2024年, 第41卷, 第4期　
刊出日期：2024-04-01

  

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封面与目次
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  第41卷第4期封面与目次

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 0-0.

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研究论文
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  新时期长江流域水资源保护规划及管理工作的思考

  刘兆孝

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20231244

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  组织编制并实施水资源保护规划是国家赋予水行政主管部门的法定职责,也是水利部门履行水资源管理和生态环境保护责任的重要工作。长江流域水资源保护规划经历了从起步、探索、实践与发展到形成完善体系的过程,推进了流域水资源保护与管理科学有序发展。随着国家机构改革部门职能调整和《中华人民共和国长江保护法》出台,为更好地推进和落实新时期长江流域水资源保护规划和管理工作,系统梳理长江流域水资源保护规划发展历程与成效,分析当前流域水资源保护面临的形势与挑战,厘清流域水资源保护工作定位和思路,并据此提出新时期流域水资源保护规划及管理的工作建议,对凝聚流域水资源保护规划共识、建立流域水资源保护规划体系、推进水资源保护高质量发展、助力实现治江现代化具有重要的指导意义。

流域综合管理
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  长江干流江苏段岸线有偿利用机制

  达波, 李益鹏, 黄承庚, 廖迎娣, 侯利军, 陈达

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 8-13. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221501

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  为促进长江岸线资源的合理高效利用,通过调查梳理江苏段长江岸线的管理现状,探索适合江苏段长江岸线保护与利用的综合管理措施。结果表明虽然江苏段长江大保护战略取得了许多成效,但是长江岸线仍然存在综合管理和统一规划不足等问题。因此,建议完善长江岸线综合管理联席会议制度,组建省级长江岸线保护专项组,对长江岸线保护和利用实行统一管理。考虑岸线水域、陆域因素,引入岸线等级系数和岸线利用效率系数,优化岸线资源有偿使用方法,探索长江干流江苏段岸线有偿利用机制,有效促进长江岸线资源的合理利用与开发。
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  长江流域水源涵养服务价值及其空间转移评估

  申梦姝, 刘悦忆, 郑航, 陈进

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 14-22. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221559

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  水源涵养服务价值在不同区域之间的转移是流域上下游之间进行横向生态补偿需要考虑的关键内容。然而,水源涵养服务价值的转移依赖于流域的水文循环路径和河流的水量输送。现有的生态系统服务价值转移量评估方法缺乏对水源涵养服务转移中水文特征的描述,评估结果的合理性有待加强。针对此问题,从转移方向和转移路径2个方面改进断裂点-场强模型,通过引入河流方向系数判断流域上下游以及干支流地区之间的水力联系,在水源涵养服务转移评估中考虑河流的水文特征,并在长江流域应用,提高评估结果的合理性与可用性。结果表明,2020年长江流域水源涵养量为11 538.45亿m³,水源涵养服务的价值量为11 953.83亿元。相比现有模型的评估结果,研究改进的断裂点-场强模型突出了水源涵养服务价值从流域上游向下游转移的特征、增加了转移强度和范围。长江流域水源涵养服务价值的转出量由大到小依次为:四川>江西>湖南>贵州>湖北>安徽>重庆>云南>浙江>青海>陕西>广西>西藏>河南;各省份水源涵养服务价值的转入量由大到小依次为:云南>安徽>湖北>重庆>江苏>湖南>四川>上海>西藏。
河湖保护与治理
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  合理确定排涝泵站规模的感潮河道模型试验研究

  刘中峰, 黄本胜, 刘达, 李明

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 23-28. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221583

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  合理确定泵站规模一直是感潮河道排涝工程设计中的关键问题。通过建立物理模型,在选定的水文边界条件和相应工程运行要求下,对某感潮水系两座涌口泵站规模进行试验研究。试验发现,受限于河涌过流能力,泵站规模存在临界值,超过该值后,即使再进一步增加泵站规模,水位也不会继续下降;泵站抽排对某位置水位的降低效应与泵站和该位置之间的距离密切相关,距离越近,水位降低越明显。基于上述认识,通过试验确定了满足水位管控要求的两座泵站规模的合理组合:距离相对较远的温涌泵站为80 m³/s,较近的金紫涌泵站为130 m³/s。试验方法和主要成果可为工程方案比选及优化提供重要依据,对类似河涌整治工程也具有一定的借鉴意义。
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  复合调理对淤泥机械压滤脱水特性的影响机理分析

