血吸虫病是由日本血吸虫引起的人畜共患寄生虫病,钉螺作为其唯一中间宿主,其分布格局对疫情控制至关重要。基于武汉市2014—2023年春季查螺数据,结合环境因子NDVI、植被适宜性指数(VSI、LST、WIF、TEMP、PREC、SM、DIS),系统分析钉螺栖息地的时空演变特征与环境响应特征,利用XGBoost模型对活螺密度进行预测。结果表明:①2014—2023年间有螺面积与活螺密度整体呈下降趋势;②钉螺主要分布在府河、长江及通顺河沿岸,通顺河流域成为螺类扩张新热点;③水分相关因子(SM、WIF、PREC)与活螺密度呈中等正相关,VSI相较NDVI提供更有效的补充解释,而LST、TEMP、DIS整体相关性较弱,据此构建的精简因子预测模型(SM、WIF、PREC、VSI)在相同评估条件下优于全因子模型;④模型预测高风险区域与历史热点区相吻合,集中分布于府河、通顺河等水系沿岸。建议聚焦高风险区开展灭螺整治和动态监测,防范钉螺扩散与疫情反弹。研究结果可为重点流域的血吸虫病防控提供靶向治理依据,并为水利工程周边的钉螺监测与生态调控提供技术支撑。
针对全流域梯级开发背景下下游水源地水库泥沙淤积规律不清的问题,基于不平衡输沙理论,构建一维全沙河床冲淤数学模型,模拟并对比了滇中引水工程奔子栏水源地低坝与高坝2种方案,分析上游梯级开发前后运行100 a的库区泥沙冲淤响应规律。主要创新性认识如下:①上游梯级拦沙效应显著,使奔子栏水库入库沙量大幅减少、泥沙级配细化,其100 a总淤积量仅为不考虑上游拦沙时的2.85%(低坝方案)与4.27%(高坝方案);②来沙条件的改变促使库区淤积形态由典型的三角洲淤积转变为坝前带状薄层淤积,泥沙更易被输送至坝前并随水流排出,坝前淤积高程与库容损失均大幅降低;③对比表明,高坝方案在长期库容保留、坝前淤积高程控制及泥沙调蓄能力方面更具优势。研究成果揭示了全流域梯级开发对下游关键水源水库泥沙淤积的长期累积性影响,可为工程方案比选与优化运行提供科学依据。
立足于前期相关研究积淀与南水北调中线工程运行实测数据,采用统计分析法、投资乘数、供水效益分摊系数法等方法,对河南省截至2023年的南水北调中线工程经济效益进行评估。结果显示,宏观经济效益方面,河南省南水北调中线工程建设期投资拉动效益达到1 502亿元,运行期供水经济支撑效益达54 935.34亿元;直接供水效益方面,河南省南水北调中线工程城镇供水经济效益累计达1 477.04亿元,南水北调中线工程灌溉供水分摊效益累计达到162.35亿元,南水北调中线工程通水为河南省带来了显著的经济效益。成果可为构建完善的南水北调综合效益评价指标体系、细化评估方法提供技术支撑,同时为促进后续工程高质量发展提供参考。
汾河流域由于区域性缺水及水资源的不合理开采利用,使得水资源承载力面临严重挑战。为了寻求汾河流域水资源的可持续利用途径,以汾河流域多年水资源为研究对象,利用合作博弈组合权重-VIKOR综合评价法对汾河流域历史时期(2013—2023年)的水资源承载力进行评估,采用系统动力模型提出了4种水资源优化利用方案,并对未来时期(2024—2035年)需水量和水资源承载力进行预测。结果表明,汾河流域2013—2023年水资源承载力总体呈现上升趋势,太原市区域于2018年处于较强承载力,晋中市、吕梁市、临汾市和运城市4个区域水资源承载力均处于0.19~0.45之间,属于临界超载和超载状态。现状延续方案供需矛盾突出,属于长期缺水状态,一直处于临界超载状态;水资源节约方案供需差额逐年变小,于2027年达到平衡状态,由临界超载转为较强承载;农业优先方案需、供水量逐年快速增加,于2031年达到平衡,并进入较强承载状态;综合协调发展方案均衡了经济和生态发展,供需差额于2028年达到平衡,水资源承载力快速提升,属于最优方案。以上研究可为流域水资源管理工作提供理论参考。
