举世瞩目的三峡工程已蓄水运行20余年,在长江中下游防洪、区域电力供应、黄金水道通航等方面发挥了重要作用,并拓展实施了水资源调度,开展了生态调度试验,取得了良好的社会经济效益。基于当前长江流域治理与保护面临的实际需求,为支撑长江经济带建设和推动水利高质量发展,需要持续优化工程运行方式。系统总结了三峡工程试验性蓄水以来的综合效益;基于流域水安全保障和经济社会发展的需求,分析了进一步提升三峡工程综合效益的必要性;结合调度运行条件的变化与实践经验的积累,分析了三峡工程综合效益提升的关键路径。研究表明:提升三峡工程综合效益的关键在于优化水库汛期运行控制水位;随着气象水文预报水平的提升和流域水库群联合调度能力的增强,三峡水库汛期运行控制水位具备进一步优化的潜力,围绕兼顾城陵矶防洪补偿调度控制水位、中小洪水减压调度控制水位、汛期动态控制水位等汛期运行控制水位,探讨进一步优化相关汛期运行控制水位的策略,以期为三峡工程的优化调度和综合效益持续提升提供参考。
汤逊湖是我国最大的城中湖,在防洪排涝和生态景观方面发挥着重要作用。随着城市化进程的加速以及人类活动的日益频繁,汤逊湖水质一度恶化、水生态遭到破坏,虽然近年来有所好转,但是水资源、水环境、水生态问题仍然相互交织。急需构建科学全面的湖泊健康状况评价体系,从多维度对汤逊湖健康状况进行动态跟踪评价,并提出科学合理的湖泊保护建议。从水资源、水环境和水生态3方面,基于遥感影像、地面监测、统计公报等多源信息,对2017—2024年汤逊湖健康状况进行了动态评估。结果表明,近年来汤逊湖湖泊健康综合评分总体呈现上升趋势,由2017年的69.27上升至2024年的77.17,湖泊健康状况逐年向好。存在的问题包括汤逊湖主要污染物(总磷)浓度仍然较高、湖泊水质与目标值(Ⅲ类)仍有一定差距、干旱年份枯水期生态水位满足程度较低、湖泊生态景观功能受限。提出了加强汤逊湖水环境综合治理、强化汤逊湖生态水位保障、推进生态景观品质提升等方面对策,为汤逊湖治理保护提供了支撑。
河道护岸是维持河道岸坡稳定的重要手段,四面体透水框架因其良好的扰流减速、促淤护岸和生态性能,受到许多学者的关注。回顾了四面体透水框架水力特性相关成果,通过梳理其结构特征,结合试验与观测数据,分析其减速促淤机理,系统总结架空率、杆件长宽比等参数对流速、紊动强度及雷诺应力的影响规律。研究结果表明,四面体透水框架可使减速率达30%~70%,能有效扰流减速、促淤护岸;四面体透水框架在架空率4.5~5.0、杆件长宽比为16左右时效果最优。此外,四面体透水框架“尖头迎流”布置减速效果要优于“钝头迎流”。在此基础上,分析了目前相关研究中的不足之处,并提出未来研究的方向,旨在为相关河道整治工程提供理论依据与实践参考。
针对南水北调中线工程受水区水资源供需时空失衡与系统韧性不足的问题,研究旨在量化在线调蓄工程的调控效益,并提炼其多情景适应性调度模式。集成全线23座控制性水库,构建南水北调中线工程多水源均衡配置模型,基于2010—2023年长系列水文数据进行模拟,并对比分析2025年、2030年、2035年水平年有无在线调蓄工程的水资源配置方案。研究表明,在线调蓄工程显著提升供水保障与稳定性,优化供水结构:各水平年受水区缺水率均值分别由8.47%、6.36%、6.29%降至7.28%、5.13%、5.13%;缺水率变异系数(Cv)分别下降了5.5%、7.09%、14.94%,供水波动性显著减弱;地下水供水占比分别下降了0.48%、0.67%、1.61%。在线调蓄工程通过“丰蓄、枯补、平调”的优化调度,有效缓解了水资源供需时空失衡,增强了供水系统应对极端水文事件的韧性,为南水北调中线后续工程规划与区域水网建设提供了科学依据和技术支撑。
