2024年, 第41卷, 第3期　
刊出日期：2024-03-01

  

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封面与目次
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  第41卷第3期封面与目次

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 0-0.

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专家特约稿
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  基于GPR探测的长江源地区冰川与冻土厚度研究

  周黎明, 张杨

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 1-8. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231225

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  长江源地区的冰川变化揭示了青藏高原气候变化趋势。冰下地形探测作为冰川发育和运动过程研究的基础,对长江地区水土保持和淡水资源储量研究具有指导意义。长江科学院在长达10 a的江源科考基础上,分别于2022年、2023年采用探地雷达(GPR)技术对长江正源沱沱河发源地格拉丹东主峰的冰川厚度进行精准探测,并对查旦湿地冻土厚度上限进行了探测研究。结合多种冰川和冻土地质模型的GPR波场模拟结果,提高了GPR技术在长江源地区冰川和冻土探测的有效性和精准度。探测结果表明,格拉丹东主峰冰川厚度和查旦湿地冻土厚度上限均有不同程度降低,冰川厚度和冻土厚度上限观测是一个常年积累的结果,后续仍需持续进行观测,积累更多数据,分析变化趋势,以估算探测区域内冰储量,研究气候变化对冰川的影响效果。
河湖保护与治理
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  鄱阳湖水利枢纽对江湖洪期水动力过程的影响

  刘玉娇, 余明辉, 黄宇云, 吴华莉

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 9-15. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221510

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  鄱阳湖作为通江湖泊,其洪水大小由多因素共同决定,湖区洪灾频繁。鄱阳湖水利枢纽工程建设后将对洪期复杂水动力过程造成影响。为评估其影响,建立了包括鄱阳湖湖区和尾闾以及长江九江到八里江段在内的平面二维水动力模型,对1954年大洪水和1991年倒灌2种灾害型洪期过程进行情景模拟,分析了枢纽对长江和湖区可能造成的影响。结果表明:枢纽工程使湖口出流过程更加平缓,具有一定的削峰作用,对长江洪水位基本无影响;1954年大洪水过程,枢纽使湖区水位升高,代表水文站水位壅高最大值为0.021 m;1991年倒灌过程,枢纽使湖区水位降低,湖区水位变化的趋势与湖口流量变化趋势一致,相位稍滞后于流量过程。研究成果可为江湖水安全管理提供技术支撑。
水资源
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  长江流域地下水利用现状及超采区治理对策

  刘昕, 肖华, 王栋

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 16-21. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230700

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  长江流域地下水开发利用程度较低,但地下水资源在维持河湖生态健康、应对突发水安全挑战、农业生产等方面具有不可替代的作用。以2011—2020年长江流域地下水开采量、地下水水位数据为基础,分析了长江流域地下水开发利用现状及变化趋势、地下水水位变化趋势、地下水超采现状等问题。结果表明:长江流域地下水开采以浅层地下水为主,地下水开采量呈缓慢下降趋势;除局部几个区域以外,长江流域地下水水位呈基本稳定或上升趋势;2011—2020年长江流域地下水超采区域主要集中在河南省南阳市,地下水超采区域水位呈下降趋势,急需建设替代水源工程补充灌溉用水缺口。
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  浮球覆盖下水面能量平衡再建与蒸发模型研究

  徐思远, 严新军, 王海涛, 侍克斌

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 22-29. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221405

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  针对干旱区平原水库蒸发强烈导致水资源利用率低的问题,选用黑色高密度聚乙烯(HDPE)浮球作为干旱区平原水库节水材料。通过理论分析、建模与室外试验三者结合,对完整非冰冻期内浮球覆盖下水面蒸发、水体能量平衡组分变化分布的响应机理进行研究,并在此基础上建立相应的水面蒸发量计算模型。结果显示:相较于自由水面,73%的浮球覆盖率下的整体水面净辐射吸收率减小约12.6%,其月均蒸发所需潜热通量减少了61.8%,约为148.73 W/m²,水体的感热通量和蓄热通量也有较大的变化。通过对彭曼模型的能量项和空气动力项进行修正,建立的覆盖条件下的水面蒸发量计算模型具有较高的精度。
水环境与水生态
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  基于关键点检测的鱼类游动轨迹提取

  石小涛, 马欣, 黄志勇, 胡晓, 威力斯

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 30-36. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221436

