长江科学院院报

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第41卷第2期封面与目次

长江科学院院报. 2024, 41(2): 0-0.

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长江源区径流变化及其影响因素探讨

邵骏

长江科学院院报. 2024, 41(2): 1-6. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231020

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长江源区对气候变化的响应较为敏感,其河川径流也随之产生了明显的变化。根据长江源区直门达水文站及长江源区5个气象站1960—2022年实测水文气象资料,分析长江源区年径流和季节性径流变化规律。利用相关分析、交叉小波变换及主成分分析法,分析径流变化与主要气象要素之间的关联性。研究结果表明,近63 a来直门达站年径流呈现显著上升的趋势,尤其是近20 a径流大幅度增加。1960—2000年期间,长江源区各季节性径流变化趋势较为平稳。2000—2022年期间,各季节性径流均呈现出增加的态势并延续至今。对直门达站径流影响最为密切的气象要素主要为降水、气温、相对湿度等。

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Kriging水动力学代理模型在水库群优化调度中的应用

徐杨, 吕昊, 刘帅, 方威, 覃晖

长江科学院院报. 2024, 41(2): 7-13. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221303

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为解决传统水动力学模型结合调度模型求解耗时长的难题,使用代理模型模拟水动力学模型以提升求解效率。从金沙江下游—三峡梯级水库调度实际出发,结合水动力学和代理模型相关理论,建立了基于Kriging代理模型的水库群多目标调度模型并采用多目标进化算法对模型进行求解,最后采用投影追踪法对得到的多目标帕累托前沿进行决策。研究结果表明,代理模型的平均模拟误差≤1.5%,能够较为精确地替代原有长耗时水动力学模型并结合调度模型给出具有竞争关系的帕累托前沿及合理的折衷方案,对促进梯级水库综合效益发挥提供理论依据。

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三峡水库蓄水后荆江松滋口分流变化及其影响因素

段光磊, 彭严波

长江科学院院报. 2024, 41(2): 14-20. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221616

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松滋河是连通长江与洞庭湖的主要通道。自1950s以来,随着下荆江系统裁弯及葛洲坝、三峡等水利工程相继建成,松滋河分流量呈现阶段性减少。基于系列水文和河道原型观测资料,分析了三峡水库蓄水后松滋口分流变化特征及其影响因素。结果表明:①三峡水库蓄水后,松滋口年分流比基本稳定在7%左右,没有明显趋势性变化;②当枝城站出现＞25 000 m³/s流量时,蓄水后松滋口分流能力明显提升,特别是蓄水后前10 a;③三峡水库主汛期洪水调度影响较小,而汛末蓄水对口门分流产生消极影响;④荆江干流河床冲刷降低了口门处中枯水位,对松滋口分流产生不利影响;⑤芦家河浅滩航道整治工程实施在一定程度上对维持口门段中枯水位发挥了关键作用,口门河段河道采砂在一定时段改善了口门进流条件。

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清水冲刷下顺直河道交错边滩演变过程试验研究

王茜, 卢金友, 周银军, 柴朝晖, 黄莉

长江科学院院报. 2024, 41(2): 21-26. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221720

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为进一步认识清水冲刷下顺直河道交错边滩的演变过程,基于长江中游典型边滩形态参数,采用概化水槽试验对不同流量条件下的交错边滩纵向、横向和平面冲淤变化进行了研究。结果表明:试验工况下,纵向上,沿程呈冲刷态势,流量越大,冲深越大(流量为215 L/s的深泓平均冲深约是流量为46.71 L/s的2.1倍),且大流量下深泓纵向比降变缓;横向上,边滩侧以冲刷为主,冲刷最大的位置在滩边附近,其它部位则呈冲刷—淤积—冲刷的变化规律(如流量为215 L/s时, 2^#断面边滩以外部分(0,2] h平均冲深约3.5 cm、(2,12] h平均淤高约0.5 cm、(12,21] h平均冲深约0.7 cm);平面上,边滩整体下移,变得细长,淤积主要发生在边滩下游1m范围内。此外,上游异岸边滩的存在初期会促使下游边滩淤积,而后加深下游边滩的冲刷,且对边滩坡脚影响最大。

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基于WRF-CMAQ的中国典型湖泊大气氮沉降特征

樊洋成, 刘萍

长江科学院院报. 2024, 41(2): 27-36. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221297

