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2024年, 第41卷, 第5期 
刊出日期:2024-05-01
  

  • 全选
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    封面与目次
  • 长江科学院院报. 2024, 41(5): 0-0.
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  • 专家特约稿
  • 陈进
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20240245
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    经过70 a的建设,长江流域控制性水库群基本建成。以三峡水库为核心的梯级水库群联合调度已经开展10 a。在总结控制性水库群在防洪、供水、生态和应急联合调度取得成绩的基础上,分析控制性水库群及与水网工程联合调度面临的问题和挑战,提出了相应的对策建议。研究表明:水库群联合调度因流域防洪调度而启,目前在防洪、抗旱供水、生态环境和应急等公益调度中发挥了重要作用。气候变化及水文中长期预报不确定性是联合调度面临的主要挑战,其次是水库群联合调度与单个水库多目标调度利益协调、定量评价调度效果及合理的补偿等管理问题。加强“四预”是解决气候变化和人类活动不确定性的主要对策。水库群与水网工程联合调度可以更广泛地发挥水利工程水安全保障作用。建立科学合理的水工程群联合调度体制和机制是解决联合调度管理问题的有效措施。
  • 河湖保护与治理
  • 张春晋, 郭淑君, 张敏, 姚文艺, 张晓华
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 8-17. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221674
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    黄河下游游荡性河段素以调整速度快与幅度大著称,河道心滩复杂多变,探究心滩形态特征与水沙过程之间的响应关系对于解析下游游荡性河段的河床演变机制具有重要的意义。围绕黄河下游铁谢至高村游荡性河段的心滩面积与数量等形态特征指标,结合下游水沙及冲淤特性,采用遥感影像和数值模拟相结合的研究方法厘清游荡性河段水沙过程与心滩面积及数量之间的响应关系,揭示水沙变化对心滩形态特征的影响机制。结果表明:自小浪底水库运用以来,下游河道发生剧烈冲刷,游荡性河段累计冲刷量15.37亿m3,占下游累计冲刷量的68%;在小浪底水库运用以前,游荡性河段的心滩面积与数量年际变化剧烈,存在着明显的增长与降低变化过程,而小浪底水库运用以后,该河段的心滩面积与数量呈现先减小后增大再减小的变化趋势;随着4 a滑动汛期平均流量和4 a滑动汛期平均来沙系数的增加,游荡性河段的心滩面积及数量分别呈现出减小和增大的变化趋势。数值模拟方法不仅可以较好地再现心滩发育及演变过程,还可以定性地表征特定水动力学因素对心滩形态特征塑造的影响,为阐明游荡性河段的心滩演变理论提供了一种新的研究方法。研究成果不仅有助于阐明河流平面形态的调整过程,还可为今后河道整治工程的布局提供理论支撑。
  • 邢志云, 刘惠英, 李佳伟
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 18-25. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221678
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    为深入研究水沙变化对流域生态修复和经济可持续发展的影响,利用Mann-Kendall非参数趋势检验法、Pettitt突变检验法、Spearman秩相关系数法、累积量斜率变化率比较法对赣江上游羊信江流域1964—2020年的降雨量、径流量和输沙量的变化特征及其贡献率进行分析,确定影响流域输沙量变化的主要因素。结果表明:①羊信江流域在1964—2020年年降雨量和年径流量无显著变化,年输沙量呈显著增加趋势;②降雨量、径流量及输沙量年内分配不均,均多集中在汛期(3—6月份);③年降雨量、年径流量均未发生显著突变,年输沙量在1995年发生显著突变(P<0.01);④降雨和人类活动对输沙量增加的贡献率分别为-0.35%、100.35%。以稀土矿开采、脐橙种植、跨河公路修建为主的人类活动是导致羊信江流域水土流失的重要原因。研究成果对流域种植结构调整及矿产资源绿色开放具有重要的指导意义。
  • 水资源
  • 金可, 于江, 张乾柱, 周火明, 万丹, 赵姹, 胡月, 吴颐杭
