾辉

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 59-64. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221448

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  公路的建设过程中产生了大量的工程堆积体,不仅占用土地资源,而且加速了土壤的流失。为明确降雨对广西省岩溶区公路工程堆积体土壤养分及土壤颗粒组成的影响,采用室内模拟降雨试验,研究了5种降雨强度下(30、60、120、150、180 mm/h)土质(砾石含量为0)、偏土质(砾石含量约30%)和偏石质(砾石含量约70%)工程堆积体土壤有机质、全氮、全磷以及土壤颗粒组成的变化特征。结果表明:①降雨前后土质堆积体养分含量显著高于偏土质和偏石质(P<0.01);降雨后,堆积体坡面的土壤全磷、全氮和有机质含量较降雨前分别下降了9.37%~54.76%、15.24%~38.33%和14.63%~38.66%,且不同降雨强度间堆积体土壤养分含量差异不显著(P>0.05)。②相比于降雨前,降雨后土质堆积体黏粒及砂粒含量均降低、粉粒含量增加,偏土质和偏石质堆积体黏粒含量降低,砂粒含量有所增加。③对土壤养分和土壤颗粒组成进行相关性分析发现,土壤养分与黏粒含量之间呈极显著正相关关系(P<0.01)。研究结果可为广西地区公路建设产生的工程堆积体水土保持和土壤资源利用提供一定的科学依据。
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  2000—2017年江苏省县域尺度碳平衡时空变化特征分析

  彭瑞, 吴丹, 高洁, 呼和涛力

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 65-72. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221203

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  县域碳平衡时空变化特征研究在理论上不仅有助于构建县域尺度碳平衡评价体系,在现实意义上也有助于县域空间规划和低碳发展策略制定。以县域碳排放和固碳量数据为基础,通过构建碳平衡系数对江苏省2000—2017年县域碳平衡进行时空特征分析。结果表明:江苏省碳排放量在2001—2011年增长速度较快,而后呈现小幅度浮动。空间上呈现“南高北低”的分布格局,高碳排放区主要集中在经济发达的苏南地区。植被固碳量总体增长起伏变化不大。空间上呈现“四周高中心低”的分布格局,高碳汇区主要分布在自然资源丰富和植被覆盖率高的区县。碳失衡县域个数由2000年的53个增长到2017年的93个,可见碳失衡严重区域增幅明显。碳失衡严重的区县与高碳排放量空间分布格局相似,主要分布在南京市中心、苏州姑苏区、扬州广陵区、徐州泉山区。建议从减碳和增汇两方面推进“双碳”目标实现进程。
水灾害
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  清代滁河流域旱涝灾害序列重建及时序分析

  李士毫, 毕硕本, 李晓岑

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 73-80. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220884

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  收集1644—1911年有关滁河流域旱涝灾害记录的历史文献资料,建立当地清代逐年旱涝等级序列,使用频次分析、滑动平均和小波分析等方法,对滁河流域268 a内的旱涝序列变化进行了分析。结果表明:① 正常偏涝是清代滁河流域气候演变的主要特征,清代初期以后,该流域涝与偏涝的情况远多于旱与偏旱的情况。② 在11 a时间尺度下,滁河流域清代旱涝灾害的出现可以大致分为4个阶段,分别为1644—1720年、1720—1760年、1760—1820年、1820—1911年。③存在9、14、28、55 a左右的主周期。其中,55 a左右的周期振荡最强,为第1主周期,第2、第3、第4周期依次是28、14、9 a。研究结果可以填补该流域研究空白,深化对于历史气候变化的认识,为科学利用水资源和预防灾害提供参考。
水力学
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  池室结构对竖缝式鱼道水力特性的影响

  陈柏宇, 袁浩, 何小泷, 孙倩, 许光祥

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 81-87. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220859