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采用WRF-CMAQ模型模拟了2018年中国4个典型湖泊的不同形态氮(总氮TN、氧化态氮OXN、还原态氮REDN、硝酸盐氮NO^-₃-N、铵盐氮NH⁺₄-N)的大气沉降通量。2018年青海湖、乌梁素海、东湖与太湖全年氮沉降通量分别为3.02、4.38、64.25、21.67 kgN/hm²,大气氮沉降贡献的氮负荷分别占乌梁素海、东湖与太湖总氮负荷的0.9%、22.3%、11.3%,东湖与太湖受大气氮沉降的影响程度显著高于青海湖和乌梁素海,表明大气氮沉降对发达地区湖泊的影响更应受到关注。通过敏感性试验分析大气氮沉降量的影响因子,结果显示含氮污染物的沉降速率对湖泊氮沉降通量的影响不明显,而含氮污染物排放速率降低20%,可使4个湖泊总氮沉降通量下降11%~22%,表明相对氮沉降速率、氮排放变化是影响氮沉降量的主要因素。本研究为进一步厘清大气氮沉降对湖泊总氮负荷的作用并制定有效控制措施提供了科学依据。

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水电站水库库容特性解析与建模研究

贾本军, 汤正阳, 曹辉, 郭乐, 张海荣, 任家朋

长江科学院院报. 2024, 41(2): 37-43. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221261

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针对水库库容特性的函数化表征问题,通过对水库的形态特征进行抽象,构建了描述水库一般性形态特征的三棱锥模型和不规则锥体模型,在此基础上采用数学积分方法推导出表征水库库容特性的三参数幂函数模型,并根据水库库容特性的数学性质,给出了三参数幂函数的参数取值范围,最后以长江中上游流域37座水库为研究对象,通过合理性分析和拟合优度评价,证明了三参数幂函数是一种适用性广、可靠性高、物理意义明确的水库库容特性表征函数。研究成果可为水电站水库发电精细化调度提供基础函数曲线支撑。

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秦巴山区堵河流域径流变化归因分析

张晓莹, 何毅, 翁学先, 邵祎婷

长江科学院院报. 2024, 41(2): 44-51. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221351

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气候变化和人类活动引起的水文响应对于研究流域水资源管理有着重要意义。基于堵河流域1960—2016年降水量、潜在蒸散发量、径流量数据,采用Pettitt突变检验方法和Mann-Kendall趋势检验方法,利用8种Budyko假设分析了气候变化和人类活动对堵河流域径流变化的贡献率。分析结果表明:①堵河流域年径流量呈显著下降趋势(p<0.05),1994年出现拐点,年降水量和潜在蒸散发量也呈减少趋势,但均不显著(p>0.1)。②水文响应对人类活动比对气候变化更敏感,人类活动对径流的贡献率在57.69%~72.00%之间,气候变化的贡献率在28.00%~42.31%之间。③人类活动引起下垫面特征变化是径流衰减的主要原因,土地变化引起的森林增多和植被覆盖增加引起地表变化使径流量减少。研究成果表明人类活动对水文过程确有影响,以期对堵河流域水资源管理和综合治理提供理论支持。

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重庆市主城区居民饮用水9种微量元素含量特征及其健康风险评价

刘怡, 陈燕, 苏婷, 谭福亚, 刘永林, 张雪琰, 旷霞, 殷凤, 赵家宇

长江科学院院报. 2024, 41(2): 52-60. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221301

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为明确重庆市主城区饮用水中微量元素含量及其对居民健康的潜在影响,采集主城区居民末梢饮用水80件、水源地水样3件,室内测定水样中As、Ba、Cr、Cu、Mo、Ni、Sb、Se、Zn含量,并采用USEPA推荐的健康风险评价模型,评估饮用水中微量元素的健康风险水平。结果表明:①重庆市主城区居民末梢饮用水中9种微量元素均值(算术均值,下同)均未超过国家《生活饮用水卫生标准》。②儿童和成人的总健康风险均值分别为8.72×10^-5 a^-1和3.56×10^-5 a^-1,在USEPA推荐的最大可接受标准(10^-6~10^-4 a^-1)内,但儿童总健康风险高于成人。③居民末梢饮用水健康风险主要表现为Cr和As的致癌风险,儿童和成人致癌风险均呈现R_Cr(8.54×10^-5 a^-1和3.48×10^-5 a^-1)＞R_As(1.62×10^-6 a^-1和6.74×10^-7 a^-1),但均低于USEPA推荐的最大可接受标准(10^-4 a^-1)。因此饮用水中Cr和As是重庆市主城区居民饮用水产生健康风险的主要物质,需进一步加强这2种元素的监测和管理。