  李世汩, 张洋, 夏新星, 陈文峰, 徐扬帆

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 29-36. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221576

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  机械压滤脱水是广泛应用的河湖淤泥脱水工艺,淤泥调理方式是影响机械压滤脱水效率的关键因素之一,采用聚丙烯酰胺(PAM)为代表的絮凝剂调理以及絮凝剂与无机调理剂联用的复合调理是2种典型的淤泥调理措施。复合调理近年来发展迅速,研究絮凝剂单一调理与复合调理对机械脱水效率的影响、探索作用机理,对淤泥机械压滤脱水的工艺优化具有重要意义。以官田湖底泥为试验对象,对比PAM、新型低碱性淤泥改性剂(LAC)的淤泥调理、脱水效果,分析PAM及PAM+LAC复合调理淤泥脱水工艺参数,利用压汞试验与扫描电镜(SEM)揭示复合调理对脱水泥饼结构影响。结果表明,调理药剂的促进作用主要在过滤脱水阶段最显著;LAC具有替代和强化PAM调理效果的作用,改善了泥饼卸料性能;加入LAC有助于维持泥饼骨架结构和增大泥饼孔隙,增加的孔隙以开口孔隙为主。
水资源
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  灌溉变化对华北平原地下水可持续利用的影响

  秦欢欢, 黄丽想, 王健泉

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 37-45. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221475

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  针对华北平原地下水可持续利用问题,利用校准好的分布式水文MIKE SHE模型,考虑灌溉变化对地下水利用的影响,设定3种情景(现状保持型情景MS1、灌溉水量改变情景MS2和灌溉频率改变情景MS3)对华北平原未来20 a地下水利用进行预测。结果表明:①3种情景下华北平原未来20 a地下水水位均呈下降趋势,MS1、MS2和MS3下地下水水位年均降幅分别为0.335~1.648、0.298~1.588和0.303~1.607 m/a,东部沿海和京津地区出现了较严重的地下水降落漏斗问题,灌溉变化对地下水降落漏斗缓解效果并不显著。②灌溉变化在一定程度上能促进华北平原地下水水位和含水层储量恢复,且减少灌溉频率的作用大于降低灌溉水量的作用;相对于MS1, MS2和MS3可使含水层储量在20 a后分别恢复0.06 m和0.12 m。 ③采用灌溉变化无法彻底解决华北平原地下水水位和含水层持续消耗问题,须与其它措施结合,才能从长远角度保证华北平原地下水可持续利用。研究成果可为水资源规划与管理提供科学的依据和建议。
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  叶尔羌河源流区洪水极值事件联合概率分析

  司涵, 何英, 徐慧敏, 卢潇悦

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 46-54. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221523

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  以叶尔羌河流域源区为例,选取塔什库尔干气象站的气温数据和库鲁克栏杆站的洪水资料,基于Copula函数对洪峰流量和1、3、7 d洪水总量的概率分布特征进行分析,结合小波相干分析进一步探讨气候因子变化与洪水极值事件的关系。结果表明:两变量的同现重现期>单变量重现期>两变量的联合重现期,联合重现期和同现重现期随着洪峰流量和洪量的增大而变长,相应洪水极值事件发生概率降低;夏季日平均气温和洪峰流量序列在年代际尺度上具有高相干性,夏季日平均气温先于洪峰流量0.13~0.31周期变化;基于Copula函数建立1957—2010年夏季日平均气温与洪峰之间的二维统计模型,单变量重现期越长,所对应两变量的联合重现期与同现重现期之间相差越大;随着夏季日平均气温的升高,不同重现期洪水发生的可能性均增大。研究成果可对该地区的洪水风险管理和水资源适应性对策提供重要的科学价值和技术支撑。
水环境与水生态
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  小流域面源污染负荷精细化估算与实证研究——以成都市阳化河流域为例

  夏玉超, 袁一斌, 詹琳, 何楚, 夏建新

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 55-61. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221462