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  依托RNG k-ε模型,对在竖缝式鱼道池室内布置圆柱型障碍物引起的水力特性变化开展了数值模拟研究,主要是不同圆柱布置位置对鱼道池室内流态、流速、紊动能、单位体积消能率等水力特性的影响。结果表明:圆柱布置在距离竖缝中心b₀的x=1.5b₀,y=3.1b₀(定义短隔板上游面与导墙的交点为原点,b₀为圆柱直径或竖缝宽度)位置时不能有效减小竖缝区域最大流速,同时还会减小低速回流区面积,可能会降低过鱼效率;圆柱布置在x=2.2b₀,y=3.1b₀时最大流速较常规池室减小12%,并使流态呈“Ω”形,延长了池室内水流流线,更能满足鱼类洄游的需求;当圆柱向下游移动至x=3.0b₀时,圆柱对池室内水力特性的改善效果减弱。圆柱等障碍物的布置可以有效减小紊动能,同时改善紊动能在池室内的分布;圆柱的布置位置对单位体积消能率分布有着极大的影响,不恰当的布置方式反而会使局部单位体积消能率增加,影响鱼类洄游效率。
岩土工程
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  CLFD-TS协同固化云母片岩强风化土性能试验研究

  李永靖, 文成章, 王松, 程耀辉, 郝稳杰

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 88-95. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220784

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  为解决云母片岩强度低等难题,提出采用以水泥-石灰-粉煤灰-脱硫石膏为材料的新型粉体固化剂(Cement-Lime-Fly ash-Desulfurized gypsum,CLFD),协同尾矿渣(Tailings Slag,TS)物理改良作用加固路基土。通过开展室内力学试验,研究了不同固化剂掺量和不同养护龄期下固化土的力学与耐久性能,结合X射线衍射分析与扫描电镜试验揭示固化土的强度形成机理。结果表明:CLFD-TS固化土试样的力学性能、水稳性能、抗干湿循环性能都有了显著的改善,浸水9 d后固化剂掺入比不低于6%时,承载比与回弹模量均可满足规范要求;微观测试表明固化土中存在C-S-H、C-A-H凝胶及AFt、CaSO₄晶体,这些产物通过胶结填充土颗粒,提高了土体的强度和密实度,增强土体性能;CLFD-TS固化土的早期强度主要来源于尾矿渣的物理骨架级配改良和水泥组分的水化作用,后期强度则由固化剂的火山灰作用提供。最后,建立了CLFD-TS协同固化土的微观作用机制模型,可为类似研究提供理论依据。
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  非稳定渗流条件下宽级配砂砾土细粒迁移试验研究

  董辉, 任佳展, 程子华, 徐平, 蒋秀姿

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 96-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220779

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  既有的土体内部稳定性判定准则,对宽级配砂砾土非稳定渗流中的内部稳定状态难以准确刻画。从细粒迁移显微观测的试验设计中,通过测算试样流速与累计侵蚀率的突变特征,引入孔隙率n修正Istonima准则。研究结果表明:①细粒活跃状态随不均匀系数C_u及孔隙率n的增加而增加,根据其运动特征可划分为稳定、过渡和不稳定3个阶段。②流速发展为存在渗流突变点的随水力梯度先减后增的非线性过程,渗流突变点是渗流压密—渗流侵蚀的转化临界点;试验中各因素对质量侵蚀率敏感性大小为:水力梯度、级配不均匀度、孔隙率,在C_u=20.47、n=0.40时质量侵蚀率最大。③通过对比以试样内部细粒稳定程度及宏观参数特征所划分的内部稳定性判定结果与各判定准则结果,将相对准确的Istonima准则进行修正,提高了对宽级配砂砾土内部稳定性的判定准确性。
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  强风化岩流态固化土压缩特性正交试验研究

  朱彦鹏, 王浩, 房光文, 刘东瑞, 吕玉宝

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 103-109,117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220737