在全球气候变化和人类活动的双重胁迫下,水资源供需矛盾日益加剧,准确预测区域未来需水量、分析未来区域水资源供需平衡为制定合理的水资源规划策略提供基础理论支持。以南昌市为研究区域,基于多源历史社会经济与气象水文数据,构建耦合共享社会经济路径(SSPs)情景的系统动力学模型,开展南昌市及下辖区县的需水量模拟复演(2000—2023年)与预测(2024—2050年),并从水资源供需平衡的角度分析不同情景下的缺水情况。结果表明:①系统动力学模型能够较好模拟南昌市历史时期的人口、GDP、供水量、需水量等关键变量,其中需水量的平均相对误差为0.55%;②5种不同未来情景下,南昌市需水量均有显著的上升趋势,SSP5情景增速最快,SSP1情景最慢,到2050年,5种情景的总需水量分别为35.74亿、38.30亿、43.61亿、46.82亿、52.18亿m3;③不同情景下,生产需水和生态需水有显著的增加趋势,生活需水除SSP2、SSP3外,其他情景有下降趋势,生产需水占主导地位,所有情景下占总需水比例>84%;④从需水的空间分布看,主城区的需水量最大,超过其他区县需水的总和,SSP1情景下主城区未来平均需水量为20.85亿m3;⑤供需平衡分析显示,南昌市未来时期仅2026年后SSP1情景不存在缺水情况,到2050年SSP5情景缺水量达8.40亿m3。研究成果可为区域水资源优化配置和适应性管理提供科学依据。
平原地区地形平坦、水流方向模糊,导致传统基于数字高程模型(DEM)的河网提取方法存在显著精度局限。针对这一技术难题,提出了一种融合DEM高程扰动增强与水文测站地理信息校正的河网提取方法。首先,通过平原地形识别、高程扰动增强和填洼等预处理优化原始DEM数据;随后,结合水文测站的空间分布信息,对生成的河网进行流向与结构优化。对比试验表明:①高程扰动增强可提升干流和支流识别准确度及河网连续性;②通过测站的引入,能够有效校正河道位置与拓扑结构,且站点数量对河网提取精度影响显著;③与传统方法相比,提出的方法在套合差指标上表现出显著优势,河网提取精度提升明显。研究验证了该方法的有效性和实用价值,为平原地区河网精准提取提供了可靠的技术方案。
某特大型水电站是大型河流下游梯级开发的核心枢纽,研究其运行调度与坝下水位响应机制,对保障下游航运安全与生态保护具有重要意义。基于2023年坝下断面逐小时流量与水位观测数据,采用Morlet小波分析等统计分析方法,系统揭示了电站泄流与坝下水位变幅的时空响应机制。研究表明:①坝下主控断面水位变幅呈现显著时空分异特征,主汛期(7—8月份)受防洪调度与日调节双重驱动,水位日变幅峰值达10.94 m,时变幅峰值达3.92 m,较下游参照断面(常年回水区)高6~19倍;②流量日变幅与水位日变幅呈显著线性正相关(R2=0.833 9),流量年增加1 000 m3/s对应水位平均上涨约2 m;③流量时变幅每800 m3/s波动可引发1 m瞬时水位波动。研究提出通过控制流量变幅≤800 m3/h可将水位波动限制在[-1,1]m阈值内,为梯级水电站协同调度与下游综合风险评估提供基础支撑。
为探明拦污栅、隔流墩、底坎等局部结构对进水口流态及水头损失的影响规律,以某低水头大流量水电站为例,建立了由库区至水轮机蜗壳的取水流道三维水流数学模型,分析了不同机组引用流量以及排沙底孔运行条件下的进水口水力特性。研究发现,由于左右进水孔下部设置排沙底孔,水流从拦污栅底部与进水口底坎之间的进流通道斜向流入进水口,栅前过流面积较大,左右进水孔拦污栅栅前流速分布与中孔不同,最大流速比中孔偏小30%,平均流速偏小26%。排沙底孔运行致其对应孔的栅前过流面积减小,流速分布更加均匀,较排沙底孔不运行平均流速增大了21%。栏污栅横梁、中隔、栅条尾部以及各隔流墩墩头转角处、进口底坎处存在低压、高紊动能区,是进水口水头损失产生的主要区域,其中拦污栅段水头损失约占进水口总水头损失的50%。排沙底孔不运行时,左、中、右孔拦污栅水头损失系数分别为2.1、0.9、1.7;排沙底孔运行后,栅前断面流速分布更加均匀,较排沙底孔运行左孔拦污栅水头损失系数减小43%左右。因此,进水口优化应重点关注进口段及拦污栅段的水头损失控制,尤其是横梁、中隔、栅条尾部及隔流墩墩头转角等局部结构的流线型优化。
