期刊信息

创刊:1984年

刊期:月刊

主管:水利部长江水利委员会

主办:长江水利委员会长江科

   学院

刊号:ISSN 1001-5485

   CN 42-1171/TV

邮发代号:38-147

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主要栏目

  • 专家特约稿
  • 流域综合管理
  • 河湖保护与治理
  • 水资源
  • 水环境与水生态
  • 水土保持与生态修复
  • 水灾害
  • 农业水利
  • 水力学
  • 岩土工程
  • 工程安全与灾害防治
  • 水工结构与材料
  • 水利信息化
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2019年 36卷 6期
刊出日期 2019-06-01

封面与目次
专家特约稿
水资源与环境
防洪减灾
工程安全与灾害防治
水力学
岩土工程
水工结构与材料
信息技术应用
仪器设备与测试技术
大坝安全监测物联网设备与云平台技术专栏
封面与目次
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封面与目次
2019 Vol. 36 (6): 0-0 [摘要] ( 63 ) [HTML 1KB] [ PDF 11543KB] ( 577 )
专家特约稿
1 苏海东
独立覆盖流形法在水工结构分析中的应用前景
针对水工结构有限元分析中存在的网格剖分困难、计算精度不易控制、成果整理工作量大等问题,采用笔者前期提出的独立覆盖流形法,发展了一系列新的分析技术:基于任意形状、任意连接和任意加密的覆盖网格,在保持结构精确几何外形的条件下进行网格自动剖分,结合计算精度控制和成果自动整理,尝试了无需人工参与的自动计算,并为水工结构工程设计与工程分析的融合打下基础;采用解析解与数值解的联合计算方式,提出了坝踵、裂缝尖端等应力奇异区的求解新思路;基于独立覆盖的梁板壳分析,为精确几何的拱坝分析与体形优化、水工薄壁结构分析开辟了新的路径。将来可在模拟水工结构施工、运行过程及考虑多种非线性的仿真分析中实现自动计算,并借助新方法提供稳定可靠的数值分析成果,以实现水工结构分析的标准化、规范化和自动化。
2019 Vol. 36 (6): 1-8 [摘要] ( 161 ) [HTML 1KB] [ PDF 2901KB] ( 1227 )
水资源与环境
9 黄瑞, 韩龙喜, 张防修
长江溢油事故中数值模型的研究与应用
为分析长江溢油事故中溢油输移扩散特征,在二维潮流模型的基础上,采用油粒子模型理论,建立适合溢油事故模拟的二维数值模型。针对水平扩散方式模拟油膜自身扩展存在的响应速度慢、溢油量未获响应的不足,提出了修正方案。在假定工况下,将模型应用于长江镇江—扬州段溢油事故模拟分析,结果表明模型能较好反映溢油在流场、风场、自身风化以及复杂地形条件影响下的平面迁移特征及溢油自身厚度变化特征,能合理预测溢油迁移对研究区中敏感对象的持续影响。研究方法可为长江溢油事故的应急处置及长江水环境保护提供有力的技术支持。
2019 Vol. 36 (6): 9-13 [摘要] ( 199 ) [HTML 1KB] [ PDF 1650KB] ( 1142 )
14 王灿, 袁婷, 张建利, 喻记新, 徐萌, 刘勇
贵州草海水质时空变化和水体营养状况
为了解和改善草海水质现状,于2017年分季度监测了12个样点的11项水质指标,并分别采用综合营养状态指数法(TLI)和ArcGIS软件对全湖水体进行了营养状况评价和分区,根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)对水质进行了类别划分。研究表明:①除pH值和溶氧(DO)外,其他指标季节差异显著,悬浮物(SPM)在秋季最高,TN,TP浓度在春季最高,CODMn,NH4+-N和Chl.a浓度在夏季最高;TN,TP,NH4+-N和SPM浓度从上游到下游逐渐降低;②草海水体呈中营养-轻度富营养化(45.3≤TLI(∑)≤57.7);根据TLI(∑)值将全湖分为入水口(轻度富营养化)、近县城和入水口(主要为轻度富营养化)、湖中部(中营养-轻度富营养化)、中下游至近出水口(中营养水平)4个区;③草海水质主要为 Ⅱ— Ⅳ类,TN和CODMn是影响水质类别的主要指标。因此,草海水质保护的关键是周边污水排放治理,重点区域是湖区上游和入湖河流。
