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  • 主管单位:中华人民共和国水利部
  • 主办单位:南京水利科学研究院
  • 主  编:张建云
  • 地  址: 南京市虎踞关34号
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  • 国际标准刊号:1009-640X
  • 国内统一刊号:32-1613/TV
  • 邮发代号:28-19
  • 单  价:12元/期
  • 定  价: 72元/年
  • 刊        期:双月刊(1979年创刊)

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  • 水利水运工程学报
  • 2018年 第卷 第4期
  • 出刊日期:双月月底
本刊系国家水利部主管,南京水利科学研究院主办的学术性刊物。主要报道水利水电、水运、海洋和土木建筑等工程的规划,可行性研究、设计、科研、施工、监理以及管理工作中的新理论

2018年第卷第4期

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    • 加翼桩水平承载力计算方法研究
      陈灿明,何建新,苏晓栋,王曦鹏,黄卫兰
      加翼桩作为海上风电基础的新型结构,目前相关研究甚少。基于ABAQUS三维数值仿真模型,对比分析了海上风电大直径单桩与加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、泥面处桩基倾斜率、极限承载力以及破坏模式等水平承载性能。研究了大直径单桩和加翼桩桩身与翼板土压力分布,基于计算结果和桩土作用机理,参考现行规范中P-Y曲线模式,对相关系数进行修正,提出软黏土地基大直径单桩P-Y曲线。根据加翼桩翼板面积、形状、刚度和埋深等翼板参数对加翼桩水平承载性能影响的研究成果,提出基于大直径单桩承载力的软黏土地基大直径加翼桩极限承载力经验式和加翼桩翼板参数影响系数的计算式,为加翼桩的研究和运用提供了技术支撑。
      2018  Vol.  (4):    1-8    [摘要](134)    [PDF](70)
    • 含交错节理岩石直剪试验颗粒流模拟
      郇久阳,张志强,李宁
      借助颗粒流程序(PFC)建立了模拟含有交错节理岩石试样破坏的几何模型,对试样宏观力学参数进行标定,在编制了伺服模块的基础上,模拟了试样在不同法向应力条件下的直剪强度变化。采用软件内置的fish语言编制了裂纹扩展过程监测模块,从细观角度描述了交错节理试样在直剪过程中的裂纹扩展规律和破坏模式,并通过追踪微裂纹的数量对试样破坏规律进行量化分析。结果表明,试样剪切应力-剪切位移曲线主要分为4个阶段,随着法向应力和剪裂角的增大,剪切强度线性增加。试样裂纹主要产生在节理处,表现为中间夹块和上下节理凸起破坏,剪裂角对试样破坏规模有重要影响。相比单节理试样,交错节理试样抗剪强度明显降低,破坏规律有所不同。同时进一步考虑了节理间摩擦性质差异的影响,分析发现试样节理间摩擦性越强,试样剪切强度和破坏规模越大。模拟试验结果可为复杂节理岩体力学性质的研究提供参考依据。
      2018  Vol.  (4):    9-17    [摘要](71)    [PDF](65)
    • 加筋堆石料的动力残余变形特性
      何亮,景宏彬,李国英
      基于堆石料动力大三轴试验结果,分析研究了加筋前后堆石料残余变形的变化规律。结果表明:随着振次的增加,加筋作用开始体现,加筋前后堆石料残余变形差值越来越大;堆石料残余变形随围压和动应力比的增大而增大;加筋3层的加固效果要好于加筋1层,但随着加筋层数的增加,堆石料残余变形减小幅度将逐渐降低;筋材网孔大小对加筋堆石料残余变形的影响较小。此外,构造了指数型经验式,较好地模拟了加筋堆石料残余剪切应变与振次的关系。
      2018  Vol.  (4):    18-23    [摘要](71)    [PDF](50)
    • 基于最大熵和云模型的RCC坝变形监控指标拟定
      肖磊,万智勇,黄耀英,刘钰,袁斌