为探究长江上游流域基流的演变规律,选取流域内的巴塘站、石鼓站、屏山站、朱沱站、高场站、北碚站、武隆站、寸滩站和万县站共9个典型水文站点作为研究对象,采用数字滤波法对1991—2016年逐日径流数据进行基流分割,利用MK检验法分析基流年际变化趋势,并对基流序列划分不同频率年(特枯水年、枯水年、平水年、丰水年),引入基流指数与基流量等指标量化枯水期和丰水期基流特征。结果表明:基流量年内变化呈单峰型分布特征,峰值多出现在7—9月份,谷值多出现在2—4月份;丰水期基流量年际波动幅度较大(极值比范围为1.24~4.44),枯水期波动幅度较小(极值比范围为1.02~1.27);基流指数年内变化呈先降后升的“M”型变化规律,极小值集中于5—7月份,极大值集中在1—3月份;9个站点枯水期基流指数范围为0.51~0.78,表明枯水期地下水对河道径流贡献率超过50%,是河川径流稳定且重要的补给来源。研究结果可为长江上游流域枯水期生态需水保障与水资源调度提供理论支持。
水库系统供调水决策与入库径流、初始蓄水状态之间呈现的单调递增或递减性(正、负相关性)是水库蓄放水决策的基础数学性质,也是水库优化调度理论研究的重点与难点。以两阶段动态决策建模方法为理论基础,构建了适用于一类单水源多受水区域的跨流域供调水水库系统优化决策模型,推求了水库供水、调水决策与系统、成员水库可利用水量之间的一阶导数关系;并以此为基础,设计了一种有利于降低搜索状态维数的改进动态规划优化方法。湖北省鄂北地区水资源配置工程的研究结果表明,相比传统动态规划计算结果,改进后的动态规划方法能够在显著减少计算量的同时保留较高的计算精度,在一定程度上实现了效率与精度较为理想的均衡效果。
为评价向家坝水库水体营养状态及水质时空变化特征,基于2021年3月—2024年2月该水库11个干流监测断面和13个支流监测断面的逐月监测数据,采用综合营养状态指数(TLI(∑))法、系统聚类分析、Mann-Kendall时间序列变化趋势分析及Spearman相关性分析方法,探究其营养状态、水质时空变化规律及主要影响因素。结果表明:①研究期间,向家坝水库干流和支流水体的TLI(∑)总体处于贫营养至中营养水平,干流水体的TLI(∑)及各项水质参数整体优于支流。干流水体的TN和TP浓度受上游来水、支流汇入、城镇点源及沉积物内源释放多重因素协同调控,对降水响应不显著;支流水体中的N、P输入以面源污染为主导,其TN和TP浓度与降水量总体呈正相关关系。②干流上游(XJB07—XJB11)水质显著优于下游(XJB01—XJB06),主要是由于下游接纳更多支流汇入及城镇点源排放,且水流流速降低削弱了稀释自净能力;支流中,位于小汶溪河口的库湾河段的监测断面的TLI(∑)最高,各项水质参数最差。③研究期间向家坝水库干流和支流水体的TLI(∑)和TP、CODMn浓度总体呈下降趋势,SD呈上升趋势,水质总体改善;但Chl-a浓度呈上升趋势,干流下游及部分支流断面TN浓度轻微恶化,主要与光照条件改善及沉积物内源释放促进浮游植物生长有关。④5—9月份,向家坝水库干流水体的TLI(∑)和TN、TP、CODMn浓度升高,SD下降;10月份—次年4月份,蓄水使TN浓度于11月份达峰值,秋冬季沉积物内源释放使表层营养盐回升,Chl-a浓度急剧上升。支流多数监测断面与干流变化趋势一致。综上,鉴于库区下游及库湾沉积物中仍蓄积较多N、P营养盐,内源释放构成潜在威胁,建议后续管理坚持外源削减与内源清理并重,强化流域面源及点源污染管控,科学实施沉积物疏浚,以保障水库水生态安全。