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  针对现有的鱼类游动轨迹提取方法不能兼顾轨迹提取效率和准确率的局限性,提出了一种基于鱼类关键点识别与定位的鱼类游动轨迹提取方法。该方法在RetinaFace算法的基础上,通过改进网络结构和损失函数、优化锚框的尺寸设计、编解码鱼类关键点(头部点和形心点)、为鱼类目标的关键点添加额外的标注并制作成鱼类关键点数据集等改进策略,构建了基于关键点识别的鱼类轨迹提取模型。研究结果表明,本研究方法对鱼体关键点识别的精度很高,准确率、召回率、平均精度均值3项精度评价指标分别为97.12%、95.72%、96.42%;所提取的轨迹坐标平均相对偏差为MREx(0.065%,0.092%)、MREy(0.112%,0.011%),与鱼类的实际游动轨迹基本吻合;鱼类目标关键点的识别速度可达32帧/s,能够满足实时提取鱼类轨迹的需求。
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  东江北干流溶解氧时空分布特征及影响因素探讨

  王菊, 吴琼, 罗欢, 孙玲玲, 李宁, 何颖清

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 37-44. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221362

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  东江北干流作为广州市至关重要的东部饮用水源保护区所在地,水质目标为Ⅱ类。大墩断面是国家在东江北干流所设的最后一个考核断面,其水质状况对于评价东江北干流整体水质具有重要意义,但近5 a出现溶解氧(DO)不达标问题。搜集2018—2022年东江北干流及国家地表水考核大墩断面的水质数据,分析DO时空变化规律,采用皮尔逊相关分析、多元线性回归分析方法并结合近期水文气象、水质遥感影像等信息对东江北干流DO分布特征及国考大墩断面低氧成因进行研究。结果表明,东江北干流下游DO浓度明显低于中上游,枯水期含量高于丰水期。大墩断面DO浓度受多个因素的综合作用,与pH值、电导率、涨落潮流速呈正相关关系,与水温、TP、浊度及降雨量等指标呈负相关关系,上游来水水质也是影响东江北干流水体DO的关键因素。其中水温是主要影响因子,可解释溶解氧整体变化的62.1%。研究结论可为国家地表水考核大墩断面稳定达标提供基础支撑,有助于加强该区域水污染防控能力,提升水污染治理工作成效。
水土保持与生态修复
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  清水江河谷南寨梯田“三生”空间时空演变及格局分析

  王华飞, 赵宇鸾, 杨小飘, 赵佳

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 45-53. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221340

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  快速城镇化背景下,山区传统梯田农业文化景观面临严重退化与可持续发展问题,厘清梯田片区“三生”空间时空格局特征及演变规律,对山区农业景观保护与开发具有现实意义。以清水江河谷南寨梯田片区为例,基于地理信息系统(GIS)空间数据,采用参与式农村评估、地形位分析和土地利用转移矩阵等方法,分析2000—2020年“三生”空间演变规律与格局特征,研究结果如下:①从数量变化来看,生产空间面积萎缩,生活与生态空间面积均扩张。②从格局演变规律来看,生产空间呈大聚集、小分散的阶梯式分布格局,且在研究区南部与东部收缩态势明显;生活空间由聚集中心向外围分散扩张;生态空间自清水江向两岸蔓延,与生产、生活空间毗邻时,呈现被生产和生活空间割裂的细碎化分布特征。③从地形分布看,生产空间分布向中高地形梯度转移,在低地形梯度上呈收缩趋势;生活空间分布向中低地形梯度转移;生态空间分布则呈现向低地形梯度集中的趋势。④从面积转移行为来看,“三生”空间之间发生了复杂的转换行为,以生产空间流出、生活空间和生态空间流入行为为主要特征。
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  喀斯特区与非喀斯特区的地表温度与近地表气温差异分析

  廖梦垚, 罗娅, 余军林, 王青, 石春茂, 徐雪

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 54-61. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221605