长距离重力流输水工程中水锤易致管道振动破裂,严重威胁供水安全。以新疆某地区JK输水工程为研究对象,采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)和特征线法(MOC)构建输水系统水锤防护多目标优化模型,以安全性指标和经济性指标为目标函数对优化模型求解。实例分析表明,基于NSGA-Ⅱ的优化方法可生成一系列Pareto最优方案,既能显著降低最大水锤压力(降幅约13.21%),又能有效控制防护设备规模与成本(空气罐体积减少约28.6%);优化方案C作为最终实施方案:布置7个气囊式空气罐,空气罐体积为5 000 m3,预设压力为1.2H*,连通管内径为600 mm。研究结果对长距离重力流输水系统的水锤防护设计具有理论指导意义与工程参考价值。
土壤石漠化和磷石膏的大量堆积是当前我国西南地区亟待解决的生态环境难题。为此,将磷石膏资源化利用技术与石漠化土壤改良工作相结合进行研究,以期为西南石漠化区域的环境修复和可持续发展提供可行的技术支撑。研究制备4种基于磷石膏与给水污泥改性的水凝胶材料,测定其保水性、磷缓释能力和水土保持能力,分析土壤养分变化和黑麦草生长情况,评估水凝胶材料在土壤改良方面的作用效果。研究结果表明:①磷石膏和给水污泥改性显著提高了水凝胶的保水性能,改性后水凝胶在25 ℃时的释水时间延长了66.67%~88.89%,掺混后土壤30 d失水率从99.73%降至最低81.76%,显著抑制了土壤水分蒸发。②磷石膏和给水污泥改性能实现水凝胶磷缓释,改性后第18天磷累积释放率降低了5.65%~17.90%。③改性后水凝胶的水土保持能力显著提高,DP组减沙率、减流率、持水增量分别达33.96%、58.68%、46.39 g/kg。④加入改性水凝胶养护后,土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量等养分指标最高可提高52.64%、87.88%、1 057.14%、69.03%、84.62%,种植黑麦草的鲜重最高达对照组的4倍,芽长最高增加38.1%,根长最高增加4.1倍。制备的改性水凝胶具备了较好的水分保持、肥料缓释和水土保持特性及土壤改良效果,可为改性水凝胶环保材料在土壤改良方向的应用提供理论支撑。
为探究黑龙江省国家级水土流失重点治理区范围治理序时,选取坡度≥8°坡面面积占比、中度以上土壤侵蚀强度面积占比、沟壑密度和沟壑裂度等指标,采用熵值法计算指标权重并对小流域赋值,通过自然断点法进行治理序时划分。结果表明:各指标基尼系数在0.363~0.720之间,其分级结果在小流域和行政区层面总体呈不均衡状态。亟需、优先和常规治理序时的小流域数量呈“金字塔型”分布,Kruskal-Wallis检验表明不同治理序时小流域面积呈显著差异。亟需治理序时小流域集中分布在低山丘陵区域,其面积占全部1 239个小流域面积的11.35%,其内分布侵蚀沟16 406条,占该区域全部65 279条侵蚀沟的25.13%。穆棱市亟需治理序时小流域数量最多,其内侵蚀沟数量也最多。研究成果可为实施差别化水土流失治理提供参考。