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内河溢油污染源逆时追踪数值模拟

付玉, 童思陈, 王啸, 蒋聘凤, 黄国鲜

长江科学院院报. 2024, 41(2): 61-66. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221122

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为研究内河溢油污染溯源问题,从溢油污染应急处置时间尺度出发,以三峡库区典型河段为例,采用拉格朗日油粒子模型,基于Fortran语言从底层开发了溢油扩展漂移及逆时追踪数学模型,模拟了三峡水库典型运行工况下的可能溢油污染过程,对溢油扩展漂移和溢油逆时追踪进行了模拟分析。结果表明该模型可较好地模拟溢油污染的扩展漂移过程及追踪寻求出污染源的大致位置,可为内河航道中不明溢油源污染事故的应急调查提供参考。

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非黏性堤防溃口发展过程计算模型

段文刚, 刘备, 黄卫

长江科学院院报. 2024, 41(2): 67-75. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230104

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堤防是防洪工程体系的重要组成部分,一旦发生溃决将可能带来严重灾害损失,明确堤防溃口发展速率与水力要素之间的关系对于预测堤防溃决过程和洪水演进具有重要意义。通过对系列非黏性沙质堤防溃决试验结果进行整理分析,得到溃口垂向下切速率、横向展宽速率与溃口流量、溃口单宽流量之间的关系。结果表明:堤防溃口发展主要存在垂向冲刷、横向扩展2种形式;溃口发展速率与溃口流量呈正相关,但受入流流量影响,没有适用于所有工况的关系表达式;溃口发展速率与溃口单宽流量间的关系基本不受入流流量影响,下切和展宽速率与溃口单宽流量呈现指数关系;基于此关系,构建了以溃口单宽流量为参数的溃口发展过程计算模型,并对溃口垂向下切、横向展宽发展过程进行了模拟计算与对比分析,结果显示模拟情况与真实的溃口发展过程吻合较好,说明所提出的计算模型科学合理,且计算过程简洁。

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陡窄河谷挑流消能下游边坡防冲试验研究

周望武, 魏杰, 苗宝广, 戴晓兵, 任炜辰

长江科学院院报. 2024, 41(2): 76-81. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221196

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基于拉哇水电站溢洪洞采用挑流消能,对陡窄河谷下游边坡冲刷问题进行了试验研究。通过可视定床模型,对边坡水力学参数进行分析,并与边坡动床试验进行了对比。试验成果表明:扭曲挑坎的水流流态、岸边流速以及脉动压力等指标均优于斜切挑坎,岸边最大压力点高程与基岩抗冲流速等值线最低点高程相近;采用散粒体模拟陡峻边坡,边坡冲刷形态与定床岸边流速规律呈现较好的相关性,能较好地反映陡峻基岩边坡受水流冲刷作用的破坏范围。研究成果对类似工程的岸坡支护分区划分、防护深度确定和支护结构型式的设计具有一定的借鉴意义。

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湖北漳河灌区中稻气象产量变化特征及预测模型

余蕾, 邹志科, 刘凤丽, 罗文兵, 王文娟

长江科学院院报. 2024, 41(2): 82-90. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221141

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准确的气象产量是正确评估气象条件对粮食产量影响的前提。为了探究湖北漳河灌区单季稻气象产量的时间序列变化规律,尝试通过三点滑动平均法、HP滤波法和一次指数平滑法、二次指数平滑法4种方法将漳河灌区1975—2020年的水稻单产数据分离为水稻趋势产量及气象产量,通过相关分析筛选水稻8个生育阶段的主要气象因子,然后与分离的气象产量构建水稻预测模型。结果表明:4种分割方法均能较好地反映气象产量序列与湖北省生产力发展水平的区域一致性特点,多年平均气象产量占总产量的比例约为3.39%,但2008年以后其占比达到10.1%。相关分析识别出抽穗开花期最低气温、拔节孕穗期最高气温、分蘖后期平均气温、返青期最低气温、乳熟期蒸发量和育苗最低气温是影响气象产量的主要因子,该模型在率定期(1976—2014年)和验证期(2015—2020年)的相对误差均在5%以内,模型的决定系数R²为0.994。预测模型有助于研究未来气候变化下的区域水稻产量的变化。