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 26-34. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221634
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    金沙江下游流域地处干热河谷气候影响区,大气降水对该区域水文循环至关重要。分析了金沙江下游流域降水稳定同位素组成的季节变化特征及其影响因素,结合同位素示踪和HYSPLIT模型探讨了流域大气降水水汽来源。结果表明:金沙江下游流域降水δ2H和δ18O雨季偏负而旱季偏正,气温和降水量对同位素组成影响较大而高程效应不显著;流域大气降水线斜率和截距均低于全球和我国大气降水线,主要受到非平衡蒸发作用影响;流域大气降水水汽来源和昆明地区类似,雨季降水主要受到西南与南亚季风影响,旱季降水潜在来源为西风带或极地大陆气团。研究成果对金沙江下游区域水文循环具有重要指导意义。
  • 钱玉霞, 陈伏龙, 何朝飞, 龙爱华, 孙怀卫, 吕廷波
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 35-44. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221671
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    精准的短期径流预测可为流域内水资源规划、防洪调度及抗旱减灾工作提供重要的科学依据。为减小模型的系统误差,提高径流预测精度,在“分解-集成”模式的基础上提出“分解-校正-集成”框架,构建EEMD-DBN-EnKF、VMD-DBN-EnKF模型。利用集合卡尔曼滤波数据同化算法对偏离实测径流过大的分量校正以降低分解子序列在预测中产生的系统误差,并与未修正的EEMD-DBN、VMD-DBN模型及单一DBN模型进行了对比分析。结果表明:基于模态分解的组合模型较单一模型RMSE减小了至少23%,NSE与R2增加了21%以上;基于径流分量校正的组合模型相较于模态分解的组合模型各评价系数有所提升,其中VMD-DBN-EnKF预测模型误差最小,效果最优,NSE与R2达到0.89以上,其次依次为EEMD-DBN-EnKF>VMD-DBN>EEMD-DBN。综上“分解-校正-集成”模式的预测框架在玛纳斯河流域具有良好的适用性,可为玛纳斯河径流短期预报提供技术支持。
  • 徐慧敏, 何英, 伊力亚斯·吐尔逊, 司涵, 卢潇悦
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 45-50. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221680
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    乌苏市位于天山北坡经济带中部,是天山经济带的核心开发区。由于水资源短缺,乌苏市核心经济开发区的建设受到了阻碍。因此,研究乌苏市水资源的最优可持续发展模式已成为迫切需要解决的问题。基于系统动力学原理,利用Vensim软件,建立乌苏市系统动力学模型,拟定4种不同的发展情景模式,基于乌苏市2010—2020年的有关历史数据,预测了2021—2030年乌苏市水资源承载力的动态变化,从而找到改善乌苏市水资源承载能力的途径。结果表明:现状延续型情景下乌苏市2030年的需水总量达9.83亿m3,超过乌苏市2030年用水总量控制目标,缺水量达2.66亿m3;在现状延续型、协调发展型、经济发展型和节水型4种情景下,乌苏市2025年的水资源供需比分别为0.71、0.80、0.69、0.89,2030年的水资源供需比分别为0.73、0.85、0.68、0.92;乌苏市水资源承载力一直处于供需不平衡的局面,只有协调发展情景下,乌苏市水资源供需比较高且趋向良性发展模式;现状延续型情景下,2022—2030年,乌苏市的水资源承载状态均为临界承载状态,且随着时间的推移,承载状态将逐渐恶化,未来乌苏市的水资源将无法承载起社会经济的发展规模。研究成果可为乌苏市水资源的高效合理利用提供理论依据。
  • 水环境与水生态
  • 朱天依, 王欢, 胥瑞晨
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 51-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221657