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  随着西部大开发战略的快速实施,地下工程越来越多,为保护生态环境、降低工程造价,将开挖出的强风化岩进行破碎后,掺入一定比例的黄土、水泥、膨润土和泵送剂进行固化改良作为流态填筑材料。以西北地区某基坑回填工程为依托,通过正交设计,对不同配比的流态固化土进行压缩特性试验研究,得到各因素的最优配比,分析了强风化岩流态固化土压缩模量的影响因素及其显著性大小,并对强风化岩流态固化土的微观变化机理和水稳定性进行研究。结果表明:对压缩模量影响最显著的因素是泵送剂,其次是强风化岩粗骨料掺量;各因素掺量对压缩模量影响的主次顺序为:泵送剂→强风化岩粗骨料→膨润土→水泥→黄土→强风化岩细骨料;改良试样浸水后压缩模量随龄期增长,下降幅值逐渐减小,表明其水稳定性和整体性能显著提高;通过微观分析得到泵送剂掺量为0.4%时,试样胶结性能较好。研究结果对评价强风化岩作为流态填筑材料可行性具有一定的参考价值。
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  根土复合体依赖根系含量的力学特性及非线性破坏准则

  程平, 李鹏程, 钟彩尹, 何博, 吴礼舟

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 110-117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220767

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  为研究植物根系对根土复合体力学特性的影响,开展不同根系含量下的根土复合体三轴试验,分析了根土复合体依赖根系变化的力学特性,建立了根土复合体非线性破坏准则。研究结果表明:根系通过提供抗拉能力来提高土体抗剪强度,根主要影响土体黏聚力,对内摩擦角影响较小;当根系含量为0.36%时,黏聚力增加了64.91%;主应力差随应变的增加显著,当轴向变形>2%时,主应力差变化缓慢;试样破坏时表现为剪胀破坏,产生纵向裂缝;随着围压的增大,根土复合体破坏的剪胀效应减弱;初始切线模量随围压及含根量的增大而增大;根土复合体破坏应力比最大值为0.99,最小值为0.63;基于含根量的变化,非线性强度破坏准则反映了根土复合体的破坏特性,破坏包络线在低围压下表现为非线性,高围压下为线性,线性与非线性变化的临界应力与围压的大小有关。
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  基于Weibull分布的高温结构性黄土统计损伤本构模型

  郅彬, 王成, 王尚杰, 李曾乐, 白鹤

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 118-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220791

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  能源桩是利用地热能的一种新型建筑节能技术,工作时会使桩周土温度发生变化,在黄土地区施作时,会直接影响黄土结构性,进而影响黄土的力学特性,因此研究变温条件下结构性黄土的变化规律具有重要意义。通过对不同温度下结构性黄土进行三轴剪切试验和核磁共振试验,研究温度对结构性黄土变形和强度的影响;基于现有黄土统计损伤理论,假定黄土微元强度服从Weibull分布,利用应变等效性假说,构建了结构性黄土在高温作用下的统计损伤本构模型;利用室内试验对该模型进行验证。结果表明:Weibull分布参数m和F₀影响结构性黄土损伤本构模型的曲线形状;建立的黄土统计损伤本构模型能够很好地反映结构性黄土颗粒骨架的损伤,有效预测结构性黄土在剪切作用下的结构损伤变形。研究成果可为后续的工程建设提供理论基础。
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  考虑缩尺效应对堆石料颗粒破碎影响的压缩试验研究

  卿云, 马爱娟, 杨少博, 邱珍锋, 邓文杰

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 126-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220699

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  大量的压缩试验结果表明,堆石料试样的压缩特性和颗粒破碎特性存在明显的缩尺效应,但系统研究缩尺方法、试样最大粒径、试样直径等对颗粒破碎特性的影响较少。采用侧限压缩试验开展灰岩堆石料的尺寸效应研究,分析了缩尺方法、试样直径和试样最大粒径对压缩特性和颗粒破碎特性的影响规律。结果表明:压缩系数随着试样中粗颗粒含量的上升呈先降低后增大的趋势,压缩系数与试样最大粒径呈正相关,与试样直径呈负相关;引入相对颗粒破碎率评价指标,建立了缩尺方法与相对颗粒破碎率之间的幂函数关系,相对颗粒破碎率随试样直径和试样最大粒径的发展规律可拟合为曲面方程。研究成果可为进一步构建考虑缩尺效应的弹塑性本构模型提供理论基础。
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  CFG桩复合地基新型嵌入式褥垫层桩-土应力比改善特性