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基于SEM的土体微观结构三维分析与分维计算方法

张豫川, 高旭龙, 刘东发, 黄鸿伟

长江科学院院报. 2024, 41(2): 91-97. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221052

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土体微观结构研究很早就建立了三维空间的分形模型,但分形维数计算所需参数很难由常规土工试验得到,限制了分形理论在土体研究中的应用。基于陕西定边与甘肃兰州原状土样的扫描电镜(SEM)试验,提出了三维化处理与三角形网格原理联合方法,可以得到土体颗粒(孔隙)不同测量尺度对应的表面积与体积计算值,由此实现分形维数的计算,并通过分形理论在土水特征中的应用验证了方法的有效性与可靠性。另外,三维化处理还可获取视孔隙率、比面等土体微观结构参数,可以作为土体微观结构定量分析研究的新途径。

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基于直剪试验的土工格室加筋层抗剪性能数值模拟

范永丰, 赵阳, 史先利, 卢正, 姚海林

长江科学院院报. 2024, 41(2): 98-104. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221094

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土工格室作为一种特殊的土工合成材料,其三维蜂窝结构能够显著约束土体的侧向变形,在加筋路基、边坡和挡墙等结构中有着广泛的作用。在加筋土结构的服役过程中,土工格室难免会受到不同角度和不同层位的剪切作用,潜在滑动面极有可能穿过土工格室加筋层。为更好地理解土工格室加筋层的真实剪切状态,基于直剪试验,使用数值计算的方法研究了土工格室加筋层在不同剪切角度、层位和不同宽高比下的应力-应变状态。结果表明:土工格室加筋层呈现明显的各向异性,土工格室对黏聚力和内摩擦角都有所提高,这与现行的三轴试验研究结果稍有不同;当剪切面平行穿过土工格室中部时,加筋层的抗剪强度最大;随着剪切面与土工格室角度的增加,加筋层的抗剪强度逐渐减小;随着土工格室宽高比的线性增加,加固层的抗剪强度也基本线性增加。研究成果可为土工格室加固路基、边坡和挡墙的稳定性研究提供参考。

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干湿循环下溶隙灰岩单轴压缩损伤破裂特征

王桂林, 任甲山, 曹天赐, 杨证钦, 王润秋, 罗广东

长江科学院院报. 2024, 41(2): 105-114. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220970

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为研究干湿循环对溶隙灰岩损伤破坏特征的影响,制备裂隙状、椭圆状、蘑菇状和类哑铃状溶隙灰岩试样,开展单轴压缩试验并辅以数字图像相关方法(DIC)和声发射技术进行监测,分析0、3、6、10次干湿循环下溶隙灰岩的损伤特性和变形破裂特征。结果表明:①基于峰值强度定义干湿循环和溶隙形状损伤度,干湿循环损伤度与循环次数和水-岩接触面积成正比,溶隙形状损伤度在干湿循环过程中为33.31%~64.86%;耦合损伤度合理表达了二者的耦合关系。②干湿循环作用下溶隙灰岩由拉伸破坏转变为以拉伸破坏为主的拉剪混合破坏,表面应变局部化带过渡到“延性”扩展;而溶隙形状对试样破坏有优势导向作用。③干湿循环导致岩样声发射累积振铃计数减小,裂纹起裂应力σ_ci及裂纹损伤应力σ_cd也逐步降低。研究成果可以为三峡库区溶隙灰岩的破坏机理分析提供科学依据。

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自重及加载条件下絮凝剂调理废弃泥浆的脱水效果

韩超, 俞越中, 柏彬, 肖涵, 范舟, 吴巍, 孙科

长江科学院院报. 2024, 41(2): 115-122. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220930

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群桩基础、地下连续墙等施工会带来巨量的废弃泥浆,城市地下空间开发利用及盾构掘进过程会产生大量高含水率泥浆状的渣土,常规的堆场处理受限于成本和环境问题,需要对废弃泥浆进行高效脱水处理,减少废弃泥浆量。为研究絮凝剂调理废弃泥浆的脱水效果,提升泥浆脱水效率,采用单一、复合絮凝剂调理废弃泥浆,通过室内量筒沉积和小型堆载预压试验,对比研究絮凝剂类型和掺量配比对泥浆泥水分离效果的影响,并为脱水效果提供判断依据。结果表明:有机絮凝剂能够改善泥浆的脱水性能,提高泥水分离程度,且存在最优掺量;复合絮凝剂能够发挥有机、无机絮凝剂的协同作用,更进一步提升泥浆脱水程度,其中PAM类复合絮凝剂脱水性能优异,PAM与CaO复合絮凝剂组合处理泥浆时,其沉积层含水率降低程度能够达到82.75%。研究成果可为废弃泥浆的合理处置和资源化利用提供参考。