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    “水乡客厅”作为长三角区域一体化的重要示范性工程,如何提升其水体透明度,改善水体感官仍然是一个亟待解决的难题。在相关水质监测及悬浮物沉降试验的基础上,分析研究了“水乡客厅”水体透明度的主要影响因素,并构建了其与水体透明度的多元回归方程,基于该方程,构建了水体透明度数值模型。结果显示:相较于圩内河道,圩外河道及湖荡的水体透明度相对较低;研究区域内水体透明度的主要影响因素为悬浮物浓度,其皮尔逊相关系数为-0.48,呈明显负相关关系,次要因素为叶绿素浓度;分圩内河道、圩外河道、湖荡区域分别构建悬浮物沉降系数与悬浮物浓度、水体流速的拟合方程,决定系数R2均>0.8,拟合效果较好;基于上述分析结果所构建的水体透明度数值模型能够较好地描述“水乡客厅”水体透明度的分布规律,可为后续区域水生态修复及富营养化治理提供技术支撑。
  • 方群生, 陈志和
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 59-64. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230003
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    水环境中泥沙颗粒与重金属污染物的微界面作用显著,泥沙颗粒表面形貌特征对污染物的吸附影响较大。通过单一吸附和竞争吸附试验、BET试验,分析了泥沙颗粒吸附铅、铜和镉后,泥沙颗粒孔隙的孔体积和比表面积的结构特征变化,并基于孔隙的孔体积统计方法,定量化铅、铜和镉在泥沙颗粒的竞争和独立吸附点位。结果表明,2~5 nm中孔的孔隙为主要的吸附部位。铅在泥沙颗粒所占据的竞争吸附点位较铜和镉多,为43.69%,铜和镉分别为30.77%、25.54%,铅、铜和镉占据泥沙颗粒的竞争吸附点位能力为铅>铜>镉。研究结果从纳米尺度揭示了吸附量与微观吸附点位的关系,可以为研究竞争吸附点位特征提供新思路。
  • 於孟元, 陈孝兵, 薛敬阳, 赵忠伟, 王晓婷
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 65-71. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230325
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    金沙江下游梯级水电开发导致下游水温沿程变化,对鱼类产卵繁衍和生长发育产生了重要影响。基于下游向家坝、朱沱、宜昌和大通4个水文站2002—2022年表层水温监测数据,对比分析了梯级水电建设期、运行期下游江段水温沿程的变化规律。结果表明:①溪洛渡和向家坝两级水电联合运行期,向家坝水文站多年平均最低水温较天然状态升高约1.4 ℃,最低水温出现时间较天然状态滞后约35 d;②乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝四级水电站联合运行期,向家坝、朱沱、宜昌和大通4个水文站年最低水温分别较溪洛渡和向家坝两级水电站联合运行期升高约2.0、1.1、0.8、0.7 ℃,年最低水温出现时间较天然状态分别滞后约42、29、11、18 d。研究成果可以为金沙江下游梯级水电站水温生态调度和下游水生态保护提供参考依据。
  • 水灾害
  • 楚栋栋, 李梦雨, 车助镁, 元媛, 栾华龙, 张继才
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 72-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221606
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    基于有限体积海洋模型(FVCOM)构建了一个覆盖中国渤海、黄海和东海的高分辨率风暴潮模型,模拟了1509号台风“灿鸿”引发的风暴潮事件,风暴潮水位模拟结果与实测数据吻合良好。基于最佳台风路径集数据集提供的风场和气压数据,建立了中国近海台风最大风速和最低中心气压的线性回归联系,相关系数达到0.96。在此基础上,以可能最大热带气旋参数为基础,构造了多种假想台风路径,计算了杭州湾和舟山海域的可能最大风暴潮增水。结果表明,沿垂直于海岸线方向登陆的台风在杭州湾和舟山海域引起的风暴潮增水极值最高。杭州湾湾顶可能最大风暴潮水位达8.76 m,舟山海域可能最大风暴潮水位达2.62 m。结果可为杭州湾和舟山海域海洋工程的风险评估和防灾减灾提供参考。
  • 农业水利
  • 张小艳, 张芮, 魏鹏程, 王建旺, 马永保, 张真荣, 温文, 孙凯悦, 焦兆祥
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 79-86. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221477