      变形监控指标是评估和监测大坝安全的重要指标。以高寒地区某碾压混凝土重力坝的挡水坝段为例,首先引入改进的快速Myriad滤波法对大坝变形监测数据进行预处理,然后采用最大熵法和云模型法拟定大坝运行期变形监控指标,最后探讨了异常概率与云模型弱外围元素对定性概念贡献率之间的联系。实例分析表明,虽然云模型法按3En原则拟定的变形监控指标与最大熵法按照异常概率为1%与5%拟定的变形监控指标存在一定差异,但在监测时段内大坝实测变形最大值均小于两种方法拟定的变形监控指标,由于两者均通过数字特征值进行计算,包含的主观成分少,拟定的变形监控指标更可信;采用云模型中的弱外围元素拟定的变形监控指标与异常概率2.15%时的变形监控指标较接近,云模型弱外围元素对定性概念贡献率的计算可以为变形监控指标拟定的异常概率确定提供参考。
      2018  Vol.  (4):    24-29    [摘要](127)    [PDF](58)
    • 岩体水力劈裂临界水压力影响因素及机理研究
      刘得潭,沈振中,徐力群,邱莉婷,江婷
      为了研究材料强度、初始裂缝开度、初始缝长和轴向压应力对岩体水力劈裂临界水压力的影响,采用水泥砂浆作为岩体相似材料,进行岩体水力劈裂试验,探讨其水力劈裂破坏机理。试验结果表明,岩体水力劈裂临界水压力与材料强度和轴向压应力存在正相关关系,轴向压应力较材料强度对水力劈裂临界水压力影响大;水力劈裂临界水压力与初始裂缝开度、初始缝长呈负相关关系,初始缝长对水力劈裂临界水压力敏感性比初始裂缝开度大。随着缝内水压的增大,岩体初始裂缝的裂尖扩展,裂隙水流渗入到损伤劣化区,在裂隙水流的双重力学作用下,损伤区裂隙、孔隙扩展贯通形成宏观裂缝,宏观裂缝在缝内水流双重力学作用下,裂尖应力强度因子超过断裂韧度,岩体失稳破坏。
      2018  Vol.  (4):    30-37    [摘要](72)    [PDF](46)
    • 基于信息熵-变权模糊模型的土石坝震损评估
      吴云星,谷艳昌,王士军,庞琼,严吉皞
      土石坝震损评估可为震后应急处置和除险加固提供依据,因而对评估方法和结果的可靠性提出更高要求。为了降低层次分析法(AHP)计算指标权重的主观性,并体现出指标严重程度对土石坝震损评估结果的贡献作用,建立信息熵-变权模糊评估模型。首先根据土石坝震害险情研究成果,阐述了土石坝震损评估指标体系及指标分级标准,然后以AHP法确定指标初始权重,再采用信息熵对其修正,同时考虑指标严重程度对权重的影响,引入变权法对修正后的权重进行调整,融合模糊评价法,最后建立信息熵-变权模糊的土石坝震损评估模型。工程实例评估结果表明,该模型有效降低了指标权重的主观性,并突出了不同指标的严重程度对评估结果的影响,使土石坝震损评估结果更加客观准确。
      2018  Vol.  (4):    38-45    [摘要](87)    [PDF](75)
    • 考虑率效应的混凝土压剪强度及破坏准则试验研究
      肖洋,彭刚,王乾峰,罗曦
      利用TAZW-1000大型多功能静动力三轴仪对5种不同加载速率、6种不同法向应力作用下的混凝土进行抗剪试验,分析法向应力和加载速率对混凝土抗剪性能的影响,并基于Bresler-Pister静态强度准则,提出了考虑率效应的混凝土压剪强度准则。研究结果表明:混凝土的剪切强度随法向压力增大呈线性分阶段增大,在一定法向压力范围内剪切强度增幅近似呈直线,然后增幅开始减小;压剪共同作用下混凝土动态抗剪强度提高的主要因素是法向压力的增加,而加载速率对其影响不大。随着法向压力增大,混凝土率效应增强;基于Bresler-Pister静态强度提出的混凝土动态压剪强度准则与试验数据吻合较好,可为动态压剪作用下混凝土强度准则的提出提供参考。
      2018  Vol.  (4):    46-53    [摘要](75)    [PDF](63)
    • 土钉支护边坡影响因素试验分析
      李国庆,马海春,崔可锐,钱家忠
      为了分析土钉支护参数对边坡稳定性的影响,基于室内土工试验,建立了边坡坡角为60°的模型,试验研究了荷载作用下,土钉长度、土钉倾角、土钉数量、土钉位置等4种参数对边坡坡顶沉降、边坡滑坡模式的影响。结果表明:土钉在坡中位置时,随着土钉长度的增加,边坡的稳定性增加,但是当土钉在坡顶和坡脚位置时,土钉长度对边坡稳定性影响较小;随着土钉倾角的增大,边坡稳定性呈先增后降的趋势,土钉倾角为50°时边坡稳定性最好;土钉数量减少,边坡稳定性明显降低;土钉在边坡的位置对支护效果影响较大,当土钉处于坡中位置时,边坡极限承载力最大,沉降与荷载曲线呈线性关系,表现出“渐进性”破坏。通过计算分析发现,土钉处于坡中位置时边坡的安全系数最大,比较试验与数值模拟结果也证明了土钉在坡中位置对边坡的稳定性影响最大。