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  精准估算沱江支流阳化河小流域面源污染负荷是制定水质达标方案的基础。运用改进的输出系数法估算阳化河流域面源污染负荷总量,并基于当月降雨量占年降雨量的比例对面源污染负荷年输出总量进行月份分配,获得精细化估算数据。结果表明:2020年流域内COD污染最严重,污染负荷总量为6 042.61 t,污染负荷主要分布在转龙镇、竹篙镇、禾丰镇、云龙镇和施家镇;污染物COD、氨氮和总磷主要来源于农村分散生活面源和规模化畜禽养殖;估算得到的面源污染负荷年内月份的分配结果与实测数据比较吻合,平均误差都<10%。研究结果可为流域水环境精细化管理提供数据支持。
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  秦岭北麓地下水水文地球化学演化规律及模式

  袁磊, 马涛, 韩双宝, 李甫成, 吴玺, 李海学

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 62-69. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221476

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  秦岭北麓是黄河重要的水源涵养区,分析其水文地球化学特征及演化模式对于加强秦岭地下水资源的开发与保护、推进关中平原乃至黄河流域生态保护与高质量发展具有重要意义。利用2019—2021年在渭河流域开展水文地质调查所获取的资料,运用数理统计、水文地球化学反向模拟等方法,分析了秦岭至渭河河谷地下水的水文地球化学演化规律及模式。结果表明:由基岩区至细土平原区,地下水水化学类型由HCO₃-Ca型向HCO₃·SO₄-Ca·Na型转变,溶解性固体总量(TDS)浓度由254 mg/L增至889 mg/L,分带性不强;随着地下水流动,水-岩作用主要由碳酸盐岩风化溶滤控制向硅酸盐岩与岩盐风化溶滤控制转变,同时阳离子交换作用增强;¹⁴C测年显示研究区地下水年龄多在2 450 a以内,地下水循环更新快,蒸发浓缩作用不显著;山前洪积扇作为地下水重要的涵养区与径流通道,对于关中平原潜水和承压水水质保障有关键作用,由于洪积扇含水层防污性能差,在地下水开发利用和工农业活动中要加强地下水资源的保护。
水土保持与生态修复
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  砾石作用下松散红壤堆积体坡面产流产沙特征

  芮茂刚, 周彦辰, 陶余铨, 谢淑彦, 薛杨

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 70-77. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230683

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  为了探究松散红壤工程堆积体在不同降雨条件下的径流产沙特性,基于野外调查统计结果构建堆积体试验槽模型,通过模拟降雨试验研究不同降雨强度下纯土和20%砾石含量堆积体的径流产沙的差异。结果表明:①砾石作用延缓堆积体坡面径流发生时间的平均滞后效益为299.56%;2种堆积体径流率随产流历时呈递增变化,随降雨强度增大,平均径流率递增34.48%~244.83%,土石混合堆积体平均径流率相较于纯土减少6.54%~45.83%,平均流速减少13.76%~30.54%。②降雨强度≤1.5 mm/min时堆积体侵蚀速率随产流历时总体缓慢递增或趋于稳定,土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土减少80.39%~84.95%;但在强降雨条件下(2.0 mm/min)纯土堆积体侵蚀速率呈快速增大后递减变化,土石混合堆积体侵蚀速率波动递增,且土石混合堆积体平均侵蚀速率比纯土增大20.04%。③降雨强度和砾石均会改变堆积体坡面径流产沙和流速,差异显著(P＜0.05)且呈“水大沙多”的特点。研究结果可为堆积体水土流失防治措施布设提供指导,为建立工程堆积体土壤侵蚀预测模型提供基础数据。
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  基于气候变化情景的汉江流域景观生态风险变化模拟

  吴启亮, 郑航, 刘悦忆, 陈进

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 78-88. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221560

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  景观生态风险评估是识别生态系统脆弱地区并进行重点治理的必要手段。现有方法多采用土地利用变化数据进行生态风险分析,在多因素综合评估方面尚有欠缺,尤其是难以将气候变化和社会经济发展相结合预测气候变化情景下景观生态风险演变。针对此问题,耦合传统景观生态风险评估模型与深度学习模型,构建多因素影响下生态景观风险的预测模型,并模拟汉江流域景观生态风险变化。结果表明:①起点期(2000—2015年)情景下,汉江流域较高生态风险等级主要连片集中在丹江口下游地区;②SSP370和SSP585情景下均主要以较高生态风险等级为主,比较连片集中分布在丹江口以下区域;③SSP370和SSP585情景下汉江流域内高生态风险等级面积在2042年显著增加,其中SSP370情景下的高生态风险等级的面积平均每10 a增加14.58%。研究提出的多因素景观生态风险预测方法可为气候变化条件下流域的生态风险评估和相关生态补偿政策的制定提供借鉴。
水力学
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  一种新型双曲弧面海堤护坡结构的防浪消能效果