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  地表温度与近地表气温的关系是识别下垫面与近地表大气相互作用的重要依据,对维持能量良好循环与改善气候环境具有重要意义。喀斯特区的自然背景与非喀斯特区有明显差异,陆地-大气间能量传输的规律在两类地区具有差异。基于近邻成对像元选择,获取贵州西南紫云、望谟两县2000—2018年的地表温度和近地表气温,并对比分析它们在喀斯特区与非喀斯特区的差异。结果表明:①就年平均状况而言,喀斯特区地表温度与近地表气温的差异及其波动性比非喀斯特区大,陆地-大气之间能量传输的稳定性为非喀斯特区大于喀斯特区。②从季节状况看,地表温度与近地表气温的差异在春、夏、秋三季为喀斯特区比非喀斯特区明显,冬季无明显差异;地表温度与近地表气温差异的波动性在冬季为喀斯特区大于非喀斯特区;喀斯特区陆地-大气之间能量传输的稳定性在4个季节均大于非喀斯特区。③从各月看,喀斯特区地表温度与近地表气温差异在各月均比非喀斯特区明显,差异波动性在4月份大于非喀斯特区,其余月份基本一致;除去3月份和4月份,其余各月的非喀斯特区陆地-大气之间能量传输均比喀斯特区稳定。结果可为研究气候变化、解析地表环境模式和保护生态环境等方面提供参考。
水力学
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  单侧滩地植被作用下的弯曲主槽二次流特性

  潘云文, 李志杰, 刘欣, 杨克君

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 62-70. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221465

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  为探讨单侧滩地植被对弯曲主槽二次流特性的影响,概化设计了无滩地植被与有单侧滩地植被的弯曲河道模型,利用声学多普勒流速仪(ADV)测得其主槽特征断面的瞬时流速。试验结果显示:在单式弯道中,主涡的形成完全由弯道离心力决定;但在试验复式弯道中,主涡的形成与滩槽水流交换密切相关。当相对水深为0.15时,与无滩地植被工况相比,在滩地植被横向宽度较小的弯顶附近和直线过渡段,二次流强度出现了较大衰减,但在滩地植被横向宽度较大的弯顶附近,二次流强度无明显差别。当相对水深增至0.35时,两种滩地条件下弯曲主槽各断面的二次流强度均有所增强,但单侧滩地植被条件下各断面的二次流强度均小于无滩地植被条件下的对应值。在有单侧滩地植被条件下,对于同一相对水深,上游滩地无植被的直线过渡段,二次流强度明显大于上游滩地覆有植被的直线过渡段的情况。在无滩地植被条件下,雷诺应力R_vw等值线的“岛心”位置可以标示二次流主涡的旋转中心,而“岛心”处雷诺应力R_vw的正负可以表征二次流主涡的旋转方向。在有单侧滩地植被条件下,断面中部的雷诺应力R_vw等值线分布十分凌乱,并无上述规律,且其绝对值明显小于无滩地植被条件的对应值。
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  连续弯段溢洪道糙条消能工整流特性试验研究

  马豪, 牧振伟, 樊帆, 顾元皓

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 71-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221318

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  为探究糙条消能工在连续弯段溢洪道上导流效果影响因子排序和糙条导流特性,采取9因素3水平的正交试验设计方案进行物理模型试验,引入超高变异系数C_v对导流效果进行评价;对影响水流结构的因子进行量纲分析及多元回归处理,建立评价导流效果的多因素影响模型。结果表明:糙条布设角度和糙条高度分别对2个弯段中水流结构影响最大,这2个因素直接影响糙条平衡水面差、稳定流态效果的优劣。剔除影响较小的共用因素,得出糙条消能工最优导流布置方案;各类函数模型中最大拟合优度为0.822,拟合方程对实测值进行对比验证,二者相对误差范围在2.78%~7.15%之间。研究成果可为连续弯段溢洪道整流分析提供理论参考。
岩土工程
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  小断面土石组合地质条件下TBM施工围岩可掘性分级识别

  杨耀红, 刘德福, 张智晓, 韩兴忠, 孙小虎

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 79-87. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221309

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  围岩可掘性分级以及识别研究对隧道掘进机(TBM)高效率施工及智能化控制意义重大。依托南水北调安阳市西部调水工程TBM施工实际数据,利用掘进性能综合指标单位贯入度推力(FPI)、单位贯入度扭矩(TPI)建立了小断面土石组合地质条件下TBM施工围岩可掘性分级标准;提出了PCA-RF模型对围岩可掘性分级进行识别,并与BP、SVR和RF模型进行了比较讨论。结果表明:①建立的小断面土石组合围岩TBM施工可掘性分级标准是适用的,克服了土石组合围岩下传统围岩分类方法的局限性;②小断面土石组合围岩TBM施工可掘性分级PCA-RF识别模型的识别准确率达到了98.3%,高于BP、SVR和RF模型,可以满足工程施工需要。
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  高应力状态下两河口堆石料蠕变特性试验研究