      2018  Vol.  (4):    54-60    [摘要](77)    [PDF](80)
    • 双线互输水船闸剩余水头优化研究
      吴波,李文轩,傅陆志丹,赵宇航
      为定量分析双线互输水船闸剩余水头与船闸输水时间的关系,基于船闸输水系统非恒定总流能量方程和连续性方程,建立了一元船闸充、泄水数学模型。以广西长洲枢纽三、四线船闸为例,用原型观测数据验证了数学模型的可靠性。重点研究双线互输水船闸的输水系统水力学,揭示剩余水头与输水时间和省水率的关系。研究表明,随着剩余水头减小,船闸输水时间不断增加,同时因联通阀门关闭时间较长,在阀门关闭末期,充水闸室水位高于泄水闸室水位,从而出现倒流现象,船闸省水率增至05后又降低。故从省水角度出发,剩余水头取4 m为最优。综合考虑省水率与输水时间的矛盾,从而提出省水率与输水时间在剩余水头选取上的权重问题,为优化双线互输水船闸剩余水头提供参考。
      2018  Vol.  (4):    61-67    [摘要](76)    [PDF](85)
    • 导流墙对闸后三元水流特性的影响
      梁晓,郄志红,吴鑫淼,冉彦立
      为避免或减轻多孔水闸少数孔开启时产生的突扩式三元水跃及次生二次水跃对闸后防冲设施及河道的冲刷破坏,针对平板闸门单孔开启和连续3孔开启情况,在消力池中分别设置4种不同长度导流墙,通过物理模型试验和三维数值模拟研究了相应水跃特性及流速、流态特征。模型比尺采用1∶100,数值模拟采用RNG k-ε紊流模型和VOF方法。结果表明:在连续3孔闸门开启,闸门开度为1 m的试验条件下,导流墙长度为消力池长度的50%, 60%, 75%和100%时与未加导流墙情况相比,跃后水深分别降低了4.16%, 1.66%, 1.94%和2.22%;二次水跃距离分别缩短了17.14%, 14.29%, 2.86%和1.43%。导流墙长度为消力池长度的50%时跃后水深与二次水跃距离降幅最大,海漫上流速分布更加均匀。试验结果可为闸下消能设计和工程运行管理应用提供借鉴和参考。
      2018  Vol.  (4):    68-74    [摘要](69)    [PDF](55)
    • 水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟
      李昌良,蓝晓俊
      通过改进已有的防波堤模型,建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响,主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下,随着斜板角度增大,透射系数逐渐增大,但增幅逐渐减小;②随着波陡增大,透射系数先减后增;③随着水平板间距增加,透射系数增大;④随着防波堤相对板宽的增大,透射系数逐渐减小;⑤随着防波堤出水高度增加,透射系数先减后增。结果表明,该新型结构防波堤的消波效果显著,可以很好地消减波浪,应用前景良好。
      2018  Vol.  (4):    75-80    [摘要](53)    [PDF](54)
    • 潜流湿地对微污染水体中氮磷去除效果的中试研究
      陆海明,孙金华,刘婷,刘浩,宋力,朱乾德
      以南京水利科学研究院铁心桥试验基地内象目湖微污染水体为对象,研究总氮大于1.0 m3/(m2•d)的高水力负荷条件下,鹅卵石、陶粒、砾石、钢渣、蛭石、碎石和砂子等多种基质和再力花、芦苇、美人蕉及菖蒲等水生植物组合条件下的垂直流湿地和水平潜流湿地对氮磷的去除效果。试验结果表明:进水总氮浓度在0.793~2.662 mg/L时,种植菖蒲,填料从上到下分别为鹅卵石、碎石、粗砂和细砂的垂直潜流湿地单元(20单元)出水总氮平均浓度最低,为0.905 mg/L;总氮、氨氮和硝态氮平均去除率最高,达80.89%,43.06%和46.32%;总氮浓度从IV类水体提升至III类。进水TP浓度在0.035~1.003 mg/L时,20单元总磷平均去除率最高,为30.59%,价格相对便宜的碎石对磷素的去除效果较好。种植菖蒲及填料组合为鹅卵石、碎石、粗砂和细砂的人工湿地处理单元可以应用于饮用水源地原水等微污染水强化处理。
      2018  Vol.  (4):    81-87    [摘要](59)    [PDF](66)
    • 城市人工湖动态换水水位对流速分布影响