河床覆盖层是一种厚度大、组成结构复杂的不良粗粒土地基,在覆盖层上修建工程需要对其进行加固处理。强夯法是一种快速有效的地基加固技术,目前采用强夯法加固河床覆盖层时,尚缺乏合理的强夯加固效果评价方法,也难以准确获取强夯后覆盖层的工程力学特性指标。依托某具体工程覆盖层强夯加固项目,基于旁压模量当量密度法思路,综合采用原位密度试验、现场旁压试验、室内模型旁压试验、室内单元体力学试验等手段,提出了一种砂砾石覆盖层强夯处理效果综合评价方法,并获取了强夯后覆盖层力学特性指标。试验结果表明,强夯后覆盖层试验Ⅰ区和试验Ⅱ区浅部原位干密度分别较强夯前提升7.8%和5.3%。强夯后,6 m深度以上范围覆盖层的原位密度和旁压模量均有所提高,6 m深度以下范围覆盖层的旁压模量与强夯前接近,强夯主要对覆盖层浅部有加固效果,对于覆盖层深部的加固效果不明显。研究成果可为类似强夯加固工程提供借鉴。
为探索饱和冻结砂岩的压缩起裂行为,对-10 ℃环境下的饱和砂岩开展不同围压下的低温三轴压缩测试,获取不同条件冻结砂岩的峰值强度,同时基于裂缝体积应变拐点确定了冻结砂岩的起裂应力。结果表明:峰值应力与起裂应力均随围压增大而提高,起裂应力为峰值应力的25%~35%;单轴压缩下,轴向应变持续偏移而环向应变趋于平缓,体积应变由压缩转向扩容,宏观呈现为I型张拉劈裂破坏;三轴压缩下,轴向与环向应变均持续偏移且偏移量不同,宏观呈现为剪切破坏。试样内初始微裂缝的长轴与轴向应力呈30°夹角时,尖端应力集中最强,最易萌生张拉翼裂纹,表明微裂缝方位对抗裂强度具有显著的各向异性调控作用;最后基于应力腐蚀机制阐述了冻结砂岩的起裂机制,颗粒与冰晶间黏结应变能累积至临界值后释放的损伤演化过程,剪切微裂纹与张拉微裂纹并行耗散应变能,驱动裂纹起裂与扩展。
高压气体密封技术的可行性和经济性是建设大规模压气储能(CAES)地下储气库的前提。Ⅰ、Ⅱ级岩体中地下储气库密封结构的技术和经济可行性已经得到了证明。为了提升人工内衬岩穴储气库的选址灵活性,采用数值模拟方法,系统分析了围岩等级、衬砌参数(厚度、强度、配筋率)、密封层特性(尺寸、结构、材料)对密封结构力学响应及围岩变形的影响。研究成果表明:Ⅲ级围岩中埋深为200 m级的地下岩穴可以满足储气库的安全稳定性需求,但亟需解决整体式钢衬密封层的环向应力及应变过大的问题;采用分片式或波纹式结构方案可使6 mm厚钢板密封层的环向应力和应变极值降低70%以上,并满足强度设计要求;衬砌配筋率为0.5%以上,可将衬砌最大裂缝宽度控制在2 mm范围内;橡胶密封层在Ⅲ级围岩条件下一般不会发生拉伸破坏,但为了避免陷缝破坏发生,橡胶厚度不应<6 mm。研究成果可为CAES人工内衬储气库建设提供理论支撑。
为探究深部巷道无穷远边界条件近似化处理对计算精度的影响,基于Toupin-Mindlin应变梯度理论,构建了可解析蜕化的深部巷道厚壁筒应变梯度模型,系统分析了半径比k(半径比k为模型外边界半径b与巷道半径a之比,k=b/a)对围岩变形计算精度的影响规律。通过将高阶微分方程转化为一阶常微分方程组,采用Matlab-ODE45求解器结合拟牛顿迭代法,实现了高阶应力与柯西应力边界条件的同步满足;以经典弹性解为基准,验证了该计算方法的可行性。通过对比不同半径比k下应变梯度数值解与经典弹性解析解,量化分析了围岩位移的近似误差。结果表明,当半径比$k\ge 10$,模型计算误差低于10-7量级;基于此规律,进一步提出了模型误差Λ与半径比k的拟合关系式Λ=6.21×10-4 k-3.2065。该研究成果为深部巷道尺度效应数值模拟提供了临界半径比$k\ge 10$的边界设定准则,有效推动了应变梯度理论在岩爆、分区破裂等工程灾害预警中的可靠应用。