河流是“三水”(水资源-水环境-水生态)的重要载体,对维持区域生态功能、保障饮用水安全等方面至关重要。人类活动可能会严重损害流域,特别是农业密集区的生态完整性,现有水生态健康评价研究常常忽视了“三水”融合中的关键因素和协同机制。以淮北平原农业密集区的车辙沟为例,利用主成分分析和熵权法筛选出7个关键指标,基于水资源-水环境-水生态构建了一个农业密集区的水生态健康评价体系。结果表明,车辙沟流域水系呈现明显湖泊型河道特征,长期氮磷输入导致水体处于轻度富营养化状态,水体交换周期长(110~179 d)、水资源利用效率高(43%)以及浮游植物丰度不高,车辙沟水体水生态健康被划分为中等状态(III级),且夏季的水生态健康程度显著低于其他时段。这可能归因于气象因素和人类活动导致的富营养化和生物多样性减少,最终导致水生态健康程度不高。研究揭示了农业密集区湖泊型河道“水资源高利用率-水环境富营养化-水生态生物群落退化”的链式关联机制,为农业密集区的水生态健康评价和可持续发展提供技术支持。
为提升混联水库群联合防洪能力、降低洪灾损失,协同控制水库最高运行水位与下游控制断面最大过流量,以“防洪系统综合安全度最大”为准则构建混联水库群防洪优化调度模型;提出平滑解策略,耦合差分进化思想、Levy突变策略,构建改进哈里斯鹰优化算法,通过经典多极值测试函数验证其在寻优精度与收敛稳定性方面的优越性。以湘江上游流域的涔天河、双牌、欧阳海、东江四座混联水库群为研究对象,开展联合防洪优化调度,将改进哈里斯鹰算法与传统哈里斯鹰算法优化结果进行对比。结果表明,改进哈里斯鹰优化算法在削峰率、错峰时效和水库水位控制等方面均表现更优,验证了其在水库群防洪优化调度中的优越性与工程适用性。
冰湖溃决洪水是高寒山区极具破坏性的自然灾害。以2025年7月8日西藏吉隆口岸冰湖溃决事件为对象,利用Sentinel-2和近10项水文气象指标,采用Spearman秩相关、Z-score异常检测、时滞交叉相关等方法,识别冰湖溃决的影响因素与灾前异常信号。结果发现:① 冰湖面积与2 m气温(秩相关系数rs=0.55)、总蒸发量(rs=0.58)表现出较强的正相关,与雪当量(rs=-0.35)呈负相关;② 降雨与土壤水分对冰湖面积存在1~2期延迟水量响应,滞后2期相关系数均为0.75(显著性概率P=0.05),气温与总蒸发量表现为即时能量响应;③ 溃决前夕径流与面积呈负相关(rs=-0.57),2 m气温、总蒸发量、土壤水分在溃决前最近一期有效观测(距溃决事件3 d)Z-score绝对值均>1,可作为冰湖溃决短临预警的参考指标。研究实现了数据稀缺区域冰湖溃决的影响因素分析,可为高寒边境区域冰湖灾害应急响应与早期预警提供技术参考。
为探究冰水两相流对桥梁结构的水动力作用,基于流体体积法(VOF方法)追踪自由水面、RNG k-ε湍流模型与拉格朗日离散相模型,组合构建三维湍流数学模型,模拟冰水荷载作用下桥墩区域复杂流场,并利用水槽试验验证其可靠性。系统研究不同流冰密度条件下斜交桥墩前壅水特性与墩周流场随斜交角度的变化规律。结果表明:当斜交角度为55.15°时,墩前壅水高度与近岸、墩间流速同时达到峰值,导致岸线冲刷显著增强,建议工程设计中尽量避免该不利角度;在固定斜交角度下,冰颗粒体积分数增加时,墩前最大壅水长度与高度均呈上升趋势,近岸及墩间流速同步增加,涡量增强,对河岸线的影响加剧;壅水空间分布(长度梯度与高度非均匀性)受墩群绕流产生的相互干扰机制影响,并与水深呈递增关系。因此,在冬季流凌量较大的河流中,设计的桥墩应具备足够导流能力以缓解阻水效应,并优先使墩群轴线与主流方向保持较小的交角。