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    为了揭示不同覆膜模式下调亏灌溉对土壤温度、玉米生长和产量的影响效应,于2021年在兰州市永登县试验站基地开展玉米覆膜与调亏灌溉试验,设计覆盖普通白色地膜(M1)、黑色地布(M2)、生物降解膜(M3)、液态地膜(M4)4种覆膜模式,设置充分灌溉(D1)和轻度水分胁迫(D2)2种补充灌溉制度,共8个处理。以普通白色地膜覆盖结合充分灌溉(D1M1)为对照,分析各处理对土壤温度、玉米生长和产量的影响。结果表明:普通白色地膜(M1)增温效果最好,液态地膜(M4)增温效果最差;相同覆膜模式下,不同水分胁迫处理间土壤温度差异不显著。不同覆膜模式对玉米生长和产量等影响有所不同,轻度水分胁迫对玉米产量影响不显著,覆膜模式和水膜交互作用对玉米产量影响极显著(P<0.01),表现为覆膜模式的影响大于水膜交互作用的影响。D2M1(白色地膜覆盖结合轻度水分胁迫)处理产量最高,为19 761.32 kg/hm2,显著高于其他处理。D1M3(生物降解膜覆盖结合充分供水)处理产量稍高于对照,考虑环境友好因素D1M3种植模式有利于灌区可持续发展。
  • 水力学
  • 曹向楠, 姚仕明, 丁兵, 范达福
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 87-94. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221571
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    为了探求船舶对于明渠水流运动的影响,利用水位测针和粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)系统分别测量了明渠水流中不同吃水工况下船舶前、后的沿程水深及流场,分析了位于船舶中间纵剖面上的流速分布特征。结果表明:①相较于无船工况,船前水深略有增加,船后水深略有减少;且船舶对水深的影响程度随着吃水深度的增加而增加,有船与无船水深的比值最大为1.071,最小为0.951;②船舶中间纵剖面上纵向垂线流速分布从船头前“J”型向船舶底部的“⊃”型转变,流经船尾后逐渐恢复为“J”型,且在船头附近形成下潜水流、船尾附近形成上升水流;③在船舶吃水深度为0.6h时,纵向(沿水流方向)与垂向(沿水深方向)上都出现各个工况下的最大流速,纵向流速最大值达到无船时平均纵向流速的2.11倍,位于船头附近(x/l=-2/5);下潜水流流速最大值达到无船时平均纵向流速的71%,位于船头附近(x/l=-0.5);上升水流流速最大值达到无船时平均纵向流速的29%,位于船尾附近(x/l=2/3)。
  • 刘伯承, 李广宁, 韩延成, 刘永德, 孙双科
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 95-102. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230017
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    明渠陡槽加墩是一种高效消能工布置方式,在特定条件下具有很高的技术竞争优势,但目前国内相关研究甚少。针对甘肃庆阳小崆峒沟雨水下塬排放工程的明渠陡槽加墩段进行了1∶30大比尺水工模型试验研究,试验发现初步方案沿程水流流态不稳定,存在向外泼溅溢出现象,危及黄土边坡的结构稳定。为此对初步方案进行了优化研究,试验发现,通过缩短消能墩排距,可以显著减小水面波动,使沿程水深分布均匀,流速降低,沿程不再出现水流向外泼溅溢出现象。消能墩排距由H/i缩短至0.5H/i后,在最大设计流量工况下,水面波动减小72.5%,平均流速降低40.1%,总消能率由87.9%提高至94.6%。
  • 岩土工程
  • 宋琨, 仪政, 宋琪
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 103-107. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221737
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    岩体结构控制着岩质斜坡的变形破坏模式,但传统的结构面信息调查方法存在危险性高、难度大的缺陷。为安全、高效地获取斜坡岩体结构信息,利用无人机摄影技术开展高陡岩质斜坡的测量,构建斜坡岩体的3D点云模型,识别结构面的产状、间距、迹长等岩体结构信息。对湖北秭归卡门子湾滑坡区调查验证,斜坡共发育6组优势结构面,平均间距为0.46~1.01 m,平均迹长为0.82~12.57 m;无人机3D点云获取的岩体结构信息精度满足要求,方法高效、可行;获得的岩体结构信息为斜坡岩体结构模型建立和稳定性评价等工作提供了可靠的数据基础。