  郑光俊, 盛春花, 李振华, 江洎洧

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 133-139. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231072

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  CFG桩复合地基具有较好的环保效益,近年来在软基处理中推广迅速。鉴于天然地基自身较差的工程特性,加之CFG桩施工扰动易引发表层土持力性能进一步弱化,受荷状态下刚性的CFG桩与桩间土易形成过大的桩-土应力比,褥垫层结构破坏风险增大,不利于复合地基协同受力。研究提出对截桩面下约50 cm厚剧烈影响区土层采用压实碎石换填,再铺设水泥土垫层而形成新型嵌入式褥垫层结构,以改善CFG桩复合地基持力性能,得到以下结论:①基于单桩复合地基现场载荷试验对比分析,采用嵌入式褥垫层测得的桩-土应力比显著低于常规平铺褥垫层,极限载荷下桩-土应力比较常规褥垫层的22.9降至13.8,降幅约40%,且全过程桩-土应力比曲线波动相对平缓,尤其是达到极限承载力后无陡降,有利于地基安全受荷;②采用数值试验手段模拟CFG群桩复合地基竖向受荷特性,嵌入式褥垫层对桩间土压缩层起到了显著的综合强化作用,既有效减小了桩向褥垫层的相对刺入,也使得褥垫层的变形形态更均匀平整,局部刺入和翘起得到有效缓解,避免了桩-土应力比过大对褥垫层结构的破坏;③嵌入式褥垫层条件下不同部位CFG桩的水平变形状态更优,顶部较强的约束将CFG桩受力模式由接近“悬臂式”变为接近“简支式”,对复合地基边桩和角桩的变形受力状态改善显著。
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  基于电阻率法的非饱和路基水汽迁移试验研究

  张睿霞, 唐红, 姚海林, 刘杰, 朱乐萌

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 140-146. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220755

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  非饱和土路基中水分的迁移不仅以液态形式发生,同时也会以气态形式发生,水汽的耦合迁移作用会在路基长期运营过程中对路基的长期稳定性及服役性能造成严重影响。因此,开展了针对典型非饱和土路基的电阻率测试及水汽迁移试验,研究了初始含水率和初始压实度对电阻率的影响,揭示了水汽迁移过程中非饱和土路基的电阻率变化规律,建立了电阻率-含水率模型。研究结果表明:随着含水率、压实度的增加,黏性土的电阻率均减小,呈指数特征,且电阻率对含水率这一影响因素更为敏感。随着迁移时间增加,土体顶部电阻率越来越小,土体底部电阻率越来越大。不同初始含水率试验,初始含水率增大,顶部土壤电阻率衰减率先增大后减小。不同压实度试验,压实度越大,土体顶部电阻率降低程度越小。电阻率-含水率模型计算结果与试验数据较吻合,模型拟合程度良好。
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  循环荷载作用下土石混填料的蠕变模型研究

  刘家光, 宋杨, 王清洲, 张志彬, 齐子怡

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 147-153. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220713

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  为了研究土石混填料在循环荷载作用下的轴向累积应变特性,以土石混填料为研究对象,开展了室内大型动三轴试验,研究了不同动应力幅值和围压对土石混填料轴向累积应变的影响及动孔隙水压力的变化规律,并对轴向累积应变预测模型进行了分析。试验结果表明:土石混填料的轴向累积应变可根据安定性理论划分为塑性安定、塑性蠕变、增量破坏3种类型,且动应力幅值σ_d越大,试样的轴向累积应变就越大,围压σ₃越大,试样的轴向累积应变就越小。动孔隙水压力曲线与对应动应力幅值的轴向累积应变曲线是同一发展类型。针对土石混填料蠕变型轴向累积应变的发展特点,提出了修正后的改进模型,并验证了模型的可行性,该模型能很好地适用于拟合“塑性蠕变型”应变曲线。
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  弹性参数变异下孔径变形法地应力测试实践