为探究高密度聚乙烯(HDPE)分叉输水管道中支管参数对干、支管关阀水锤特性的影响,采用物理模型试验,研究干、支管单独运行和联合运行工况下分叉角θ、量纲为一的支管管径D、量纲为一的分叉口位置L及量纲为一的支管长度Ld等支管参数变化对关阀水锤压力的影响规律。结果表明:干、支管联合运行的关阀水锤特性不同于干、支管单独运行,干、支管单独运行时,支管参数变化对干管关阀水锤压力影响较小,支管关阀水锤压力仅随L增大而增大。干、支管联合运行时,干、支管内关阀水锤波发生叠加,其压力峰值分别为单独运行时的1.12~1.73倍和1.27~1.66倍;不同支管参数对水锤叠加的影响各异,θ和Ld变化对沿线水锤压力分布、水锤压力峰值及其发生位置影响较小,D减小则水锤压力峰值减小(D=1.0时干、支管水锤压力峰值最大),L对干、支管水锤压力峰值影响相反:干管水锤压力峰值随L增大而减小,支管则增大。黏弹性儒科夫斯基公式适用于HDPE干、支管单独运行工况的水锤压力计算,应用于干、支管联合运行工况关阀水锤压力计算时计算值小于实测值(相对误差22.83%~87.16%)。可见支管参数对分叉输水管道干、支管联合运行工况的关阀水锤特性影响显著,黏弹性儒科夫斯基公式应用于HDPE分叉输水管道干、支管联合运行工况时需对压力值进行修正。
为了探究岩锚体锚碇变形破坏机理,以西堠门公铁两用特大桥岩锚体锚碇为研究对象,在桥址区按1∶10比例建造4 m×6.2 m×4.84 m(长×宽×高)的岩锚体锚碇实体模型,施加载荷直至模型锚碇失稳破坏。加载过程中观测模型锚碇位移及破裂演进过程,结合数值模拟反演分析,研究超载作用下模型锚碇位移-破裂-整体失稳的变形破坏过程。载荷为1P时(P=3 243.46 kN)位移0.085 mm,后锚板上部岩体局部初始拉裂;超载至7P时位移3.63 mm,后缘拉裂面向地表扩展贯通,两侧侧裂面追踪陡倾节理面拉剪破坏贯通,底滑面受拉剪应力作用沿缓倾角节理开始剪切错动,形成整体失稳破坏的雏形;超载至9P时底滑面拉剪破裂贯通,至11P时模型锚碇整体失稳破坏。超载作用下,模型锚碇变形破坏受拉剪应力状态、岩体拉剪强度、节理产状等多因素影响和控制,概化为初始拉剪破裂阶段(0~1P)、拉剪破裂扩展贯通阶段(1P~7P)、追踪节理拉剪整体滑移失稳破坏阶段(7P~11P)的渐进破坏模式,具有明显的后缘岩体拉裂、侧裂面及底滑面追踪原生节理拉剪破裂的渐进破坏特征。
针对洞庭湖生态修复工程中钻探抽砂工艺引发的沉积层突发性塌陷预测难题,基于自行设计的取砂可视化试验装置,开展了不同级配砂土、取砂深度和水深下的概化物理模型试验,分析砂土变形发展过程,并建立了钻探取砂诱发地表塌陷预测模型,实现钻探取砂引起地表变形宽度和最大塌陷深度的预测。研究结果表明,砂土流动区边界呈现椭圆形,其离心率随特征粒径D90或取砂深度增加而减小,随水深的增加而增大,此外,水深增加还将加快砂土塌陷速度;在Peck沉降曲线与地表塌陷曲线的拟合优度中,当土体损失率低于20%时,拟合优度偏低,呈现离散分布(R2=0.78~0.96)。随着取砂过程的持续,Peck曲线与地表塌陷曲线的拟合优度逐步增加,并在55%左右达到最大(R2=0.98),此后,塌陷曲线逐渐向倒三角形态进行演变,与Peck曲线拟合优度也随之降低;建立的地表塌陷预测模型在塌陷深度<15 cm存在较好的适用性。该研究成果可揭示洞庭湖生态疏浚工程中沉积层塌陷规律并预测塌陷范围,为安全施工与灾害风险提供理论参考。
为解决多点接触状态和颗粒形状对堆石坝颗粒破碎影响机制不明确的问题,对480个不同粒径(d)、纵横比(AR)和加载角度(α)的石膏颗粒开展单轴压缩试验,结合数字图像相关技术(DIC)获取位移场;构建特征数据库,采用网格搜索和5折交叉验证,对比SVM、MLP、RF和XGB的破坏模式分类及强度预测性能。结果表明:①颗粒出现劈裂、压碎和剪切3类破坏,剪切破坏仅发生于3点及以上接触。②极端梯度提升(XGB)模型表现最优:测试集宏平均AUC为0.96,RMSE和MAE分别为0.9 MPa和0.8 MPa;粒径为20 mm,XGB模型预测误差仅为0.06 MPa,优于Hertz理论。研究成果揭示了形状与接触状态对破碎特性具有显著非线性影响,所建模型可为堆石料力学分析与离散元参数确定提供参考。