  孙向军, 刘立强, 邓韶辉, 左永振, 潘家军

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 88-93. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221305

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  堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性直接决定着土石坝工后变形的大小。对两河口水电站砾石土心墙堆石坝的两种筑坝堆石料,开展室内大型三轴蠕变试验,结果表明:①在低应力水平下,试验侧向应变为正;在高应力水平下,试验侧向应变为负;②采用幂函数外推30 a对应的试验值,将其作为堆石料蠕变试验的极限应变,所得剩余蠕变与时间呈良好的幂函数关系;③最终剪切蠕变与剪应力呈倍数关系,轴向蠕变衰减幂指数与剪切蠕变衰减幂指数基本相等,最终轴向蠕变是最终剪切蠕变的1.5倍。最后,提出了更简洁的两参数幂函数蠕变模型,模型参数物理含义明确,便于在工程中使用。研究可为土石坝工后变形的初步估算提供参考。
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  峰前峰后循环加卸载对砂岩动力特性的影响

  王瑞红, 贾敬茹, 骆浩, 危灿, 张健锋, 贾依行

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 94-101. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221257

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  为深入分析砂岩峰前和峰后不同阶段的动力特性规律,开展单轴分级循环加卸载试验,综合分析下限应力对砂岩峰前峰后不同加卸载阶段的表观弹性模量、滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数及动弹性模量等相关动力参数的影响。研究结果表明:① 岩样在峰后因内部损伤加深和累积,相同下限应力下滞回曲线位于峰前右侧,且应变量增幅和最大应变增幅均随下限应力的增加而逐渐减小,说明峰后岩样虽然强度已达到极限状态,但只要岩石未完全破坏失稳,其致密性仍可以在高应力条件下的循环加卸载中得到增强。② 砂岩在峰前峰后循环加卸载下的变化过程,可以通过表观弹性模量曲线斜率a值的变化得以体现,低下限应力循环加卸载试验中,致密性增强系数a₁＞致密性劣化系数a₂,斜率a均为正值,轴向应力对岩石整体的压密作用明显强于劣化损伤作用;随着下限应力升高,a₂的降低速率高于a₁的升高速率,a值逐渐减小甚至变为负值,说明轴向应力对岩石整体的压密作用逐渐弱于劣化损伤作用。③ 4组不同下限应力条件下,岩样峰后的滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数均高于峰前状态,而动弹性模量低于峰前状态,说明岩样在峰后循环加卸载过程中内部劣化损伤程度高于峰前。
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  考虑双对数模型下非达西渗流的软土一维大应变固结分析

  李兆帅, 曹文贵, 崔鹏陆, 徐赞, 李慧鑫, 胡闽

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 102-109. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221291

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  鉴于目前半对数模型难以较好地描述大应变软土的非线性压缩和渗透关系的现状,引入适用于软土大应变的双对数压缩渗透模型,建立了考虑非达西渗流的饱和软土地基一维大应变固结方程,并给出了有限差分数值解,通过与室内试验和解析解对比,验证了解答的可靠性。在此基础上,分析了渗流参数、双对数压缩和渗流非线性关系参数和外荷载对固结性状的影响。结果表明:压缩指数I_c一定时,渗透参数越大,土层固结越慢;渗透参数一定时,压缩指数I_c越大,土层固结越慢; 外荷载q_u越大,土层的沉降量就越大,超静孔隙水压力消散越快,土层的固结速率也越快;最后,对大、小应变固结理论下差分解对比分析,发现土体发生较大应变时,小应变固结理论将不再适用,此时应采用大应变固结理论开展计算。
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  黏土中的孔压测试试验及其传递滞后机理

  唐逸凡, 曹小为, 李明, 崔灿, 宋林辉

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 110-117. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221154

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  饱和黏土中的孔压传递过程是进行岩土工程问题机理分析的基础,其在传递过程中是否有滞后及所涉影响因素一直备受关注。对此,设计了一套测试装置,对经固结的饱和黏土施加水压进行孔压传递测试,并在此基础上开展数值仿真分析。试验发现饱和黏土中的孔压传递存在明显滞后现象,且固结压力越大,滞后时间越长;建立的数值仿真模型模拟了孔压传递过程,分析发现孔隙水压缩系数和土体渗透系数是孔压传递滞后的主要影响因素。进一步运用数值仿真手段对这2种影响因素进行参数分析,结果表明:孔压传递滞后时长总体随孔隙水压缩系数的增大或土体渗透系数的减小而增长,尤其在孔隙水压缩系数>10^-5 kPa^-1、土体渗透系数＜10^-8 m/s的情况下,滞后时长的变幅剧烈。
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  大断面浅埋隧道地表沉降Peck修正公式及其应用