  • 李永靖, 郑晓明, 田英辉, 王乐, 张春会, 王智超, 岳宏亮
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 108-115. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221631
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    为观测和分析T-bar循环贯入过程中被困空腔对软黏土流动特性的影响,利用Laponite RD、焦磷酸钠和去离子水配制透明黏土,自制由加载设备、CCD相机、激光器和控制系统组成的T-bar循环贯入试验装置,开展T-bar在透明黏土中的循环贯入试验。结果表明:T-bar初次贯入过程中,被困空腔影响土体绕探头的流动,土体不能进入全流动状态;T-bar初次上拔过程中,被困空腔与探头发生脱离,悬浮于探头上方,对土体流动的影响逐渐减弱,T-bar上拔2倍探头直径深度时土体流动不再受被困空腔影响,进入到全流动状态;第2—第10次循环贯入过程中,被困空腔稳定悬浮于土中,不影响土体流动,T-bar贯入1倍探头直径深度时土体流动表现为全流动状态;被困空腔对于T-bar循环贯入测试结果无显著影响,在T-bar初次贯入被困空腔阶段下通过T-bar循环贯入测试软黏土重塑强度是合理的。
  • 方星桦, 阳军生, 黄定著, 詹双桥, 张聪
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 116-123. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221563
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    为了解决目前节理信息识别方法仅适用于局部岩体图像的问题,采用全景展开图像方法,将采集到的局部洞壁围岩图像进行特征点提取、点云模型重建、矫正拼接处理,获得高分辨率的隧道洞壁围岩全景展开图像。通过图像预处理、小尺寸特征图片的smaAt-Unet神经网络识别、小尺寸图片识别结果的融合拼接,对洞壁围岩全景展开图像的节理信息进行了区域粗略分割识别。采用Zhang-Suen算法和8邻域连通域分析方法,从骨架化与骨架线分离、毛刺剔除、骨架线连接方面进行了算法分析计算,完成了节理信息的细化提取。对体积节理数和节理空间产状信息进行了量化分析,最终建立了一种基于全景展开图像的隧道洞壁围岩节理信息识别方法。工程应用结果表明,洞壁围岩全景展开图像识别后,节理面空间方程的平均拟合误差为0.90,说明该识别方法能够较好地识别全景展开图像中的节理信息。另外,洞壁围岩图像采集具有时间短、易操作、灵活性较高的优点,对现场施工影响较小,该识别方法能够较为快速地完成节理信息识别,给现场施工与动态设计提供参考。
  • 陈克政, 黄帅, 胡争, 丁黔, 柳艳杰, 丁琳
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 124-132. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221535
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    为解决松嫩平原碳酸盐渍土对工程的不利影响,且削弱季节冻土区冻融循环对碳酸盐渍土带来的损伤,采用无机材料石灰和粉煤灰对碳酸盐渍土进行改良。研究了不同改良方案下碳酸盐渍土抗剪强度的变化及其抵抗冻融循环的能力;通过熵权-TOPSIS模型对各改良方案进行评价。结果表明:石灰和粉煤灰均会提升碳酸盐渍土的抗剪强度,但是石灰的改良效果远胜于粉煤灰,石灰会使得碳酸盐渍土的应力-应变曲线变成应变软化型;粉煤灰在提升碳酸盐渍土抵抗冻融损伤能力上表现得比较突出;而双掺石灰和粉煤灰明显兼顾了强度和抵抗冻融损伤能力这2个指标;在考虑力学性能、抗冻融能力以及经济等因素时,石灰和粉煤灰的掺量均为12%的方案最优。
  • 彭文明, 夏勇, 张雪东
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 133-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221659
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    砂层地震液化的判别经验一般在10~20 m深度范围内,基于离心振动试验研究30~40 m埋深砂层是否地震液化的问题。用密度较大的钢球堆积体模拟上覆土层,进行埋深15 m和25 m 这2种情况下砂层离心机振动台试验,研究深部12.8 m厚砂层在地震作用下孔隙水压力发展规律并进行液化判别。试验表明,2种埋深条件下砂土超静孔隙水压力比均<1,未发现砂土液化现象。通过对比,砂土中各测点初始孔隙水压力和试验过程中的超静孔隙水压力随着上覆厚度增加而逐渐变大,但超静孔压比随着上覆厚度的增加逐渐减小,表明砂层埋深对抗液化能力提升明显。