2019 Vol. 36 (6): 14-19 [摘要] ( 197 ) [HTML 1KB] [ PDF 2047KB] ( 1154 )
20 陈学秋, 瞿思敏, 张雄鹰, 崔彦萍, 陈红雨, 徐时进, 石朋, 王轶凡, 勾建峰
流域初始状态对环境同位素法划分流量的影响
在使用同位素示踪剂划分流量时,流域初始状态会对事件水和事件前水分割产生影响。为研究流域初始状态对环境同位素法划分流量的影响,以和睦桥流域2015—2016年间4场降雨事件为研究对象,根据稳定同位素含量(δ18O)确定其在流域出口断面径流的不同水源组成比例,着重分析流域不同初始流量和前期土壤含水量对流量过程线划分的影响。结果表明:流域出口径流总量中事件前水占优,洪峰流量以事件水为主;流域不同初始状态下同位素分割结果不同,表明该流域存在多种产流机制,流域初始流量与总径流系数及事件水贡献比例呈负相关;前期土壤含水量与事件水贡献比例的影响模式复杂多变,但在前期土壤含水量较高或前期降雨较多的情况下,总径流中事件水贡献比例将降低。
2019 Vol. 36 (6): 20-25 [摘要] ( 148 ) [HTML 1KB] [ PDF 2351KB] ( 1129 )
防洪减灾
26 高玉琴, 张泽宇, 赖丽娟, 刘云苹
参数变化对HEC-HMS模型流域洪水模拟结果的影响
为分析圩院式防洪模式对流域防洪的影响,以秦淮河流域为研究区,构建HEC-HMS水文模拟模型,分析不透水率、允许水深、排涝模数的变化对流域洪峰和洪量模拟结果的影响。研究结果表明:随着流域不透水率从20%增大至70%时,圩垸式防洪模式下流域洪量和洪峰均呈现增大趋势;当圩垸允许水深增大时,圩垸式防洪模式下流域洪量呈递减趋势,而流域洪峰呈递增趋势;随着排涝模数的降低,流域的洪峰和洪量呈递减趋势。研究成果对秦淮河流域及相似流域的HEC-HMS模型洪水模拟及参数设置具有借鉴和指导意义。
2019 Vol. 36 (6): 26-30 [摘要] ( 212 ) [HTML 1KB] [ PDF 1776KB] ( 1123 )
工程安全与灾害防治
31 刘吉, 李天斌
金沙江溪洛渡—白鹤滩段岸坡变形破坏规律
为深入研究金沙江溪洛渡—白鹤滩段库区岸坡变形破坏的形成与分布规律,通过现场调查复核,结合高清航空影像资料解译,确定了库区岸坡结构与地层岩性的分布状况,并统计分析了库区95个变形破坏体的空间展布特征。研究表明:该段库区岸坡变形破坏在薄层—互层状结构岸坡中最发育,在奥陶系上统与志留系(O3+S)等3类地层中较强发育;变形破坏的形态特征遵从幂律规则,水平投影长度等参数与累计频率P之间呈现负指数关系,变形破坏密度和模数的对数值与累计频率P之间呈线性关系;在α=0.05水平下,变形破坏密度在0.038 ~1.184个/km之间,变形破坏模数在(20~4 656)×104 m3/km之间。研究成果可供研究金沙江干流库区岸坡变形破坏的技术人员参考。
2019 Vol. 36 (6): 31-36 [摘要] ( 140 ) [HTML 1KB] [ PDF 2480KB] ( 1093 )
37 罗菲, 任光明, 李惠民, 李源亮
四川省道S216沿线滑坡、崩塌发育规律
四川西部山区公路沿线地质灾害频繁发生,严重威胁着行人行车的安全。为了研究道路沿线地质灾害发育规律,基于ArcGIS平台对四川省道S216木里段沿线带状区域内的滑坡、崩塌的发育规律作了系统的分析。结果表明:研究区内85.38%的地质灾害发育在20°~50°的坡体中;断层、河流以及道路均会影响地质灾害的发育;研究区内70%的滑坡灾害分布在2 000~2 500 m的高程内;崩塌在正北、北东、北西向的坡体中鲜有发育,滑坡在北西向以及正北向坡体中发育较少。研究成果可为区域内道路抢险、线路突发情况改线及灾害分区提供依据。