  周晔凯, 秦鹏, 李杰成, 匡义, 田蕾, 吴仕琪, 徐欣悦

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 89-94. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221444

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  研发新型海堤护坡结构对守护人民生命安全、提高海堤工程稳定性具有重要意义。针对钱塘江河口潮流强劲,而传统海堤护面光滑,难以对强大冲击浪进行有效缓冲的工程问题,设计研发了一种具有双曲弧面结构的海堤护坡结构,采用室内水力试验和数值模拟等手段对其防浪效果、压强分布特征进行分析。研究结果表明,新型海堤护面结构通过有效引导、改变冲击浪的流向及流态,既能起到较好的消能作用,又能增强钱塘江大潮的观景效果,为复杂水流条件下海堤护坡结构设计提供了新的工程思路。
岩土工程
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  节理岩体单轴瞬态卸荷动态响应机理

  李新平, 王良军, 宋凯文, 王梓, 黄俊红, 刘婷婷

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 95-103. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230793

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  为了研究深部节理岩体开挖瞬态卸荷力学响应及变形损伤规律,通过理论分析、室内试验、数值分析等技术手段,深入研究了深部节理岩体开挖中的瞬态卸荷力学机理及动力响应,探讨了瞬态卸荷和节理的相互作用机制,建立了可描述现场原位试验的数值模型。结果表明:在单轴瞬态卸荷的第1阶段中,岩体内不会产生拉应力,而在第2阶段中,反射拉伸应力波将动能完全转化为弹性势能,导致岩体内产生拉应力;当有节理存在时,卸载波会在节理处产生透反射现象,导致节理张开量与节理刚度呈负相关;在节理岩体的单轴瞬态卸荷第2阶段中,反射拉伸应力波传递至节理时,会导致节理大幅度张开,诱发岩体的位移突变现象。研究结果对于深入了解单轴瞬态卸荷作用下岩体的力学响应机制具有重要意义,为开展深部岩体瞬态卸荷研究提供了重要的参考依据。
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  棕榈纤维加筋黏土的强度试验与本构模型

  胡其志, 胡建雯, 马强, 陶高梁

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 104-110. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221572

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  棕榈树在我国南方广泛种植,剥皮所得棕榈纤维具有一定的抗拉强度和较好的耐久性,近年来利用棕榈纤维加筋黏土在岩土工程中逐渐得到应用。为了研究棕榈纤维加筋黏土单轴应力状态下的力学性能、破坏形式及本构关系,选取长度分别为6、12、18 mm的棕榈纤维,按照纤维含量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%掺入黏土中,开展棕榈纤维加筋黏土的无侧限抗压强度试验。结果表明:黏土中掺加棕榈纤维后强度增加明显,在12 mm的筋材长度和0.8%的纤维含量组合下加筋效果最优,与素土相比,加筋后强度提高27%;加筋后的黏土破坏韧性好,残余强度高,并且破坏的过程比较缓慢,其原因为纤维在土体中形成了三维土网结构,限制了土颗粒的滑移,增强土体整体性,从而使得土体具有较好的延性;引入混凝土单轴受压应力-应变模型,分析棕榈纤维加筋黏土的无侧限抗压强度试验,将试验数据与模型曲线进行拟合,发现模型结果与试验结果具有良好的一致性。研究成果对棕榈纤维加筋土在岩土工程中的应用具有重要借鉴作用。
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  黄原胶-粉煤灰联合处理酸污染土试验研究

  倪静, 韩晓婷, 贺青青, 耿雪玉

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 111-118. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221529