  • 刘振洋, 王爱文, 刘晓林
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 139-148. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221608
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    为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。
  • 张恒, 黄俊光, 毕俊伟
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 149-154. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221556
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    为进一步研究增压式真空预压对软土固结效果的影响,分别进行常规真空预压、通气和注气式真空预压固结淤泥质软土的室内模型试验,对比分析了3种处理方式后软土沉降量、含水率、抗剪强度、土颗粒形态、孔隙结构等宏微观特征差异。结果表明:相较于常规真空预压,通气和注气式真空预压土样沉降量分别增大了5.6%和12.3%;土体骨架颗粒大小更加均匀且排列密实,颗粒接触形式由点接触向面接触过渡,孔隙直径和数量也明显减小;增压式真空预压可以显著增大深部土样抗剪强度,使土体强度更加均匀,其中以注气式真空预压加固软土效果最好,土体抗剪强度增大了11.2 kPa。研究成果有助于揭示增压式真空预压对软土固结效果的影响机制。
  • 于金弘, 伍鹤皋, 石长征, 孙海清, 汪碧飞, 李娇娜
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 155-161. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221687
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    埋地钢管在重大引调水工程中应用越发广泛,作为整个工程的生命线,保证其结构安全至关重要。然而,目前埋地钢管的结构计算方法仍然较为粗略,常忽略管道自重荷载。针对此,采用理论分析方法,在Spangler模型理论基础上,构建出考虑管道自重荷载的新计算方法,并与传统计算方法和有限元法结果比较分析。结果表明:新计算方法仅需在原计算公式的分子项上增加管重项,较为简单方便;管道自重对变形增幅的影响基本上不超过20%,对管径大且埋深小的管道,应予以考虑,而对管径<1 m或埋深>4 m的管道,可以忽略;新计算方法与有限元法得出的变形结果规律性较好,一般情况下其计算精度较传统方法更高,并且同样适用于其他类型的埋地柔性管道。
  • 乔栋磊, 李文杰, 安艳军, 梁斌
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 162-170. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221651
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    为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明:隔水岩体最小安全厚度Hmin与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力qw、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对Hmin影响程度由大到小依次为hφELqw,其中hφ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下Hmin变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了Hmin理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。
  • 工程安全与灾害防治
  • 王金水, 陈剑刚, 王喜安, 李向宁, 徐文静
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 171-178. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221624