2019 Vol. 36 (6): 37-41 [摘要] ( 241 ) [HTML 1KB] [ PDF 1834KB] ( 1200 )
水力学
42 余英俊, 胡晓, 石小涛, 柯森繁, 张永年
基于简易PIV的圆柱绕流压力场重构
采用简易粒子成像测速仪(PIV)装置测量入口流速为14.3 cm/s时圆柱绕流的速度场,运用有限容积法和直接积分法重构压力场。对比Fluent模拟速度场结果,分析简易PIV的速度场测量误差;对比Fluent模拟压力场结果,分析基于Fluent模拟速度场以及PIV实测速度场的不同算法重构压力场误差。结果表明:在简易PIV系统中,摄像机采用适合的空间分辨率与时间分辨率能有效减小速度场测量误差。基于Fluent模拟速度场数据,当给定第一边界条件时,有限容积法的压力场重构误差小于直接积分法,均方根误差分别为1.73%,8.99%;基于PIV实测速度场,有限容积法的压力场重构误差大于直接积分法,均方根误差分别为26.58%,12.72%;降低速度场误差与获取准确的边界条件均能有效提高压力场重构精度。通过采用低成本的PIV装置,探究获取流体的瞬态压力场重构方法,降低了PIV中重构压力场的成本。
2019 Vol. 36 (6): 42-48 [摘要] ( 245 ) [HTML 1KB] [ PDF 2192KB] ( 1324 )
岩土工程
49 李玫, 赵娜, 左永振, 谭凡
高埋深条件下尾砂土的动强度特性
为分析随着尾矿坝坝高的增加,处于尾矿库高埋深条件下的尾矿料在地震作用下是否会出现液化现象或发生较大永久变形,选择尾砂土进行高埋深条件下不同围压400,800,1 200 kPa的动强度试验,并进行尾砂土液化影响深度分析。分析成果表明高埋深条件下尾砂土的动应力随围压的增加而增大,随固结应力比的增加而增大,变化规律和小围压下的变化规律基本相同;高围压条件下,围压对液化应力比影响较大,液化应力比随围压的增加而减小,但归一化较差。采用规范的尾矿料地震液化判别方法,在尾砂土较小干密度和低固结应力比条件下,中部尾砂土存在大概率液化可能,随着地震作用应力比随埋深的逐渐折减,底部尾砂土可以不考虑液化问题
2019 Vol. 36 (6): 49-53 [摘要] ( 200 ) [HTML 1KB] [ PDF 2507KB] ( 987 )
54 何志磊, 朱珍德, 阮怀宁, 代碧波
水压力作用下岩石统计损伤本构模型研究
为了探究水压力对岩石损伤的影响,在多孔材料弹性理论框架内,利用有效应力原理,结合连续损伤力学和统计理论把霍克-布朗(Hoek-Brown)准则作为微元体强度破坏准则,建立水压力作用下的岩石统计损伤本构模型;并根据残余强度和峰值强度的关系对损伤变量进行修正,使模型能够更好地反映岩石峰后阶段的软化特征。通过室内试验进行模型验证和参数分析,结果表明:建立的模型能够较好地反映水压作用下岩石的应力-应变关系;随着水压力的增大,模型参数n呈增大趋势,岩石的脆性度增高,参数F0呈减小趋势,岩石的强度降低;峰值点法在确定模型参数时优于曲线拟合法。研究成果对于水压力作用下岩体工程的安全分析有一定的参考价值。
2019 Vol. 36 (6): 54-59 [摘要] ( 207 ) [HTML 1KB] [ PDF 2096KB] ( 1192 )
60 胡之锋, 陈健, 邱岳峰, 李健斌
一种黏土层中深基坑开挖地表沉降预测方法
基坑围护结构水平移动是其周围地表沉降的主要诱因之一。基于不同围护结构水平变形模式,根据线弹性理论相关研究给出了对应的地表沉降计算式。通过该计算式预测的黏土层中地表沉降最大值位置xm与实测数据较为吻合。首先采用该计算式求出地表沉降最大值位置;其次,联合地层损失法,基于假设地表沉降曲线,计算沉降影响范围x0,推导地表沉降曲线包络面积Av;最后,根据地表沉降面积Av与围护结构侧移面积Ah之间的相关性,计算地表沉降最大值δmax,从而实现墙后任意地表位置沉降的计算。通过工程实例,验证了该方法的工程适用性。研究成果为基坑开挖地表沉降预测提供了一套半理论半经验方法。