  马昭, 张明礼, 段旭晗, 赵博

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 118-125. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221116

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  针对经典Peck公式未考虑隧道断面形状、埋深对大断面浅埋隧道地表沉降影响的不足,考虑断面形状与隧道埋深修正系数改进Peck公式。利用白塔山隧道地表沉降实测数据对修正公式进行验证,两个监测断面预测值与实测值平均相对误差8.3%,最大相对误差18.4%。进而采用修正Peck公式对不同断面形状、不同埋深隧道开挖引起的地表沉降进行预测。结果表明:地表最大沉降与断面形状修正系数成正相关,地表最大沉降依次为矩形-1(Ⅰ)>马蹄形-1(Ⅱ)>圆形(Ⅴ)>矩形-2(Ⅲ)>马蹄形-2(Ⅳ);随着大断面浅埋隧道埋深增加,地表最大沉降减小而地表沉降槽宽度相应增大。地表沉降曲线形态由窄而深过渡到宽而浅,地表核心沉降区面积也逐渐减小。研究成果可为类似工程提供理论支持和技术参考。
工程安全与灾害防治
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  一种滑动检测算法下的滑坡位移时序分解方法

  冯谕, 曾怀恩, 涂鹏飞

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 126-133. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221323

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  针对“阶跃式”滑坡位移时序分解模型力学解释性不强的缺陷,根据西原蠕变本构模型与自适应改进遗传算法模型,提出滑动R_nl阶跃点检测方法与改进加权移动平均修正阶跃项位移方法,并将该方法应用于白水河滑坡位移时序分解。将滑动R_nl阶跃点检测结果与MK检验结果、滑动t检验结果以及Bayes检测结果作对比。结果表明,滑动R_nl阶跃点检测结果更加准确与适用;同时将新型滑坡位移时序分解结果与二次移动平均时序分解结果、三次指数平滑时序分解结果以及VMD时序分解结果作对比。结果表明,新型滑坡位移时序分解方法解决了滑坡趋势项位移无规律、无力学解释性的问题,且在时序分解加法模式中单独引入滑坡位移预测中最重要的阶跃项位移,分析预测更具有针对性。因此,新型时序分解模型有一定的工程价值与时序预测借鉴价值。
水工结构与材料
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  基于Weibull分布的煤矸石对混凝土断裂损伤特性的影响

  李永靖, 程耀辉, 文成章, 胡硕, 尚昀郅, 宋洋

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 134-141. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221336

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  为探索煤矸石质量取代率、粉煤灰质量取代率、水灰比对I型裂缝煤矸石混凝土荷载-裂缝张开位移、荷载-跨中挠度曲线、断裂韧性、断裂能的影响规律,对I型裂缝煤矸石混凝土进行三点弯曲试验,将所得结果结合损伤力学及Weibull分布函数建立煤矸石混凝土的断裂损伤本构模型。结果表明:煤矸石质量取代率对预制I型裂缝的煤矸石混凝土断裂性能影响最大,粉煤灰质量取代率对其断裂韧度影响较大,水灰比对其断裂能影响较大;提升煤矸石混凝土断裂时断裂韧度及断裂能的最佳组合的煤矸石质量取代率为25%、粉煤灰质量取代率为10%、水灰比为0.5;经对比可知,所得损伤本构模型对应的应力-应变曲线与试验曲线高度吻合。研究成果为煤矸石混凝土的制备及工程实际应用研究提供了参考。
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  无粘结环锚预应力衬砌张拉工艺足尺模型试验研究

  陆岸典, 唐欣薇, 严振瑞, 麦胜文, 姚广亮

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 142-147. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221363