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  绿色环保型生物聚合物黄原胶应用于岩土工程,可提高土体强度及抗风蚀、水蚀能力。鉴于黄原胶分子中的丙酮酸基团和糖苷键在酸性土壤条件下易水解,导致凝胶黏性减小、固土效果减弱,拟采用碱性材料粉煤灰协同黄原胶固化酸污染土,并开展液塑限、击实及无侧限抗压强度试验。结果表明:粉煤灰有助于提高固化土的塑限、最优含水率及最大干密度。酸性土壤条件下,粉煤灰能明显改善黄原胶固土效果,联合法固化酸污染土强度甚至超过联合法固化未污染土。另外,粉煤灰可提高土壤的pH值,缓解黄原胶水解,使其发挥增黏及胶结土颗粒的作用。基于试验结果,建议采用联合法固化酸污染土(FA=9%,XG=3%),可比酸污染上海黏土强度提高310%;在未污染土中采用黄原胶即可(XG=4%),可比未污染天然上海黏土强度提高90%。研究成果有助于绿色环保型生物聚合物的推广与应用。
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  高围压状态下堆石料湿化变形特性

  左永振, 张贵科, 孙向军, 潘家军, 周跃峰

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 119-123. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221568

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  堆石料是土石坝的主要填筑材料,其湿化变形特性对土石坝蓄水期变形有显著影响。对两河口水电站的2种筑坝堆石料,采用单线法分别开展围压为0.5、1.0、2.0、3.0 MPa的大型三轴湿化变形试验。结果表明:随着应力水平和围压增加,堆石料轴向湿化变形和体积湿化变形都显著增大,与中低围压下的湿化变形规律相近。高围压下的各向等压湿化变形,堆石料体积湿化应变与围压在双对数坐标中仍服从直线关系,轴向湿化应变与围压不再满足直线关系。高围压下的偏压湿化变形,堆石料体积湿化应变与轴向湿化应变之比一般在0~2范围内,与围压呈现近似水平发展趋势,随应力水平的增加而逐渐降低。采用六参数湿化模型,仍能准确表达轴向湿化变形、体积湿化变形随应力水平、围压的变形规律。
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  非饱和重塑弱膨胀土微观孔结构特征与水力迂曲度研究

  蔺文博, 宁贵霞, 马丽娜, 丁小刚, 张扬, 罗伟

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 124-130. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221440

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  为得到不同干密度重塑弱膨胀土孔隙分布变化规律,用压样机制备干密度分别为1.40、1.50、1.60、1.70、1.80 g/cm³的试样,利用压汞试验分别对不同干密度试样孔隙结构和孔隙分布特征进行分析,基于压汞试验与土体的饱和渗透试验计算分析试样水力迂曲度。结果表明:不同干密度试样进、退汞过程呈现较一致的规律,进、退汞路径不同及瓶颈孔的存在使得汞残留在试样中;随着干密度增大,试样中孔隙的变化主要是大孔径孔隙体积和数量的减少;干密度越大,土体的孔隙结构越复杂,平均孔径、孔隙度、总孔隙体积与分形维数呈现负相关关系;根据试验结果计算得到不同干密度试样的饱和渗透系数以及水力迂曲度,发现干密度增大时水力迂曲度增大的实质是孔隙大小结构的改变使流体渗透土体的能力发生改变。
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  基于GeoPIV-RG技术的三轴试样变形精细测量方法验证

  李林, 陈镇旺, 蔡阳, 胡小蝶

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 131-139. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221456

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  三轴试验是研究土体强度与变形特性的重要测试手段,试验过程中需要测量试样的体积和变形。提出了一个基于GeoPIV-RG技术的方法,融合多光学介质摄影测量技术实时测量三轴试样的全局变形。该方法通过系统设置、照片拍摄、多相机摄影测量分析、GeoPIV-RG二维点云生成、三维点云生成、点云拼接、端部截断、位移与应变场计算等步骤实现三轴试样体积与全局变形的实时、精细测量。为验证该测量方法的可行性与精度,开展了一个钢柱和多个土样在不同条件下的三轴试验。钢柱试验结果表明所提出的方法能实现试样整体体积的精确测量(误差为0.36%);粉土试验结果表明该方法可实现试样全局变形的精细、高效量测。GeoPIV-RG技术的引入实现了三轴试样表面不同密度点云的高效提取,有效弥补了多光学介质摄影测量方法的不足;同时,多光学介质摄影测量技术将GeoPIV-RG技术的应用从二维、单光学介质推广到了三维、多光学介质。所提出的方法为研究土体在三轴试验过程中的变形特性提供了一个高效、可靠的工具。
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  利用简化曲线交会法初步确定HDPE土工膜厚度

  薛霞, 汪万升, 李旺林, 王波雷, 卢岳

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 140-148. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221361