2019 Vol. 36 (6): 60-67 [摘要] ( 241 ) [HTML 1KB] [ PDF 3701KB] ( 1204 )
68 张志敏, 高文华, 张宗堂
荷载-水化耦合下红层泥岩的变形特性
红层泥岩是一种常见的软岩,广泛分布于我国的西南、西北、华中及华南地区。水对红层泥岩的力学特性影响显著,由于降雨因素的影响,红层泥岩地区的边坡频频爆发崩塌、滑坡等工程事故。为模拟红层泥岩地区经历极端干燥天气后突降暴雨,即红层泥岩在不同荷载水平作用下从干燥状态到饱和状态水化作用的全过程,研究红层泥岩在不同荷载水平作用下遇水水化后的变形和强度特征,设计了一个简单试验装置和试验方案,实现了对红层泥岩在荷载-水化耦合作用下的变形特性研究。试验结果表明:①红层泥岩的水化作用明显,红层泥岩的饱和单轴抗压强度远低于干燥岩样的单轴抗压强度,考虑荷载作用下的干燥红层泥岩水化破坏应力水平又远低于泥岩的饱和强度;②破坏是一个渐变的过程,在某一应力水平作用下岩石的变形经历了一个从缓慢增长到急剧增长的过程,但岩样的破坏具有突然性,泥岩破坏后呈泥状。成果可为红层泥岩地区的工程稳定性研究提供一定的参考。
2019 Vol. 36 (6): 68-72 [摘要] ( 188 ) [HTML 1KB] [ PDF 1785KB] ( 995 )
73 林葎, 罗方悦, 张嘎
水位变动条件下土坡变形累积致损特性
水位变动易引起边坡破坏,造成巨大损失。合理评价水位变动条件下边坡安全性需要阐明其破坏机理,为此进行了水位变动条件下土坡离心模型试验。试验结果表明,水位变动首先在坡体中下部引起局部破坏,该局部滑裂面向上发展至坡顶形成了完整滑裂面。土坡破坏不是瞬时发生的,水位变动过程引起的变形局部化累积是土坡发生破坏的本质原因。水位变动导致土坡变形局部化程度单调增加,此外局部破坏在其附近引起新的变形局部化并在坡体内扩展。水位变动条件下土坡表现出变形局部化累积与破坏过程的显著耦合特性,这是土坡破坏分析方法需要合理反映的。
2019 Vol. 36 (6): 73-76 [摘要] ( 171 ) [HTML 1KB] [ PDF 1936KB] ( 1012 )
77 刘波, 胡卸文, 白凯文, 陈浩栋, 郑智洋
基于界面本构模型的锚杆张拉受力分析
为明确锚杆拉拔过程的受力情况,引入2种考虑残余强度的锚固界面软化本构模型,并分析了模型参数的具体物理意义。从锚杆的荷载位移现场实测数据出发,通过2个工程实例,基于粒子群优化算法反演模型参数,并利用反演得到的界面模型参数,通过荷载传递微分方程进行正分析,对不同张拉荷载下锚固体的轴力以及界面剪应力分布进行预测。预测结果与试验数据吻合良好,证明了引入模型的合理性以及反演方法的可行性。同时分析了锚杆张拉时的受力变化过程,拉拔过程中,锚杆锚固段剪应力分布由一条最大值在张拉端的单调曲线演变为一条单峰曲线且峰值不断向远端传递。研究成果可为锚杆的设计与施工提供一定的参考。
2019 Vol. 36 (6): 77-82 [摘要] ( 183 ) [HTML 1KB] [ PDF 2649KB] ( 1120 )
83 徐军, 任光明, 姚晨辉
某高拱坝坝基开挖卸荷松弛时空效应
水利水电工程中坝基开挖造成的岩体卸荷松弛是影响工程质量和安全的重要问题,查明岩体卸荷松弛的时间规律和空间特征,为加固工程设计方案提供数据依据具有重要意义。在某高拱坝坝基开挖过程中利用声波测井技术对建基面岩体进行大面积长期观测,对声波数据进行统计分析,并结合现场卸荷松弛现象,总结出岩体开挖所引起的岩体在一定时间和空间上的卸荷效应及发育特征。结果表明:岩体的卸荷松弛主要发生在开挖后的前8个月,10~12个月后基本结束;卸荷松弛的速率先快后慢;原岩的岩体结构越完整,卸荷效应越低,反之则越高;松弛带厚度与坡比之间存在一个最优坡比值;岩体的卸荷松弛是由浅入深渐进发展的,浅层岩体卸荷松弛程度明显高于深部岩体,且持续时间更长;结构面和软弱夹层是卸荷松弛的重要部位,影响大型岩块的稳定