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  针对预应力衬砌张拉过程中易出现应力集中而导致张拉裂缝的现象,通过开展洞外地面足尺模型试验,提出了分级分步张拉顺序和质量控制指标。首先根据钢绞线摩阻测试计算出摩擦系数,随后应用上述张拉顺序和质量控制方法进行自动张拉,并采用磁通量传感器和混凝土应变计分别对钢绞线和内衬混凝土的应力变化开展实测。现场张拉试验结果表明:①钢绞线沿程预应力损失约16.3%,采用的双层钢绞线在实践中可保证较高的有效预应力;②对锚具槽进行分级分步张拉,可使内衬混凝土获得较均匀的封闭环向压应力环,平均压应力达-10.9 MPa;③提出的3项控制指标可进行量化管理,结合自动张拉技术可有效地保证张拉质量。
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  人工砂游离云母含量对混凝土性能的影响

  吴文博, 贺晶晶, 王海婷, 赵坤龙, 樊李浩

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 148-152. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230401

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  云母含量影响着许多地区机制砂应用,由于目前云母含量对混凝土性能的影响研究不够完善,考虑到工程安全问题,国内标准对机制砂中云母含量的限制过于保守,导致许多水电工程中高云母含量人工骨料无法使用。为了使高云母含量的机制砂得到广泛应用,使用高云母含量原岩轧制的人工砂,通过外掺游离云母的方式,研究人工砂中不同游离云母含量对混凝土力学性能、拉伸性能、抗冻性能、抗渗性能的影响。由试验结果可以得出:云母含量对混凝土抗压强度、劈拉强度、抗渗性能影响较小,随着云母含量增加,混凝土单位用水量增加,轴拉强度和极限拉伸值略有降低,抗冻性能变差。
水利信息化
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  基于SPI和VHI的长江中下游地区干旱时空特征分析

  向大享, 姜莹, 陈喆, 李喆

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 153-159. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230196

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  近60 a来,长江中下游地区干旱发生频率越来越高,强度不断增强,影响范围不断扩大,持续时间不断变长,对经济发展造成了严重的影响。通过构建长江中下游地区60 a长序列历史降水数据和40 a遥感数据集,基于标准化降水指数、植被健康指数等指标建立干旱监测指数序列库,分析时序干旱指数变化特征,开展旱情时空分布、季节差异、发生频次等指标统计分析,探究旱情发生频率及其时空分异特征、旱情程度等时空特征。研究结果表明:长江中下游地区干旱事件发生具有明显的季节性,春夏季干旱频率高,秋冬季干旱频率低;干旱存在明显区域性差异,易旱地区主要包括湖北北部、湖南南部等地。
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  面向突发性水污染事件的多传感器动态组网立体监测

  申邵洪, 姜莹, 陈希炽, 向大享, 陈喆, 文雄飞

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 160-165. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221399

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  针对突发性水污染事件应急监测和智能模拟分析需求,研究了多传感器立体协同监测模型,建立了突发性水污染事件的时间、空间属性和传感器观测性能之间的相关关系,实现了卫星、无人机、地面、水上平台的动态、协同组网。在丹江口库区开展了突发性水污染事件动态组网立体监测实验分析,根据水污染事件发生时、动态演变过程中和事件后期3个阶段的不同观测需求,基于多传感器立体协同监测模型,深入开展了多传感器协同优化求解,确定了相应的观测平台及传感器。实验结果表明,协同、高效的“天空地一体化”立体感知网能够全面、精准、快速获取水污染事件监测信息,可以科学支撑突发性水污染事件的应急处置。
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  泵站过流能力校核系统开发及应用

  陈红, 何汶远, 刘云

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 166-170. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221434

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  泵站长期运行阻力加大、出流能力减弱,影响城市排涝。基于Python编程语言和数字图像技术,开发了一套泵站过流能力校核评估系统,运用摄像机实时采集轴流泵电压表、电流表数据,同步采用超声波多普勒剖面仪、雷达水位计实时测量泵站出口流量和扬程。针对复杂流态、环境噪声干扰下流量数据偏差大的问题,建立了移动中值滤波法,并利用贝塞尔插值进行数据填充,有效提升了流量数据的准确性。实践应用于泵站出流能力校核,测得该泵站相同功率和相同扬程条件下出流能力均较理论值下降。
重大引调水工程基础理论与关键技术研究专栏
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  滇中芹河隧洞软岩破碎段围岩大变形与支护结构相互作用研究

  付敬, 吴帆, 张雨霆, 覃然

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 171-177. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231142