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  采用曲线交会法确定平原水库库盘土工膜厚度时,存在材料特性曲线难获得、需多次读图取数、重复试验次数多、可选择性小等不便之处。为此,基于曲线交会法的基本原理和材料弹性阶段的线弹性与双曲线应力-应变本构关系,推导了初步确定高密度聚乙烯(HDPE)土工膜厚度的简化曲线交会法(包括简化线弹性法和简化双曲线法),并对新疆某平原水库HDPE土工膜厚度的选取进行了计算分析。结果表明:①与曲线交会法相比,简化曲线交会法计算误差较小,拉应力安全系数误差平均约为2.22％,应变安全系数误差平均约为-4.24％,说明该方法较为准确合理;②当其他条件相同时,正方形孔隙拉应力安全系数最低,以其为该工程安全运用的判断基准;③对同一孔隙条件,安全系数随土工膜厚度增加而增加,且呈近似线性关系;④通过计算得到满足安全系数要求的HDPE土工膜厚度范围为≥0.5 mm。简化曲线交会法有助于土工膜厚度确定时的便捷计算,可以满足工程设计阶段初步确定HDPE土工膜厚度的要求。
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  碎裂岩夹层中大跨度悬索桥隧道锚稳定性分析

  张健, 马建林, 王钦科, 苏伟

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 149-156. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221391

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  隧道锚作为悬索桥的重要受力构件,其稳定性是保证悬索桥安全运行的关键。为探究某大跨度铁路悬索桥隧道锚在碎裂岩夹层中的受荷响应规律,建立精细化数值模型,对隧道锚的稳定性进行综合评估,论证隧道锚在碎裂岩夹层中的适用性和安全性。研究表明:碎裂岩夹层对隧道锚的变形影响显著,隧道锚后锚面及围岩的位移分布曲线呈左高右低的“驼峰状”,锚塞体界面摩阻力在碎裂岩夹层区域产生突变。锚-岩联合体的破坏从碎裂岩夹层中锚塞体拱顶区域开始,逐步向拱腰和拱底扩展,直至锚-岩界面塑性区贯通,其破坏模式为锚-岩接触带的剪切破坏。隧道锚的综合承载力以钢束受拉破坏为控制条件,综合极限承载力为2.3倍设计主缆力。隧道锚在碎裂岩夹层中的稳定性和适应性良好。
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  洛阳龙门综合交通枢纽深大基坑开挖对邻近管线的影响

  高林静, 代均德, 徐泽永, 张杰, 梁斌

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 157-165. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221382

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  以洛阳龙门综合交通枢纽工程为依托,运用Midas-GTS/NX有限元软件与现场监测数据相结合,揭示不同管线埋深、埋距、管径、材质及内支撑架设位置条件下基坑施工对管线变形的影响规律,通过变量归一化分析基坑施工时各因素对管线的影响程度,并对热力管线进行安全性能评价。结果表明:在坑角效应作用下,管线在2个坑角处的受力变形基本吻合,管线中部竖向位移、水平位移和弯矩分别是坑角处的1.36倍、1.14倍和1.19倍;不同影响因素下管线最大位移均发生在管线中部位置,通过变量归一化发现管线竖向位移和水平位移对管线埋距最敏感,相对敏感度分别为0.78和0.60,对管径敏感度最低,敏感度仅为0.12和0.08;对热力管线进行安全性能评估,最大相对转角小于容许值0.1°,强度安全系数达到10.52,评估结果为安全。
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  油页岩单轴压缩声发射演化规律及其破坏前兆特征

  郭鹏飞, 邱洋, 邓仕伟, 朱星宇, 王媛媛

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 166-173. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221457

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  为研究油页岩受载破坏过程中有效前兆特征,利用TP耦合气体逸出试验系统对油页岩开展单轴压缩声发射试验,采集岩样破坏全过程产生的声发射信号,分析岩样变形破坏声发射随时间变化规律,对岩样加载破坏过程中声发射特征方差与自相关系数进行深入分析。试验结果表明:试验过程中有明显声发射现象产生,声发射特征变化与岩样变形破坏过程有着良好的对应关系;通过分析声发射R_A(上升时间/峰值幅度)与A_F(平均频率)特征,岩样在试验过程中以张拉破裂为主,后期剪切破裂逐渐增多;声发射特征在临近峰值强度时快速增大,表现出明显的临界慢化现象,方差与自相关系数的突然增大可以作为岩石破坏的前兆特征,且方差的前兆特征信息的捕捉相较于自相关系数更加容易且更为可靠;将声发射b值与声发射特征参数方差结合分析,可以有效剔除试验过程产生的伪信号,方差斜率快速上升阶段出现的b值突降点,可以确定为岩石破坏前兆特征点。研究成果可为岩土工程灾害预警提供可靠依据。
工程安全与灾害防治
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  土石坝灌浆设计与施工关键技术探讨