针对高原偏远无资料地区冰湖水量动态精准监测的难题,提出一种基于立体测绘卫星的水量估算方法。以2025年7月8日西藏吉隆溃决冰湖为例,利用高分七号(GF7)与资源三号(ZY3)立体影像重建湖盆数字表面模型(DSM),并结合2021—2025年哨兵二号影像自动提取多时相湖泊边界,通过边界与地形等高线最优匹配估计水位与蓄水量,同时采用ICESat-2激光测高数据验证地形精度。结果表明,GF7-DSM与ICESat-2之间的平均绝对误差为1.37 m;从湖盆几何形态上看,溃决前冰湖最大面积0.69 km2,最大水深53 m,湖盆底高程5 053.4 m,最大水位5 105.9 m;时序监测显示该冰湖存在明显“冬枯夏涨”现象,2025年7月7日蓄水量达历史极值约982万m3;溃决发生于7月7日12时52分—8日12时56分,24 h内下泄水量约424万m3,洪峰传播路径总长41.2 km、落差3 318 m、平均比降80.5‰,巨大势能转化与强水动力条件是导致灾害的直接原因。研究验证了国产立体测绘卫星在无资料地区冰湖动态水量监测中的有效性,可为高原冰湖溃决预警与灾害防控提供数据支撑。
针对河湖“四乱”基层巡查移动终端资源有限,传统深度学习检测模型参数量大、计算复杂度高难以部署的问题,提出基于YOLOv8n的轻量型遥感目标检测算法FBL-YOLO。该算法通过三级优化实现精度与效率的平衡:主干网络采用 FasterNet单元构建FasterC2f轻量型特征提取模块,颈部网络融合MAFPN与BiFPN优势设计BIMAFPN强化多尺度特征融合能力,检测头引入基于组归一化与共享卷积的LSCD轻量化结构精简参数规模。试验结果显示,FBL-YOLO在河湖“四乱”自建数据集上的参数量Params与浮点计算量FLOPs较基线模型分别降低50%和33.3%,mAP50提升2.8%,FPS达93.8帧/s;在NWPU VHR-10公共数据集上泛化性良好,可满足移动设备实时检测需求。
针对大仓面堆石混凝土浇筑过程中自密实混凝土流动隐蔽、难以观测的问题,采用计算流体力学方法,基于Herschel-Bulkley宾汉姆流体模型表征自密实混凝土的流变特性,开展大仓面浇筑过程的数值模拟研究。基于三维堆石体自由堆积模型提取典型二维截面,构建长10.0 m、高1.5 m、堆石率为55.0%的二维不规则真实堆石模型,系统分析了大仓面浇筑过程中自密实混凝土的流动演化过程、自由液面上升规律及水平推进距离的时空演化特征。结果表明:自密实混凝土在堆石骨架内流动呈现不规则锯齿状形态,局部因倒扣结构、流动分离及壁面摩擦等因素形成瞬时空腔;纵向液面抬升在浇筑点附近表现为上下双向推进特征,远离浇筑点区域呈现自下而上的抬升模式,整体抬升具有显著的空间滞后性,上升速度逐渐减缓;水平流动距离随时间呈非线性衰减,前期快速推进,后期受屈服应力与壁面摩擦影响转为缓慢推进。研究成果可为堆石混凝土坝现场填充程度判断与浇筑点控制提供理论依据。
为推动全固废胶凝材料在自密实混凝土中的应用,对采用全固废胶凝材料制备的高性能自密实混凝土的工作性能、力学性能、耐久性及水化机理进行了全面研究。结果表明:相较于普通硅酸盐水泥自密实混凝土,全固废胶凝材料自密实混凝土的工作性能更优;其早期抗压强度低,但后期强度略高;其氢氧化钙(CH)含量更低,因此其抗硫酸盐侵蚀性能优,但抗碳化性能较差。全固废胶凝材料早期水化速率较慢,累计放热量仅为普通硅酸盐水泥的49.8%,主要水化产物为C-S-H和AFt,二者相互交织形成致密网状结构,进而获得优异的力学性能与抗硫酸盐侵蚀性能。