2019 Vol. 36 (6): 83-87 [摘要] ( 166 ) [HTML 1KB] [ PDF 1933KB] ( 989 )
88 张旭, 李明宝, 韦娜, 孙振国, 杨忠翰, 田东弘
基于分形理论的饱和土孔隙水压力计算模型
孔隙水压力是一种作用于土体孔隙间的应力,其定量分析对于探究土体的抗剪强度等力学性能有着至关重要的作用。传统的孔隙水压力计算方法忽略土体内部孔隙中流体流动及流量变化对孔隙水压力的影响,导致计算结果偏小。为修正此计算误差,基于孔隙数目-尺寸分形模型,推导出土颗粒材料孔隙度与分形维数之间的演化公式,并结合孔隙水流动方程及压力方程推导出饱和土孔隙水压力与分形维数、孔隙水压缩模量及孔隙间流量变化之间的函数关系。并使用此孔隙水压力计算公式对饱和黏土边坡进行数值分析验证公式准确性及实用性。所得公式可用于饱和土体的有效应力及抗剪强度计算修正,并可应用于饱和土体宏观-微观的多尺度液相-固相耦合渗流分析。
2019 Vol. 36 (6): 88-92 [摘要] ( 688 ) [HTML 1KB] [ PDF 1696KB] ( 1259 )
93 王浪, 丁军浩, 邓辉, 王劲翔, 涂国祥
韧性剪切带和蚀变岩体对坡体卸荷特征影响分析
岸坡异常卸荷是西南深切河谷地区进行大规模水电工程建设过程中常遇到的典型工程问题之一。根据野外详细地质调查,得出研究区坡体卸荷特征,再以是否考虑韧性剪切带和蚀变带为变量建立3个二维离散元模型,模拟河谷5次下切后坡体的变形情况,对比分析韧性剪切带和蚀变带对坡体卸荷特征的影响。研究结果表明:研究区卸荷异常主要与韧性剪切带和蚀变岩体的发育有关;韧性剪切带和蚀变带质软,其软弱基座效应和弱抗风化能力加剧了坡体变形程度,同时构成软硬相间的坡体结构,使得沿缓倾坡外结构面的差异剪切错动更为明显。相关成果可供从事高边坡坡体卸荷研究人员参考。
2019 Vol. 36 (6): 93-98 [摘要] ( 143 ) [HTML 1KB] [ PDF 6591KB] ( 1060 )
99 李正辉, 王世梅, 金来福
粗颗粒对黏性土干缩开裂影响的试验研究
在极端干旱条件下,黏性土失水将会产生裂隙,并会对土的工程性状产生显著影响。自然界中的土通常还含有一些粗颗粒。目前关于粗颗粒对黏性土失水开裂影响的研究很少,特别是有关粗颗粒对黏性土开裂影响的定量描述鲜见报道。为了研究粗颗粒含量对黏性土失水开裂的影响,在黏性土中掺入石英砂颗粒制作含粗颗粒的黏性土样,在自制的可自动实时摄像的恒温恒湿箱中开展失水开裂试验,采用计算机图像处理技术,定量描述了蒸发过程中含粗颗粒黏性土的开裂特征和表面裂隙的几何分维特征,定量分析和讨论了粗颗粒对黏性土开裂的影响机理。结果表明:①在蒸发过程中,黏性土中的粗颗粒会增加水分从下至上的运移距离,并且减小了过水面积,使得土样表面孔隙失水后得不到足够的补充,空气进入土样表面孔隙,提高了土样进气值含水率;②土样开裂含水率只与是否含有粗颗粒有关,与粗颗粒含量关系较小,并且土中粗颗粒能明显提高土的开裂含水率;③土中粗颗粒对裂隙宽度的发展具有阻碍作用,对裂隙长度的发展有促进作用,裂隙面积随粗颗粒含量增加先增加后减小;④土样表面裂隙的分形维数和裂隙率正相关。
2019 Vol. 36 (6): 99-105 [摘要] ( 151 ) [HTML 1KB] [ PDF 3055KB] ( 1021 )
水工结构与材料
106 王占科, 高洪波, 韩小燕, 马鹏
K断裂模型失稳韧度KunIc的解析计算方法
为预估最大荷载Pmax和失稳韧度KunIc,提出一种只需混凝土轴心抗压强度fc即可计算双K断裂模型失稳韧度KunIc的解析计算方法。大量的试验数据表明,临界裂缝扩展量与韧带高度之比Δac/(h-a0)趋于常数。结合这一规律,基于虚拟裂缝的双线性本构关系,根据带切口的三点弯曲梁跨中截面的平衡条件,计算最大荷载Pmax,再将Pmax的计算值代入公式计算双K断裂模型的失稳韧度KunIc。为检验计算精度,将最大荷载Pmax和失稳韧度KunIc的计算值与试验值比较。结果表明:最大骨料粒径dmax≤40 mm的较大尺寸三点弯曲梁试件,最大荷载Pmax及失稳韧度KunIc的计算值与试验值吻合良好。