  赵顺利, 邓伟杰, 郭冲, 杜卫长, 高慧民

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 154-161. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220744

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  针对裂隙发育地区的弹性参数变异特点,推导了孔径变形法三维地应力计算模型,在工程实践和理论分析的基础上,提出3条裂隙发育区的孔径变形法测试数据筛选原则。利用三维地应力计算模型和测试数据筛选原则,结合实际工程进行了三维地应力测试,并将测试结果和工程区域地应力场特征、水压致裂测试数据、地形地貌进行综合对比分析,结果较为一致。采用下极点的全空间赤平投影技术,进一步分析了泊松比、弹性模量的偏离对三维地应力测试数据的影响。研究结果表明:建立的裂隙发育区孔径变形法地应力计算分析技术可以考虑弹性参数变异的特征,计算结果可靠;相较于泊松比,弹性模量的偏离则会明显影响地应力的量值、方位和倾角。
工程安全与灾害防治
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  基于有效降雨量的滑坡位移-降雨相关性研究

  朱智杰, 卢书强, 梅军

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 162-168,187. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220908

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  为揭示滑坡裂缝位移与降雨量之间的相关关系,探究衰减系数取值与滑坡位移的相关性,以典型降雨诱发滑坡小岩头滑坡为研究对象,采用Pearson方法对滑坡裂缝位移与日降雨量、前期降雨量和有效降雨量进行相关性分析,再基于线性拟合的Logistic回归模型,针对小岩头滑坡“阶跃”时间段的数据集进行拟合,建立不同衰减系数下滑坡位移-相关系数的逻辑回归方程。结果表明:①滑坡降雨有效作用期 t 最长为7 d,当有效降雨量达到116.9 mm时,其“阶跃”现象出现。②滑坡各阶段位移-降雨的相关系数 r 都随降雨衰减系数α_i 取值的增大而增大。当滑坡衰减系数取0.7时,位移随衰减系数增减而产生的变化最明显。③当相关系数在“斜率最大拐点”处的产生突变时,可根据衰减系数和相关系数的变化判定滑坡是否进入加速变形破坏阶段,可使雨量监测预警模型的精确度提高。
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  多维多时间-空间尺度水利工程安全风险评价系统及其应用

  王翔, 郑淇文, 李晨

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 169-175. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230223

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  为解决风险矩阵分析法(LS法)和作业条件危险分析法(LEC法)在水利工程安全风险等级评价过程中评价指标量化依据不明确、判定标准不统一、成果运用可指导性差等缺点,基于风险矩阵原理,建立了多维多时间-空间尺度水利工程安全风险评价系统。研究结果表明:①通过风险评价要素管控措施状态M、暴露于危害的频繁程度或危害出现的频次E和运行周期内工作性态C,及其不同组合,可对水利工程全部类型危险源事故发生可能性L进行细化评价;②风险评价要素M的判定标准与水利工程管理考核标准相统一;③通过风险评价要素C,简要评价实体危险源不同时空工作性态演化与环境改变相互作用;④通过增加上游水位H和运行时段F风险评价要素,并判断危险源与下游防洪是否直接相关,事故造成的伤亡人数和经济损失是否可量化统计,可充分考虑事故后果统计时空分布不均衡的特点,并对水利工程安全风险进行实时动态评估。该研究成果对水利行业安全生产双重预防机制建设具有一定参考价值。
水工结构与材料
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  白鹤滩水电站施工期玄武岩骨料碱活性长期跟踪分析