输水隧洞衬砌作为薄壁强约束结构,其混凝土在早龄期易因收缩开裂而影响耐久性。传统矿物掺合料的掺入虽可一定程度降低收缩变形,但会延缓早期强度发展,无法有效改善混凝土抗裂性能。引入超细矿粉重构胶凝材料体系,调控胶凝材料的组成与级配,探究其对混凝土工作性能、力学性能和抗裂性能的影响。试验结果表明:相较于对照组(单掺15%粉煤灰,FA15),经过优化后的混凝土(掺入10%超细矿粉和10%粉煤灰,SL210F10)3 d抗压强度提高6.9%,劈裂抗拉强度提高18.0%;干燥收缩7 d后有所下降,开裂风险系数下降9.0%以上;微观机理分析表明,超细矿粉的物理填充作用优化了颗粒堆积,液膜厚度下降6.3%,物理填充作用和火山灰活性共同促进了微观结构致密化,使界面过渡区厚度降低至少20.0%,微观弹性模量提高33.3%以上,抗裂性能显著改善。通过掺入超细矿粉实现了混凝土早期强度和抗裂性能的同步提升,为输水隧洞工程实践提供了理论依据和技术支持。
锈蚀钢筋混凝土黏结强度退化会对结构构件服役性能产生不利影响。传统经验公式预测模型面临计算复杂、精度低等局限性。此外,由于黏结因素众多,模型缺乏物理解释性。基于极端梯度提升算法XGBoost并结合因果推断,提出了一种可解释性的锈蚀钢筋混凝土黏结强度高精度预测模型。通过公开文献中收集的380组试验数据开展模型训练与验证。结果表明,经过超参数优化后的XGBoost模型预测值与试验结果高度一致,表现出优异的泛化能力与稳定性。针对传统机器学习模型存在的黑箱问题,进一步的因果推断分析表明,锈蚀率是影响黏结强度的最关键因素,与黏结强度呈显著负向因果关系;而钢筋直径、水泥用量及细骨料用量等参数则对黏结强度表现出正向影响,其中水泥用量和细骨料用量主要通过影响混凝土抗压强度间接作用于黏结强度,体现出明显的因果传导效应。该模型为锈蚀钢筋混凝土结构损伤程度的精确评估及其物理解释性分析提供了一种新的可行途径。
当前水电站地下厂房施工的通风风机多采用固定频率的“一风吹”模式运行,易在不同工况下造成污染物排除效率不足或能源浪费的问题。为解决该问题,提出基于改进粒子群-径向基函数(IPSO-RBF)预测与模糊比例-积分-微分(PID)的地下厂房施工通风节能调控方法。在风机调控预测层面,利用基于IPSO-RBF算法开发的需风速动态预测智能模型实时依据CO及粉尘浓度提供风机调控方案,该模型引入IPSO算法对传统RBF算法的宽度及权重训练过程进行改进,经实测数据和模拟数据联合训练后在测试集上的MSE、MAE、MAPE值分别为0.25、0.38、2.37%。在风机调控层面,基于模糊PID开发了调控算法,经模拟仿真显示,该算法相较于传统PID算法的超调量下降7%,稳定时间减小37.5%。最后,构建了Web端智能节能馈控平台,对本研究主要方法进行技术集成。依托河南鲁山抽水蓄能电站进行了设备改造及平台部署,测试运行结果显示,在CO及粉尘浓度均于限定时间内降至规范要求值的前提下,风机运行能耗相较于传统方案下降了21.1%。研究结果为水电站地下厂房施工通风作业提供了以高效排污及节能为目标的智能化解决方案。
针对复杂背景下水体提取精度不足和鲁棒性欠佳的问题,提出一种改进型双注意力机制模型DSP-UNet。模型以U-Net为基础,引入条带池化以扩大感受野,并在上下采样连接中融合双注意力机制,同时在空间分支集成SimAM单元,以强化对局部边界特征与全局上下文信息的联合建模能力。基于OpenWUSU512数据集对模型进行训练,并通过多模型对比与模块消融试验进行验证。试验结果表明,DSP-UNet模型在各项指标上皆优于现有主流模型,平均交并化MIoU达0.962,较第二名模型PSP-Net提升2.6%,F1为0.966,表明模型在精确率与召回率之间取得了良好平衡。在Satellite Images of Water Bodies数据集上的进一步测试验证了模型的跨域泛化能力。消融试验结果显示,随着各模块逐步引入,模型在精度持续提升的同时训练时间减少11.5%,验证了模型设计的有效性。研究结果表明,DSP-UNet模型为遥感水体提取提供了一种高精度、强适应性的深度学习方案,具有良好的应用前景与研究价值。