      赵正文,冯民权,程刚,唐洋
      水位和流速是人工湖维持生态的关键因子,为探究人工湖水位对流速分布的影响,基于二维水动力模型对雁鸣湖流场进行数值模拟,研究单因素水位对流速影响和实测换水水位对流速时空分布的影响。结果显示:水位是水动力影响因素之一,低水位时的湖泊流速大于高水位时期,水位变化时的平均流速介于高低水位流速之间,水位对环流影响较小。在实测换水期间,高水位时水位分布无明显差异,水深自上游至下游逐级递增;低水位时水位分布出现差异,河滩裸露,水深分布差异较大;水位变化时,湖泊上游至下游水位呈梯度变化,水深随水位变化;流速时空分布验证了单因素水位对流速的影响,并表明不同水位对流速大小及分布影响有所差异。雁鸣湖水位和流速的模拟结果表明,人工湖水位变化能改善湖泊水动力,可为人工湖水情管理提供科学参考。
      2018  Vol.  (4):    88-95    [摘要](62)    [PDF](68)
    • 河北省汛期降水集中度和集中期时空特征分析
      曹永强,李晓瑞
      基于河北省1965—2015年25个典型气象站汛期(6—9月)逐日降水资料,利用小波分析、Mann-Kendall 法和合成分析法对降水集中度(PCD)和集中期(PCP)时空变化特征进行分析。结果表明:①PCD值为0.18~0.56,PCP值为47.26°~194.70°,汛期最大降水集中在7月上旬和中旬;PCD和PCP均存在35 a左右的主周期和20 a左右的次周期;近50年,PCD和PCP均不存在突变年份。②PCD由东南向西北方向递减;河北南部PCP由东北向西南逐渐推迟,河北北部PCP由承德地区向东西两个方向逐渐推迟。③多水年和少水年PCD的空间分布均由东南向西北递减,但多水年的PCD高值区多于少水年;多水年和少水年PCP空间分布较一致,河北南部PCP由中部地区向南北两侧逐渐推迟,河北北部PCP由丰宁和围场向东西两侧逐渐推迟,但少水年比多水年PCP时间范围更长,空间差异更大。④从相关分析来看,汛期降水量与全省PCD 具有较好的正相关性,仅与承德、涉县、清河和馆陶的PCP存在较好的负相关性。
      2018  Vol.  (4):    96-105    [摘要](57)    [PDF](55)
    • 沿海服役混凝土结构氯离子质量分数检测和分析
      延永东,刘荣桂,陆春华,陈妤
      为了弄清沿海服役混凝土的氯离子质量分数分布规律及影响因素,对江苏连云港码头部分泊位不同区域的氯离子进行了取样检测,分析了浸水时间、所处方位、开裂状态、维修历史等因素对混凝土内氯离子质量分数的影响。分析结果表明:水位变动区混凝土内的氯离子质量分数积累速度最快,且基本随高程增加而增大;开裂位置的氯离子质量分数明显大于相同环境下的非开裂位置;不同方位混凝土经历的光照时间不同,造成其内部氯离子质量分数有一定差异,其中向海侧混凝土内的氯离子质量分数峰值出现在混凝土浅层,背海侧的则出现在混凝土深层;混凝土表面维修后内部氯离子会向表面迁移,造成质量分数峰值出现在试件内部某一深度。
      2018  Vol.  (4):    106-111    [摘要](67)    [PDF](57)
    • 施工期台风浪作用下沉箱碰撞破坏分析
      陈宇,孙熙平,李越松
      以“莎莉嘉”台风引起施工期沉箱碰撞破坏为背景,研究台风浪作用下施工期沉箱碰撞破坏模式及机理。提出基于台风浪作用下沉箱碰撞反应分析两步走的数值模拟方法,该方法利用高精度流体模拟软件Flow3D的造波技术模拟台风引起的波浪传播过程,并与沉箱结构作用获取沉箱波浪力时程曲线;建立沉箱精细化有限元模型,将上述波浪力时程曲线施加于沉箱结构,利用LSDYNA显式求解器分析沉箱结构的碰撞反应。应用该方法对“莎莉嘉”台风引起施工期沉箱碰撞破坏进行分析,结果表明:数值模拟的沉箱结构在不同波浪方向作用下发生不同角度的碰撞会导致不同的沉箱碰撞破坏模式,波浪作用方向与沉箱前后壁夹角为60°时,沉箱碰撞破坏模式与“莎莉嘉”台风作用期间的现场情况吻合较好。
      2018  Vol.  (4):    112-118    [摘要](66)    [PDF](20)
    • 码头结构病害静动态无损诊断与性能提升技术
      2018  Vol.  (4):    119-    [摘要](60)    [PDF](66)

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