2019 Vol. 36 (6): 106-109 [摘要] ( 163 ) [HTML 1KB] [ PDF 1997KB] ( 1067 )
110 肖洋, 彭刚, 吴聪, 乔宗耀, 马小亮
循环孔隙水压力作用对混凝土动态抗压特性的影响
为研究混凝土在经历循环孔隙水压力后的力学性能,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪,进行了常规三轴混凝土动静力加载试验,采用Weibull-Lognormal模型和规范推荐的模型对应力-应变全曲线进行拟合对比分析。试验结果表明:经历循环孔隙水压作用后,在准静态和低应变速率下,混凝土强度明显减少,在高应变速率下,混凝土强度增加;较高加载速率对混凝土峰值应变影响较小,随着加载速率的增加,混凝土的峰值应变有增大的趋势;与未经历循环孔隙水压力相比,经历循环孔隙水压力的混凝土弹性模量有所提高,且弹性模量随着循环孔隙水压力的增加总体呈现增大趋势;采用的Weibull-Lognormal模型和规范推荐的模型对混凝土应力-应变全曲线拟合效果较好,在下降段,Weibull-Lognormal模型拟合效果比规范推荐的模型好
2019 Vol. 36 (6): 110-115 [摘要] ( 178 ) [HTML 1KB] [ PDF 1815KB] ( 903 )
116 商桑, 赵春菊, 周宜红, 王放, 赵可欣
溪洛渡拱坝施工期混凝土中期降温速率与通水冷却参数关系的数据挖掘模型
针对现场施工数据冗余对日降温速率与通水参数的关联关系分析产生干扰的问题,建立了中期通水冷却参数关联规则挖掘的模型。首先确定日降温速率的主要影响因素,然后通过该模型从大坝温度历史监测数据中挖掘出定量的关联规则,确定主要调控的参数从而优化调整中期通水冷却措施。结果表明:为达到中期降温阶段日降温速率的要求,通水温度宜控制在(14.6,14.8]℃内,混凝土初始温度宜控制在(17.7,18.5]℃内,通水流量宜控制在(15.0,22.5]L/min内;并应该重点调控通水流量,在设置冷却通水流量的初始值时可将其预先设定在(15.0,22.5] L/min范围内。研究成果对于制定中期冷却通水措施具有指导价值
2019 Vol. 36 (6): 116-120 [摘要] ( 160 ) [HTML 1KB] [ PDF 1445KB] ( 1537 )
121 马俊军, 蔺鹏臻
混凝土箱梁氯离子扩散效应分析与寿命预测的CA模型
为了准确地模拟混凝土箱梁中氯离子的侵蚀过程,预测截面内任意时刻任意位置的氯离子浓度以及结构耐久性使用寿命。基于2D元胞自动机原理建立了混凝土氯离子扩散的元胞自动机模型(CA模型),模型同时考虑了材料和龄期对氯离子扩散效应的影响。以某箱形截面梁为例,根据箱梁中氯离子扩散的元胞自动机模型,编写了MATLAB计算程序,分析了氯离子在截面内的扩散规律,并根据模型对该结构耐久性使用年限进行了预测。研究结果表明:与氯离子浓度解析解和试验值相比,建立的元胞自动机模型能够有效地模拟混凝土箱梁氯离子扩散过程,且计算精度较高;根据截面倒角形式的不同,氯离子呈现出不同的扩散规律,不同位置氯离子浓度达到钢筋锈蚀临界浓度所需的时间不同;通过与寿命预测解析解进行对比,证明了该模型能有效预测混凝土结构耐久性使用寿命。利用该模型对氯盐侵蚀环境混凝土箱梁耐久性使用寿命进行预测,分析得出服役51 a左右该结构将达到耐久性极限设计状态。
2019 Vol. 36 (6): 121-126 [摘要] ( 194 ) [HTML 1KB] [ PDF 2253KB] ( 1150 )
127 栗浩洋, 姚强, 华天波, 吴发名, 李小虎, 李洪涛
基于PFC3D的无砂混凝土强度及损伤模式