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    极端降水诱发的泥石流具有规模大、沿程侵蚀严重、淤埋范围大等特点,需要在小流域内修建梯级拦砂坝工程进行调控。在汶川地震影响区域内选取33条典型泥石流沟道进行调查,获取了105座拦砂坝特征参数以及梯级拦砂坝作用下的沟道冲淤形态变化,总结了拦砂坝的类型及判别方式,提出了实体坝与透过性坝的4种坝型组合模式、梯级坝的坝间距下2种回淤模式。进一步分析了梯级坝的特征模式(坝型组合模式、回淤模式)对沟道的冲淤形态(回淤坡降折减系数、冲刷深度相对系数)的影响。结果表明实体坝与透过性坝的组合模式(SO、OS模式)对沟道回淤形态影响明显,两种回淤模式中的互馈式运行模式对淤积形态影响显著,回淤相互不影响的独立运行模式下的冲刷作用更强烈。研究结果可为小流域内梯级坝的坝型选择、坝间距优化提供参考。
  • 覃事河, 段斌, 王海胜, 李美萍, 魏昌利
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 179-186. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221732
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    为掌握大渡河上游金川水电站工程及其所属区域的地质灾害特征及其分布规律,以该电站近坝区及库区近40 km的干流及其支流为研究对象,采用1∶10 000高精度遥感影像解译、无人机航空摄影、工程地质测绘和工程地质剖面测量等多种研究手段,复核了地质灾害类型和数量,研究了地质灾害与地形地貌、地质构造、工程地质岩组、斜坡结构、水文地质条件等孕灾因子的关系。结果表明:研究区内共发育地质灾害38处,地质灾害类型主要为泥石流、崩塌、坍岸、不稳定斜坡及滑坡等,其中泥石流和崩塌最为发育,分别占比28.95%和23.68%;崩塌、滑坡、不稳定斜坡、堆积体、塌岸多发育于<2 600 m高程的大渡河河谷地带;滑坡、不稳定斜坡分布的地形坡度多介于25°~45°之间,崩塌发育坡度一般>50°,堆积体和塌岸发育坡度一般在20°~35°;地质灾害集中在起伏度200~500 m的地区;平面曲率为直线坡最为发育的地质灾害占总数的48.1%,剖面曲率为直线坡最为发育的地质灾害占总数的59.3%;研究区共分8个岩组;地质灾害多发育在距河流100 m范围内。研究成果可为区域性的地质灾害防治工作提供更为科学精确的依据。
  • 水工结构与材料
  • 曹芙波, 黄旭彤, 杨晓刚, 梁卫国, 吴亚轩, 李名远, 苏天, 王晨霞
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 187-194. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221709
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    为探究不同浓度复合盐溶液对再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)抗冻性影响,以复合盐浓度、强度等级和冻融循环次数为变量,对RAC进行冻融循环试验,并分析其表观损伤程度、质量损失率、劈裂抗拉损失率、立方体抗压强度损失率和相对动弹性模量损失率。结果表明:RAC的强度等级越高,抵抗盐冻破坏能力越强;30次盐冻循环后,RAC的质量损失率、抗压强度损失率、劈裂抗拉损失率和相对动弹性模量损失率均随复合盐溶液浓度提高而减小;90次盐冻循环后,RAC的盐冻损伤则随复合盐溶液浓度提高而增大。以复合盐浓度和强度等级为参数建立了指数函数盐冻损伤模型和Weibull分布函数盐冻损伤模型。对比后发现Weibull分布函数盐冻损伤模型衍生的生存函数图和失效率函数图能更直观地反映盐冻损伤程度及损伤效率,且模型与其他学者试验结果均吻合良好。
  • 丁浩珉
    长江科学院院报. 2024, 41(5): 195-202. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221688
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    为了研究循环压缩对不同铁尾矿砂掺量的混凝土疲劳损伤的影响,对铁尾矿砂混凝土开展了拌合物性能和变幅循环压缩试验。结果表明:铁尾矿砂混凝土吸水率均大于普通混凝土且吸水率随掺量增加而增大;铁尾矿砂掺量在40%以内时混凝土流动性较好,且压力泌水率属于可泵送空间;掺有铁尾矿砂的混凝土的循环受压应力-应变曲线由密变疏且变形相对普通混凝土较小;加载变形模量在临近破坏时会突然降低,总输入能和弹性应变能增长速率随着循环受压次数的增加而增大,而耗散能先缓慢增大之后迅速增大。