  施华堂, 计阳, 肖碧, 钟坤

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 174-180. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230883

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  心墙堆石坝和面板堆石坝等土石坝坝基灌浆受盖重薄、爆破卸荷、岩体软弱等因素影响,灌浆过程中抬动、劈裂和外漏严重,导致升压灌注和质量保证困难,甚至影响水库正常蓄水。针对建基岩体选择、基础灌浆廊道布置、灌浆孔布置、灌浆与检查压力等关键设计问题进行分析,并结合规范规定和工程实践对灌浆方法、外漏处理、阻塞器选择、抬动控制与升压方式等关键施工工艺和参数进行探讨,提出的帷幕灌浆压力与检查压力确定方法、外漏系统封堵+随机封堵、阻塞器选择原则、基于P与Q关系的“固步升压”灌浆控制等,可供同类工程坝基灌浆参考。
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  橡胶坝积气和尾水故障分析及抽排系统设计

  王兴超

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 181-186. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230124

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  充水式橡胶坝在充水后坝袋内顶部常有积气无法彻底排除,塌坝泄洪时坝袋底部常有尾水无法彻底排除。为解决这两项常见故障,在分析故障产生的原因及可能引发的一系列后果的基础上,发明了橡胶坝积气和尾水抽排系统,提出了抽排管路、抽排动力装置和控制系统的概念设计原理和方法。通过典型应用实例验证了该系统能有效排除积气和尾水故障及其引发的一系列问题,保障橡胶坝工程能够以最大高度蓄水,以最大过水断面泄洪,为橡胶坝工程精细化设计及改进传统设计方案提供了创新思路。
水工结构与材料
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  玄武岩-聚乙烯醇纤维对再生混凝土抗冻性能的影响

  司政, 田爽, 皇甫秉辉, 黄灵芝, 杜晓奇, 张飞跃

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 187-193. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221566

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  为了推广再生混凝土在高海拔和北方寒冷地区的应用,对单掺、混掺不同体积掺量玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维的再生混凝土进行质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度损失率3项抗冻性能指标的探究,并用SEM对200次冻融循环后混掺纤维再生混凝土进行细观作用机理分析,最后结合响应面法对混掺纤维掺量进行优选。结果显示:外掺纤维能够提高再生混凝土的抗冻性能,而混掺纤维效果优于单掺纤维;2种纤维在试件内部呈网状分布,协同受力,与基体互相约束,很大程度限制了裂缝的扩展和数量;纤维优化结果显示当聚乙烯醇纤维与玄武岩体积掺量分别为0.170%和0.246%时,再生混凝土的抗冻性能最优。研究成果对玄武岩-聚乙烯醇纤维再生混凝土纤维掺量设计具有一定的借鉴意义。
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  中高强混凝土抗压强度与气孔分布特征关系模型研究

  杨帅, 毛海涛, 刘畅, 王晓菊

  长江科学院院报. 2024, 41(4): 194-202. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221442

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  为探究气孔分布特征与中高强混凝土抗压强度之间的定量关系,采用低场核磁共振成像分析系统与全自动压力试验机开展了不同气孔分布特征下的高强混凝土抗压强度试验。通过对Ryshkewitch半经验公式模型进行验证和改进,建立了中高强混凝土抗压强度与孔结构关系模型。结果表明:混凝土孔隙率会随着砂率和初始含气量的增加而逐渐增加,相比于提高砂率,提高初始含气量更容易得到差异性较大的孔隙率;提高砂率使非毛细孔占比增加了17.2%,毛细孔占比降低了13.0%;提高初始含气量使毛细孔占比增加了12.7%,凝胶孔占比降低了12.6%。基于Ryshkewitch半经验公式改进的模型R²接近于1,P值<0.05,可以更准确地描述孔隙分布特征与抗压强度的定量关系。