针对我国部分坝址覆盖层深厚、地质条件复杂且适宜就地取材的工程背景,发展安全可靠的新型筑坝技术与环境友好型材料,以提升新建大坝抵御极端灾害的“韧性”,具有重要的工程意义。提出采用结构化胶结技术对传统堆石坝坝面散粒体进行处理,使其形成具有一定强度与整体性的结构化胶结材料。基于50∶1比尺的水槽溢流冲刷模型试验,系统探究了入流量、胶结深度及胶结范围对胶结堆石坝漫顶冲刷演化规律的影响。研究结果表明:与普通堆石坝相比,胶结堆石坝可有效延缓溃坝进程并显著减小峰值溃决流量。当胶结深度为堆石粒径D的2~2.5倍、表面胶结占比达到0.603时,胶结堆石坝在相同入流量条件下,相较于普通堆石坝可将峰值溃决流量降低约5%,峰值流量出现时间延后约230%,溃坝历时延长可达74%。若进一步将坝面胶结占比提高至0.855,甚至可实现漫顶不溃。当胶结深度继续增至(3.5~4)D时,虽无法进一步推迟峰值流量的出现时间,但仍能减小峰值流量并延长溃坝历时;然而,胶结深度超过此范围后,对抗冲缓溃能力的提升已不明显。本研究结果可为大坝的韧性设计及除险加固提供理论依据与技术支撑。
作为堆石混凝土的核心骨架材料,大粒径堆石粒径形态特征直接影响坝体的力学性能,但现阶段针对大粒径堆石形状特征的研究相对较少。为了探究大粒径堆石形状特征,基于多视角三维重构技术,提出适用于工程现场的大粒径堆石重构方法;在此基础上,在YF工程现场完成72块完整堆石重构,对其形态特征进行研究分析以及不同堆石混凝土工程的对比讨论。结果表明:①提出的堆石重构方法能够有效适用于工程现场,实现了大粒径堆石的快速采集重构;②YF工程堆石宏观形态较为饱满,80%以上堆石的磨圆度>0.63,真球度>0.7,但不同粒径堆石的比表面积存在显著差异;③YF与DZ工程的堆石虽然岩性不同、粒径分布不同,但在宏观形状特征与部分形状参数上取得了较好的一致性。研究成果可为同类型工程的堆石选取、评价、性能研究提供基础形态学参考。
堆石混凝土坝面层与坝体采用自密实混凝土(SCC)进行一体化施工可以减少模板用量、提高效率。为探究一体化浇筑过程中柔性网对面层SCC向坝体内流动的阻碍效果,开展了典型坝段的一体化浇筑缩尺模型试验,设计5种不同孔径柔性网,利用空心铁球模拟堆石,研究柔性网阻隔下模型SCC在堆石空隙中的流动距离、堆积高度与入渗坝体体积的变化规律。结果表明:柔性网孔径对模型SCC流动的阻隔效果随着孔径增大而逐渐减弱。柔性网孔径由3 mm增大至8 mm,模型SCC流入坝体内部的距离从88.56 mm增长至273.98 mm,堆积厚度由88.81 mm增至155.21 mm,渗入坝体的体积从65.4 cm3增加至346.0 cm3。选用孔径等于骨料最大粒径的柔性网,可以更有效地限制SCC的流动性;而当柔性网孔径超过骨料最大粒径2倍时,柔性网将失去对SCC的阻隔作用。基于Bingham流体假设,建立了流动距离与渗入坝体体积之间的理论关系模型,由此确定的阻碍系数可以准确、有效反映柔性网对面层SCC流动的阻隔效果。
针对西北寒旱区堆石混凝土坝面防渗层自密实混凝土(SCC)在低温低湿环境下养护条件不利、早龄期力学性能劣化的问题,设置20 ℃-95%RH、10 ℃-75%RH和3 ℃-50%RH典型温湿度组合,开展不同龄期SCC的力学性能与微观结构试验,系统分析低温低湿环境对其宏细观力学性能随龄期的演化规律的影响。结果表明,低温低湿养护削弱SCC早龄期力学性能,且该不利影响随龄期延长难以完全消除。尽管各养护条件下峰值应力和弹性模量均随龄期增长而提高,但低温低湿组性能增长明显受限,28 d时其峰值应力与弹性模量仅为标准养护条件的60.6%和46.3%。低温低湿环境明显延缓水泥水化反应,使混凝土内部孔隙率长期维持较高水平,多害孔比例持续增加,孔隙结构致密化进程明显滞后,大孔与连通孔演化对结构劣化起主导作用。研究成果可为寒冷干燥地区堆石混凝土坝面防渗层SCC的设计与养护提供参考。