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  软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4^#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4^#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、喷混凝土掉落现象时有发生。为了充分认识隧洞变形特征、破坏模式及成因机制,结合工程地质勘察、现场监控量测、数值反演及施工模拟分析等手段和方法对其进行综合研究。研究成果表明:破碎软岩洞段施工期围岩监测变形量大、变形速率较快,变形具有明显的时效性;围岩完整性差,洞周变形差异大;围岩以剪切破坏为主;围岩时效变形对支护结构受力影响大,部分承载结构受力超限,导致局部结构破坏。可见,针对破碎的软岩隧洞施工,需要采取超前注浆、减少减小施工扰动、及时跟进初期支护、尽快封闭成环,加强施工期围岩变形监测,选取合理的衬砌支护时机,实时指导和优化隧洞支护结构施工设计。
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  单排微型桩加固缓倾长大裂隙土边坡的力学机制

  马鹏杰, 魏凯, 康静伟, 芮瑞, 蔡正乾, 夏荣基

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 178-185. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221312

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  预制混凝土微型桩广泛应用于南水北调工程含长大裂隙膨胀土边坡抢险加固工程,研究其加固力学机制,对膨胀土边坡安全防护具有重要意义。在相似模型试验的基础上,建立含裂隙面边坡滑体及微型单排桩模型;以平行裂隙面方向施加推阻力,开展了相似模型试验及数值模拟。结果表明:微型单排桩加固表现出较好的阻滑效果,将坡体系统的抗滑力维持在较高水平,边坡抵抗破坏的韧性增加,边坡稳定性显著提高。边坡抗滑阻力随桩间距增加而减小,单根微型桩的影响范围有限,随着桩间距的增大,土拱效应逐渐减弱,当桩间距为12倍桩直径时,桩之间的相互作用可以忽略,建议桩间距取8倍桩直径;布置在边坡中部的微型桩加固效果较布置在边坡上1/3位置的微型桩加固效果更好。
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  某高架大跨梁式渡槽抗震及隔震分析

  韩钟骐, 敖选年, 潘鹏, 辜文兰, 王宝顺, 李克献

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 186-193. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221284

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  滇中引水工程场区具有地震频发、设防烈度高的特点,为保证其渡槽设施在地震下的安全性,以滇中引水工程某高架大跨梁式渡槽为研究对象,分析其抗震性能。通过大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了考虑流固耦合作用的单跨渡槽模型,依据场区地质条件选取地震动,对盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座及摩擦摆支座渡槽进行弹塑性动力时程分析。结果表明,隔震支座渡槽的槽身最大位移平均比盆式橡胶支座渡槽降低25.5%,最大墩底弯矩平均降低24.3%,隔震性能良好。盆式橡胶支座比隔震支座渡槽的损伤严重,槽身与槽墩的损伤部位分别为槽底支座处、槽壁变截面处及墩底。空槽工况下,铅芯橡胶支座渡槽的最大位移比满槽增加10.4%,最大墩底弯矩降低21.4%;摩擦摆支座最大位移及墩底最大弯矩分别降低20.9%及32.2%。铅芯橡胶支座的隔震周期受上部质量影响大,而摩擦摆支座的隔震周期与上部质量无关,因此摩擦摆支座更适用于渡槽结构。
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  基于CMIP6的气候变化对南水北调西线工程水源区径流的影响

  樊迪, 曾思栋, 刘欣, 阳林翰, 夏军

  长江科学院院报. 2024, 41(3): 194-202. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230637

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  探讨未来气候变化对南水北调西线工程水源区水文过程的影响对其调水规划及开发利用具有重要意义。利用4种SSPs-RCPs情景下CMIP6中12个全球气候模式的输出结果,驱动DTVGM模型研究21世纪气候变化对西线工程水源区径流的影响。结果表明,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,2021—2100年南水北调西线工程3个水源区气温、降水量、径流量均较基准期呈现不断增加的趋势,增幅随着辐射强度的升高而增大,其中金沙江水源区年径流量及年代际径流量变化较大,对气候变化的响应更为明显。未来各月平均径流也呈现出随年代增加的趋势,但不同月份增幅存在差异,枯水期月径流量相对基准期的变化较小,丰水期增量较大。根据径流与气温、降水相关分析结果,径流量对降水的改变更为敏感,降水量的变化始终对径流具有显著影响,气温对径流量的影响程度随辐射强度的升高而逐渐变大。研究结果可为南水北调西线工程水源区适应气候变化影响及水资源综合管理提供参考依据。