针对堆石混凝土坝施工进度监控需求,围绕堆石入仓工序提出了一种自卸汽车作业状态智能监测方法。采用改进的YOLO11-Pose模型识别自卸汽车并定位车体前、中、后3个关键点,结合关键点归一化坐标和车体轴向投影速度等时序运动学特征,构建车体运动状态与车斗动作状态的并行判别方法,实现倒车入仓、停车静止、行进出仓及车斗抬升、复原等状态识别。结果表明,模型在关键点定位和目标检测任务上的平均精度指标mAP50-95分别达到0.98和0.75。7 103帧有效时序图像的验证结果显示,该状态判别方法对车辆运动状态和车斗动作状态的识别准确率分别达到90%和96%,联合判别准确率为93%;各类状态对应的F1值分别不低于0.89和0.96。该方法可部署于堆石混凝土坝施工仓面监控场景,有效实现自卸汽车作业状态的自动判别,为堆石入仓工序智能化监测提供技术支撑。
为探讨堆石混凝土(RFC)在寒区冬季低温环境下的浇筑可行性与施工控制要点,在新疆哈密RFC拦砂坝工程开展了现场试验仓浇筑与温升过程的监测研究。研究结果表明:试验仓内20个密实度测点与18个温度测点均被自密实混凝土(SCC)填充埋没且密实度良好,浇筑后1个月内经历3次降雪降温(最低环境气温-11.63 ℃)未发现表面裂缝,验证了RFC在寒区冬季低温环境施工的可行性;SCC自由液面稳定斜率为0.066;仓内高温度梯度主要集中在防渗层或临空面附近,上层覆盖浇筑使中部测点产生二次温升,但浇筑仓内部未出现显著的温度梯度;钢模板内混凝土峰值温度较混凝土模板低9~10 ℃,内嵌保温层的混凝土模板保温效果显著;温度骤降可能会带来表面开裂风险,宜做好保温覆盖和定期检测,避免裂缝的进一步发育。
堆石混凝土(RFC)的抗拉性能是保障坝体抗裂、防渗及长期稳定性的核心指标,其力学特性与破坏规律随龄期显著变化,直接影响工程结构安全与服役寿命。为探究早龄期RFC的劈裂抗拉宏观力学性能及其损伤演化规律,利用声发射技术,对边长为450 mm的RFC立方体试件开展了不同养护龄期(3、7、14、28 d)下的劈裂抗拉试验。结果表明:①不同龄期RFC的荷载-位移曲线变化趋势一致,劈裂抗拉强度随养护龄期的增加而增加,7、14、28 d龄期下劈裂抗拉强度较3 d的增幅为24.44%、137.78%和160%;②不同龄期下RFC表面裂缝主要沿加载方向扩展,断面呈现沿自密实混凝土(SCC)、块石、SCC-块石界面破坏类型,块石破坏的占比分别为0%、10.53%、27.78%和29.41%;③微裂纹扩展和裂纹稳定扩展阶段的累计振铃计数缓慢增长,失稳阶段的振铃计数发生突变,峰值时刻累计振铃计数随龄期增加而递增,RFC破坏所需的能量显著增加,7、14、28 d龄期较3 d龄期所需的能量分别增长60.20%、102.47%和178.05%;④RFC劈裂抗拉破坏以拉伸裂纹为主,声发射事件的分布与RFC表面裂缝分布一致,集中在225±25 mm,此外,幅值>65 dB声发射事件与块石破坏在数量和空间分布上呈现良好的对应关系。
堆石混凝土(RFC)坝层面保留一定露石能够显著增强层面齿颌与抗剪能力,是施工质量管控的重要环节。然而,如何实现层面露石的准确高效识别与合理评价尚待进一步研究。基于此,提出YOLO-SAM的融合算法框架以增强识别精度与效率,引入基于密度的带有噪声的空间聚类算法DBSCAN以增强层面评价结果的可靠性。研究结果表明:①对于现场采集的24张复杂背景干扰下的层面照片,YOLOv26s-DET+SAM2展现出了较高的识别精度,与人工标注的结果平均误差仅为4.36%,优于YOLOv11s-SEG和YOLOv26s-SEG的YOLO分割模型;②根据规范定义与要求,DBSCAN给出了堆石外露区的判别标准,降低了照片采集范围对评价结果的影响;③不同工程9个层面的分析结果显示,基于YOLO-SAM与DBSCAN算法检测评价方法实现了对堆石外露区的稳定准确判别,有效提升了检测评价结果的可靠性与稳定性。研究成果可为RFC坝现场层面露石的快速检测与质量管控提供技术支撑。