堆石混凝土已广泛应用于大坝工程,其在服役期间不可避免地经历反复加卸载作用。针对堆石混凝土材料开展了一系列单轴往复压缩试验,综合考虑自密实混凝土强度等级、堆石率等多个变量,测量了试件的完整应力-应变曲线,重点分析了滞回环形态和刚度退化规律,并与常态混凝土进行对比。结果表明:与常态混凝土相比,堆石混凝土在循环压载下表现出更为缓慢的模量退化;在峰后相同卸荷水平下,堆石混凝土试件的初始卸荷段更长且斜率更高。基于试验数据,对经典混凝土滞回曲线模型进行了改进,提出了更适用于描述堆石混凝土在往复压载下滞回响应特性的曲线模型。研究有助于从细观层面理解堆石骨架自承载特性的影响规律和内在机制,深化对该类复合材料损伤演化过程的认识,可为堆石混凝土大坝在库水涨落和地震等往复荷载作用下的精细化设计与安全评价提供参考。
堆石混凝土(RFC)的宏观力学响应是其细观结构与组分材料本构的综合体现。针对传统细观模拟中低强高流动性自密实混凝土(HSCC)软化段失真,以及岩石因微缺陷导致计算收敛困难与脆性破坏特征难以精准复现等问题,基于单轴压缩试验与数值模拟,利用数字图像相关技术获取应力-应变曲线,标定了RFC组分本构参数。结果表明:对于低强度C15 HSCC,采用Najar能量法表征损伤的准确性优于传统规范方法;通过在混凝土损伤塑性(CDP)模型中引入非弹性应变扩大系数,可有效解决数值模拟中低强HSCC易提前脆断的问题。针对具备刚度却易脆断的岩石,采用耦合剪切损伤演化的Drucker-Prager模型替代常规CDP模型,能更好复现岩石的脆性破坏模式。总体而言,本研究建立的材料本构可准确描述RFC材料失效机制,为后续开展RFC三相细观模拟提供可靠的材料本构参考。
立足国内水利水电工程对绿色高效筑坝技术的发展需求,以遵义地区多座堆石混凝土坝工程实例为依托,结合理论分析、试验监测数据及工程运行情况,研究堆石混凝土坝不分区、不分缝或少分缝的结构型式。结果表明:堆石混凝土具备强度高、抗渗性好、水泥用量少、绝热温升低等优良特性,当坝基地质条件良好、坝体不需要设置沉降缝时,中低坝可采用全断面堆石混凝土且不分缝的结构型式。该结构型式能够简化施工工艺,减少施工干扰,加快施工进度,有利于质量控制。研究成果优化了坝体结构,简化了施工流程,可为堆石混凝土坝应用创新提供借鉴。
为探明不同堆石形态堆石混凝土(RFC)的单轴抗压力学行为演变规律差异,通过系列室内试验研究了块石和卵石对不同龄期(3、7、14、28 d)的RFC及自密实混凝土(SCC)抗压性能的影响机制。研究结果表明:3~28 d内,同龄期 RFC 的立方体抗压强度始终优于SCC,28 d时RFC立方体抗压强度相较于SCC增长29.2%,RFC弹性模量相较于SCC增长87.5%;但28 d龄期RFC的棱柱体抗压强度较SCC降低24.3%,RFC竖向裂缝数量较SCC增加,这来源于棱柱体抗压时SCC对堆石骨架约束作用的弱化,确定了RFC立方体和棱柱体抗压强度换算系数为0.461。棱柱体抗压弹性模量较立方体抗压约高出4%,立方体抗压弹性模量可等效表征棱柱体抗压试件的弹性模量。卵石RFC和块石RFC相比,前者的立方体抗压强度高约1 MPa,而后者的棱柱体抗压强度高约2~3 MPa;但卵石RFC的峰值应变、竖向裂缝数量和耗能显著小于块石RFC,这是由于块石和卵石形态差异导致骨架空间不同。研究可为RFC工程设计和施工质量控制提供重要的理论支撑。