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电动土工塑料排水板修复重金属污染高岭土试验研究

孙慧, 李从安, 邱金伟

长江科学院院报. 2024, 41(2): 123-127. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230173

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针对重金属锌和镉污染的低渗透性高岭土,采用电动土工塑料排水板(EKG)作为电极材料,通过自制模型试验装置研究了电动修复中电势梯度、通电时间、含水率对重金属去除率的影响,确定电动修复的最优试验条件。在最优试验条件下,开展了电极材料、电势梯度对不同种类重金属去除效果影响的试验研究。结果表明:随着修复时间的增长,阳极处重金属污染物逐渐减少,阴极处重金属污染物富集逐渐增加;试验条件相同情况下,重金属污染物Cd的除去率明显高于Zn;电势梯度越大,重金属Zn离子的去除率越高;电动土工塑料排水板作为电极的电动修复重金属污染土的效果要优于石墨电极。研究有助于揭示电动修复重金属污染土的效果和机理,为电动生态环境修复技术的应用提供技术支持。

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库水作用下滑坡土体渗流与蠕变耦合试验研究

王力, 孙文铎, 王世梅, 胡秋芬, 陈玙珊, 南芳芸

长江科学院院报. 2024, 41(2): 128-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221071

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水库滑坡变形具有显著的渗流与蠕变耦合效应。为此,采用自主研发的渗流与蠕变耦合三轴试验仪,分别开展了渗流对蠕变的影响以及变形对渗流的影响试验研究,并改进GDS三轴仪完成了高精度控制和量测的渗流与蠕变耦合试验。结果表明:渗流作用下,土样体积变形随时间先逐渐增大后缓慢减小,主要原因是超孔隙水压力导致围压卸荷,使得土样产生回弹变形,但渗透压力持续作用于土体,使得土样体积持续缓慢减小;获取了渗流过程中土样体积的变化结果,分别建立了渗流开始前试样e-k(孔隙比-渗透系数)关系曲线及渗流稳定后试样e-k关系曲线,结果表明考虑变形影响的e-k关系曲线更能反映土体的流固耦合效应。研究成果可望为水库滑坡变形演化预测提供更加科学严密的理论和方法。

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基于MARS的岩石抗拉强度预测模型

徐国权, 王鑫瑀

长江科学院院报. 2024, 41(2): 135-141. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221277

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将无损检测技术与机器学习相结合,通过建立预测模型来快速确定岩石抗拉强度已经成为热门研究方向之一。为了建立预测模型,提出一种基于多元自适应回归样条(MARS)的数据驱动建模技术,用于岩石抗拉强度预测。共收集了80组试验数据,包括施密特回弹数、干密度、点荷载强度指数以及巴西抗拉强度。所有数据被随机分为2个部分,其中70%的数据用于训练模型,剩余30%的数据用于测试模型性能。同时开发了人工神经网络、支持向量机和决策树3种数据驱动模型。选择了4种常用的模型性能评价指标,分别为均方根误差、平均绝对误差、相关系数和决定系数,以此来对所开发模型的预测性能进行比较。结果表明:所开发的智能模型均能够提供较高的预测精度,其中MARS模型性能优于其他3种模型,支持向量机和人工神经网络模型次之,决策树模型相对较差。值得一提的是,MARS模型能够通过方差分析来评估每个变量的相对重要性。研究成果有助于快速确定岩石抗拉强度。

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大型水利水电工程锚固系统运行状况分析

裴书锋, 郝文锋, 樊义林, 陈浩, 李文涛

长江科学院院报. 2024, 41(2): 142-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220933