聚丙烯纤维可显著提升堆石混凝土坝面层自密实混凝土(SCC)的抗裂性能,优良的工作性是其工程应用前提。采用数字视频方法,研究0%~0.4%不同体积掺量聚丙烯纤维对SCC坍落扩展动态流动行为的影响,分析流动圆度、扩展度时程、速率演化特征。结果表明:聚丙烯纤维显著降低了自密实混凝土的扩展度和流动速度;0.1%掺量下流动均匀性最优;0.2%为临界掺量,超过该掺量后混凝土流动性急剧劣化。SCC扩展度为713~490.5 mm;V型漏斗流动时间为10.6~13.3 s,两者变化趋势与全过程动态流动规律吻合。
堆石(骨)-SCC(胶)界面特性是决定堆石混凝土综合性能的关键,受养护龄期与界面粗糙度影响显著,相关规律不明,制约了对堆石混凝土不同龄期力学性能的认识。考虑两种界面粗糙度制备骨-胶界面二元体试件,开展45°斜剪试验,结合数字图像相关技术研究了骨-胶界面剪切破坏过程随龄期变化规律。结果显示:堆石-SCC二元体的剪切应力、峰值位移和能量损耗均随龄期增加而提高,不同粗糙度二元体在28 d与1 d能量损耗差分别为6.20 J/cm3和8.94 J/cm3,剪切应力差分别为7.12 MPa和9.66 MPa,不同龄期的剪切强度呈线性与指数增长两阶段演化,在线性增长阶段,高粗糙度二元体的增长速率为低粗糙度的1.07倍。2种粗糙度下,龄期效应对剪切强度的影响程度大于界面粗糙度,二元体的断面均以界面脱粘为主,养护龄期<7 d,SCC粘结于凹槽处,随着养护龄期的增加,粘结现象减弱。随着水化程度的增加,裂缝宽度更小、应变带宽度更大,二元体体现出更优的能量耗散能力。研究成果可为堆石混凝土坝浇筑层界面施工质量管挖与早龄期养护优化提供技术支撑。
堆石混凝土坝采用分层浇筑的施工工艺,层间界面通过部分堆石外露以提升抗剪性能,使其剪切力学行为复杂,相关认识仍有待深化。开展了450 mm×450 mm×450 mm(长×宽×高)大型直剪试验,结合数字图像相关(DIC)技术,研究了0.25、0.5、0.75、1.0、1.25 MPa这5个法向应力下层面剪切破坏特征及层间堆石对破坏路径的影响机制。结果表明:随法向应力增大,剪切强度、残余强度及峰值位移分别提高了31.02%~86.63%,70.44%~221.78%和14.95%~69.16%,剪切断面均出现露石破坏减少27.5%,HSCC剥落现象增加50%,破坏路径由沿层面平直扩展转为向试件上、下部延伸分叉;应变局部化带由层面逐渐扩展至试件上半块,扩展方式也由单一方向转变为多条弥散型,且应变局部化带宽度逐渐增加;随法向应力提高,层间露石的楔入效应越强,从而影响层面剪切破坏路径。研究结果揭示了法向应力与露石对RFC层面剪切破坏的调控机理,可为层间界面施工质量控制与稳定性评价提供参考。
由大粒径堆石和自密实混凝土(SCC)构成的堆石混凝土(RFC),其抗拉性能不仅决定了坝体的变形程度,同时也影响了坝体的耐久性。开展边长600 mm的RFC劈裂抗拉试验,并采用多视角三维重建技术构建基于真实堆石形态的三维RFC离散元模型,分析不同应力水平下RFC劈拉破坏细观结构演化规律。结果表明:RFC劈裂抗拉强度为2.06 MPa,存在SCC劈裂、堆石劈裂、堆石剥落3类破坏形态;劈拉破坏过程中不同应力水平下裂纹数量逐步增多,其中,σ100%时界面过渡区(ITZ)裂纹占比达59%(2 408条),为破坏主导裂纹,并且全程破坏为拉伸破坏,拉伸裂纹占比达69%(2 816条);力链呈“局部集中—三维扩展—堆石承载”分阶段演化特征,σ100%时呈椭圆形贯通分布,堆石成为主要承载体;颗粒呈上下端向中部移动并伴随左右偏转的移动轨迹,σ70%时出现分层现象。研究明确了真实堆石形态下RFC劈拉破坏的细观特征与定量演化机制,可为RFC工程抗拉性能数值模拟提供理论参考。