为对无砂混凝土的强度及破坏损伤模式进行深入研究,借助离散元颗粒流软件PFC3D对无砂混凝土2种典型卵石骨料进行仿真建模,建立了7组孔隙率分别为0.26,0.28,0.30,0.32,0.34,0.36,0.38的无砂混凝土三维结构模型,模拟计算各组试块在单轴压缩试验下的受力及破坏情况。同时,对模型试块单轴试验中内部断裂发展情况进行监测统计。结果表明:随着模型孔隙率的增加,模型颗粒数、颗粒接触粘结数逐渐下降,抗压强度呈下降趋势;数值模拟曲线与多孔混凝土应力-应变曲线模型基本符合,与常规混凝土应力-应变曲线模型相比,在曲线上升阶段表现出更强的线性趋势,曲线下降段卸载迅速,体现出高脆性的特点;在模拟试验中,模型内部接触断裂多发生于模型边角及加载面处,在模型达到峰值强度后,断裂数急剧上升形成贯通的断裂面;根据峰值强度下断裂位置信息的统计分析定义了无砂混凝土“易破坏区”,该区域体积为试块总体积的47.6%,包含断裂数达到总断裂数的69%以上。研究结果可为无砂混凝土的力学及损伤机理研究提供参考。
2019 Vol. 36 (6): 127-132 [摘要] ( 251 ) [HTML 1KB] [ PDF 2488KB] ( 1744 )
133 朱庆凯
水泥基-玻璃纤维浆液在隧道注浆堵水工程中的应用
针对水泥基-玻璃纤维浆液注浆堵水可行性问题,借助理论分析、数值模拟、工程试验相结合的技术手段,对水泥基-玻璃纤维浆液治理突水灾害进行了全面、深入的研究。研究水泥基-玻璃纤维浆液对调节裂隙发展的机理,以及浆液的掺入对岩体弹性模量、黏聚力和内摩擦角的影响;通过数值模拟方法,分析注浆效果,结合实际工程的涌水量监测和围岩变形监测,验证模拟的准确性。主要结论为:①玻璃纤维的存在使裂缝产生的应力发展得到减缓,并使尖端应力强度因子减弱;②对比分析隧道注浆前后的数值模拟结果,得到不同工况下围岩衬砌的竖向、水平位移值;③通过对比工程试验数据与模拟结果,证明了水泥基-玻璃纤维浆液实际应用的可行性
2019 Vol. 36 (6): 133-138 [摘要] ( 205 ) [HTML 1KB] [ PDF 2705KB] ( 1011 )
信息技术应用
139 饶小康
水利工程灌浆大数据平台设计与实现
随着云计算、大数据、物联网的发展,水利工程各类采集数据与日俱增,面对如此大规模的数据集,传统存储、计算相关的理论和方法已不能满足海量、多源、异构数据的存取与处理。针对水利工程灌浆大数据,设计平台总体架构,搭建Hadoop分布式集群,设计并行化数据挖掘算法,实现水利工程灌浆大数据平台,并基于B/S服务模式进行平台展现、应用和管理。平台功能模块主要包括数据资源下载、数据集上传与运行、自定义算法、运行状态及结果和大数据可视化等,并结合白鹤滩水利工程建立基于随机森林的灌浆工程单位注入量预测模型和基于K-Means聚类的灌浆成果异常检测模型进行应用示范。平台的设计与实现融合水利工程结构化与非结构化数据,将大数据集群并行计算和数据挖掘技术应用到水利工程中,改变传统随机抽样和单一挖掘分析模型,采用多粒度、多层次、多渠道的分析模型对数据全量进行挖掘分析,从海量数据中挖掘分析出于管理、决策和生产有用的信息,实现了数据资源的集成共享、业务的高效处理、数据信息的知识发现,提高了数据存储和处理效率和精度,为当前水利工程大数据的存储与计算提供一种新的解决思路
2019 Vol. 36 (6): 139-145 [摘要] ( 204 ) [HTML 1KB] [ PDF 2818KB] ( 1163 )
仪器设备与测试技术
146 潘熙和, 聂伟, 程玉婷, 吴浩洋, 张清
特大型多喷嘴冲击式水轮机调速系统研究
我国蕴藏着众多适于冲击式水轮机组开发的水力资源,但由于大容量冲击式水轮机和调节控制系统的研究制造与核心技术主要掌握在少数欧美水电设备制造商手中,限制了其大规模开发利用。为保证研制的冲击式机组运行的高可靠性、高性能指标、高效率运行以及采购设备的高性价比,总结了多年来冲击式水轮机调速器研究成果与实践经验;通过首次在大型多喷嘴冲击式水轮机的控制中引入机组特性曲线因素、开创性地在电气调节器中采用3个CPU的系统方案和研发新型冲击式水轮机折向器控制装置等方法,研制并投运了特大型多喷嘴冲击式水轮机调速系统,取得了良好的经济效益和社会效益,能为特大型多喷嘴冲击式水轮机与调速系统的选型、设计、规范和应用提供技术支撑。