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为了保证大型水利水电工程锚固系统长期有效运行,通过对三峡集团所属6个水电站高边坡和地下洞室锚固系统监测数据统计分析,阐明锚索荷载、锚杆应力的时程演化规律,分析影响锚索荷载、锚杆应力变化特征的因素。结果表明:①各水电站高边坡和地下洞室锚索荷载、锚杆应力多数在设计范围内,其显著变化主要发生在施工期,在开挖支护完成后逐渐趋于稳定。②边坡锚索荷载随时间呈现出显著的3阶段,首先急速下降,然后缓慢下降,最后逐渐稳定或呈周期性变化。地下洞室锚索荷载也呈现出类似特征,但其变化特征更为复杂。③锚杆应力随温度变化呈现显著的负相关关系。④地下洞室锚索荷载存在洞径效应,洞室尺寸越大,锚索荷载均值越大,荷载损失率变化幅度更为显著。⑤地下洞室群交叉洞口、块体及保留岩墩等卸荷充分部位锚杆应力较大,位于块体部位的锚索荷载损失率一般大于其他工程部位。⑥锚固于断层部位的锚索,锚索荷载损失率偏大;岩体质量越低,锚索荷载损失率越大。锚索工程建设期失效特征有钢绞线拉断、锚索击穿锚罩、钢绞线缩孔等,运营长期失效特征有锚墩头锈蚀或锚墩头有碳酸钙析出。

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考虑变荷载与非达西渗流的软土一维非线性固结分析

胡闽, 曹文贵, 崔鹏陆, 徐赞, 李慧鑫, 李兆帅

长江科学院院报. 2024, 41(2): 151-158. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220973

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为研究变荷载作用下软土的一维非线性固结特性,通过引入新的一维非线性压缩模型,推导出变荷载作用下考虑非达西渗流的饱和软土地基一维非线性固结方程。基于有限差分法求解,并通过与半解析解结果对比分析,验证了其合理性与可靠性。根据该固结方程的解答,详细讨论了非达西渗流参数(m和i₁)、土体初始压缩系数、压缩指数与渗透指数的比值以及加载速率与加载形式对土体固结的影响。结果表明:随着非达西参数(m和i₁)及压缩指数与渗透指数的比值的增大,土体的固结速率减慢;土体初始压缩系数越大,土体的固结速率越快;荷载的加载速率越快,土体的固结速率就越快;与已有模型相比,引入的新模型无需测量土体的初始有效应力,可更加方便地应用于工程中。

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两种沉积物粒度分析测试方法对比及转换关系

钱磊, 孙吉主, 王勇, 李坤

长江科学院院报. 2024, 41(2): 159-166. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220990

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粒径分布(PSD)作为土体的基本物理性质之一,对土体的工程性质具有很大影响。目前,测量海洋沉积物PSD存在不同的方法,但不同方法量测结果的一致性和相互关系值得探讨。基于PSD沉降分析法与激光衍射法的测试原理,推导得出两种方法之间的联系,并提出了一种转换方法。采用上述两种测量方法对两种不同海域的深海沉积物进行PSD分析,依据转换方法对激光衍射法得到的PSD进行转换,并将转换后的结果进行分析。结果显示:沉降分析法与激光衍射法所得结果主要差距在于黏土、粉砂粒径的含量,且经转换后,两种测量方法得出的黏土、粉砂粒级的百分含量基本一致,检验了转换方法的可靠性。

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基于微处理器和多通信方式的大坝变形智能监测仪器的设计与实现

周芳芳, 张锋, 杜泽东, 胡超

长江科学院院报. 2024, 41(2): 167-172. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221224

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变形监测作为大坝安全状态感知的重要手段,具有测值直观、能全面反映大坝安全状态等特点,对保障大坝长期安全稳定运行具有重要的意义。目前大坝水平位移自动化监测主要使用引张线法、真空激光准直法及垂线法。尽管CCD垂线坐标仪已在大坝工程实践中广泛应用,可该仪器存在不支持现场配置、现场实时数据读取等不足,且无直接远程交互功能,需要接入其他采集装置或转接设备才能进行远程通信。本文设计的智能式CCD垂线坐标仪运用微处理器及以太网接口,不需要接入其他采集设备,可直接接入软件系统,解决了仪器集成复杂、传统通信方式不稳定等问题;并运用蓝牙通信和智能手机APP,解决了现场参数配置、实时采集显示的问题;提出了一种反馈式自适应调光技术,提高了仪器的自适应性和稳定性。

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基于两相流的水封油库油气泄漏运移规律及控制措施

唐栋, 简回香, 王存利, 李毅, 蒋中明

长江科学院院报. 2024, 41(2): 173-180. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221138