  刘战鳌, 王玮, 欧阳秋平, 李鹏翔, 肖开涛

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 176-180,187. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220774

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  白鹤滩水电站地下洞室混凝土浇筑方量巨大,骨料采用玄武岩细骨料+玄武岩粗骨料的组合方案。为保证白鹤滩水电站地下洞室混凝土的耐久性,2017年11月至2021年8月的白鹤滩水电站主体工程施工期间,按季度连续对玄武岩骨料进行取样、跟踪分析,采用多种试验方法综合评价了其潜在碱活性。试验结果表明:白鹤滩水电站施工期玄武岩骨料中含有杏仁玄武岩、角砾熔岩等多种岩石,部分岩石中存有少量微晶-隐晶石英等活性矿物成分;SEM及EDS微观分析表明,含活性成分玄武岩骨料仅在高温和高碱的条件下才会产生危害性膨胀的碱-骨料反应;使用碱含量<0.60%的低热42.5硅酸盐水泥且掺入≥20%粉煤灰作掺合料的条件下,玄武岩骨料用于地下洞室混凝土工程不会产生危害性的碱-骨料反应。
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  水工结构材料模拟及CSG坝模型应用

  丁泽霖, 魏新科, 王婧, 朱轩毅, 高昱芃

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 181-187. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220736

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  模型材料的制备是开展结构模型试验的重要组成部分,为探究模型材料中各因素对物理力学性能参数的影响,采用正交试验设计材料配比,应用三轴仪等设备得到模型材料力学参数,并通过对模型材料物理力学性能进行敏感性分析,得到了材料骨胶比、水泥石膏比、砂重晶石粉比、精铁粉量、砂粒径等影响因素的敏感度,建立了基于敏感性分析的水工结构模型材料配置方法。以某胶凝砂砾石(CSG)坝为原型,依托上述模型材料试验方法,得到CSG坝结构模型,采用超载法对模型进行破坏试验研究,并与有限元成果进行对照,得到了坝体沿建基面贯通裂缝滑动的破坏模式,较好模拟了CSG坝的真实破坏情况,表明了所得材料物理力学性能参数受材料配比因素影响结果的可靠性。
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  TiO₂透水混凝土配合比设计和光催化性能

  吴林松, 王星之, 梅梦君, 李振, 曾磊

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 188-192,198. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221508

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  光催化透水混凝土路面为净化城市径流污染提供了新的解决方案。制备TiO₂光催化透水混凝土,采用甲基橙溶液作为水污染指示剂,研究了水胶比和骨胶比对透水混凝土孔隙率、力学性能和净水性能的影响。结果表明:透水混凝土水胶比增大,力学性能提高,但孔隙率和净水性能降低;透水混凝土骨胶比增大,力学性能降低,但孔隙率和净水性能提高;水胶比为0.25,骨胶比为4.0时,透水混凝土综合性能最佳。此外,对透水混凝土力学性能和净水性能主要影响因素为孔隙率,孔隙率与力学性能负相关,与净水性能正相关。研究成果为光催化透水混凝土配合比设计提供了重要参考。
水利信息化
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  基于Docker技术的灌浆信息管理系统在红卫桥电站的应用

  雷涛, 郭亮, 侯忠发, 王路, 张念

  长江科学院院报. 2023, 40(12): 193-198. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220909

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  随着科学技术飞速发展,灌浆信息系统作为数字制造与智能建造结合的工具在各大型水电工程中使用,对提高行业施工监管水平起到了巨大的推动作用。目前,从水电的流域开发来看,既有大型水电工程,也有中小型水电工程,由于受到投资预算的限制,并叠加新冠疫情,技术人员难以现场开展工作的情况,中小型水电工程的灌浆信息系统应以快速部署,灵活适用为主。对于流域开发而言,提高中小型水利工程的监管水平是提高整个流域施工监管水平的关键。利用Docker技术为中小型水电站远程高效部署适用的灌浆信息系统是本文探讨的核心。