2019 Vol. 36 (6): 146-152 [摘要] ( 137 ) [HTML 1KB] [ PDF 2121KB] ( 910 )
大坝安全监测物联网设备与云平台技术专栏
153 黄跃文, 周芳芳, 韩笑
无线低功耗安全监测采集系统设计与研究
为了解决安全监测工程中存在的现场测点位置分散、工况区域危险、设备有线通信和供电难以保证、振弦仪器数据不稳定等问题,采用LoRa通信、协处理器和谱分析技术,研发了无线低功耗安全监测采集系统。该系统由低功耗采集单元、数据集中器和设备连接平台组成,实现了自动化采集单元低功耗运行和数据实时无线传输的功能。通过丹江口大坝自动化监测与人工观测的数据对比可知,无线低功耗安全监测采集系统准确性、完整性都与人工采集方式无明显差异,且数据频次和及时性都高于人工采集方式。该采集系统解决了工程建设施工期边坡土石坝等工程安全监测自动化实施难题,并且已经在一大批大型水利水电工程中获得了成功应用,具有很好的应用价值和推广前景。
2019 Vol. 36 (6): 153-156 [摘要] ( 162 ) [HTML 1KB] [ PDF 2050KB] ( 1048 )
157 周芳芳, 毛索颖, 黄跃文
基于双微处理器的传感器自动采集装置设计与实现
随着堤坝、桥梁、建筑等工程监测技术的不断发展,功能简单、通道类型单一、自动化程度低的采集装置已不能满足工程监测的系统需求。设计了以STM32F407VET6为核心处理器且具有人工比测功能的传感器数据自动采集装置,集中控制传感器的信号采集、数据存储、数据传输,任意通道均可测量振弦式、差动电阻式、标准电压或电流、数字信号等类型的传感器。并通过人工比测模块中第二微处理器的独立运用,支持读数仪数据接入、人工比测、数据实时比对及显示,提高了硬件系统的集成度和智能化程度,实现同一装置自动采集、存储、传输及人工比测多路不同类型的传感器信号。
2019 Vol. 36 (6): 157-160 [摘要] ( 116 ) [HTML 1KB] [ PDF 2009KB] ( 897 )
161 牛广利, 李端有, 李天旸, 何亮
基于云平台的大坝安全监测数据管理及分析系统研发与应用
目前国内大坝安全监测工作存在着信息化程度较低、软件功能较为单一、专业技术人员缺乏等一系列短板,因此,针对安全监测实际工作需求,设计和研发了一套基于云平台的大坝安全监测数据管理及分析系统,实现了安全监测数据的智能感知、云端管理、专业分析与监控预警。阐述了系统技术架构和功能架构,详细论述了系统关键技术。系统已在数十个大中型水利水电工程中成功应用,能够有效提高安全监测数据管理及分析水平,具有很好的推广应用前景。
2019 Vol. 36 (6): 161-165 [摘要] ( 300 ) [HTML 1KB] [ PDF 2184KB] ( 1312 )
166 易华, 韩笑, 王恺仑, 牛广利, 黄跃文
物联网技术在大型水电站安全监测自动化系统中的应用
随着物联网技术的不断发展,大坝安全监测自动化系统在组网通讯方面突破了旧技术的桎梏,使建设超大型安全监测自动化系统成为了可能。基于此,采用M2M物联网技术构建溪洛渡水电站安全监测自动化系统,大量使用基于物联网理念及技术生产的智能采集装置,并采用分布式、多级连接的监测网络。建设期间对系统多次测试,结果显示系统在保证数据准确性的前提下大幅提高了大型安全监测系统的数据整体采集速度。溪洛渡水电站安全监测信息管理系统具有很好的先进性、稳定性、兼容性、扩展性,并具备很强的二次开发优势,便于后期扩展功能,从而达到最大程度地满足建设方各类需求的目的。
2019 Vol. 36 (6): 166-170 [摘要] ( 207 ) [HTML 1KB] [ PDF 1970KB] ( 1148 )