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地下水封油库运行的关键是保持一定的水封厚度,为确定合适的水封厚度,基于气液两相流理论,采用有限元数值模拟方法,以我国某石油储备地下水封洞库为依托,模拟了地下水封石油洞库储油运行期油气的泄漏运移演变过程。结果表明:施工期不设置水幕系统情况下,洞室顶部出现了大面积的疏干区,造成后期无法储油;设置水幕系统情况下,洞库上方能够维持一定水封厚度,洞库周围岩层油气泄漏范围和泄漏量均与储油运行时间呈正幂函数关系;水封厚度越大油气泄漏范围和泄漏量越小,但过大的水封厚度会大大增加工程成本,所对应的案例在水封厚度为30 m时对油气泄漏控制最为经济合理,《地下水封石洞油库设计标准》推荐的水封厚度合理且有一定安全裕度。研究成果可为水封油库工程的设计及油气泄漏控制提供一定理论参考。

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不同取代率下钢渣混凝土力学特性及耐久性研究

曹芙波, 杨珍, 王晨霞, 王高峰, 刘涛, 王晓云, 李晓莉

长江科学院院报. 2024, 41(2): 181-187. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221223

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为了研究工业钢渣等体积取代粗骨料对混凝土力学及耐久性能的影响,设置不同钢渣取代率、水灰比以及混凝土强度等级,共制作144块试件,测试钢渣混凝土力学性能及抗冻与抗碳化性能。结果表明:钢渣取代率增加会导致顶面与底面碳化深度差距变大,其中G-0.45-100相差最大,为53.4%。同时,相同龄期下,钢渣混凝土强度更高、抗冻性能更好,钢渣取代率为100%,水灰比为0.45的钢渣混凝土28 d立方体抗压强度较同等级普通混凝土抗压强度提高13%,劈裂抗拉强度提高12.6%,抗折强度提高7.1%。SEM试验发现,与普通骨料相比,钢渣与水泥石的界面过渡区(ITZ)更加致密,界面结构受冻融循环影响较小,界面粘结程度更好。通过数据多元回归分析以及最小二乘法建立钢渣粗骨料混凝土抗压强度数值模型与冻融损伤模型,拟合精度较好。

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基于多特征融合的水工闸门剩余寿命预测

杨涛, 张钰奇, 付春健, 赵华东

长江科学院院报. 2024, 41(2): 188-197. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221098

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剩余寿命预测对保证复杂结构运行安全具有重大意义,为了提高水工闸门剩余寿命预测精度,提出了一种多特征信息融合的闸门剩余寿命预测方法。首先,采用Gamma过程模拟闸门锈蚀演化过程,通过数值仿真获得闸门因锈蚀引起的应力、自振频率、干湿模态振型等特征参数的退化过程。其次,综合考虑单调性和离散性对特征参数进行筛选,并基于主成分分析法进行特征融合构建健康因子;进一步采用非线性维纳过程对闸门退化过程进行建模,利用粒子滤波方法预测其剩余寿命。最后,结合工程实例及有限元仿真验证了所提方法的可靠性和有效性。结果表明,融合多信息的方法能更加充分地反映闸门的退化状态,预测精度评价指标均方根RMSE为1.395 5,平均绝对误差MAE为1.262 8,方差绝对误差VAE为0.352 8,说明预测达到了较高精度,可为闸门的健康管理和安全评估提供依据。

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2016—2020年长江科学院发表的科技论文被SCI、EI和CPCI收录情况分析

聂文, 陈元明, 沈晓莹, 文振兴

长江科学院院报. 2024, 41(2): 198-202. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221135

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利用SCI、EI和CPCI三大索引数据库对2016—2020年长江科学院所发表论文进行检索统计,运用文献计量法,从所收录论文的数量、专业、著者、作者群分布情况包括作者群年龄、学历、职称等方面进行统计、归纳和分析,并与前5 a统计数据比较,从产出论文这一侧面了解和反映长江科学院近几年来科研、专业和人才结构情况:科研实力和国际影响力得到较大增强,在保持传统专业科研实力的同时,新兴专业的科研实力也迅速提升,对外合作加强,拥有较高层次的科研人才队伍且趋于年轻化。研究结果可为长江科学院学科建设和科研绩效评估提供数据参考。

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2024年, 第41卷, 第2期　
刊出日期：2024-02-01

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