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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
  • 邮政编码:210024
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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5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5期

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    • 城市河网水环境提升理论技术创新与应用
      2018  Vol.  (5):    -    [摘要](118)    [PDF](91)
    • 基于安全监测的水闸健康诊断体系研究
      何金平,曹旭梅,李绍文,陈克振
      水闸监测资料是对水闸工作性态的直接反映,现有的基于工程可靠性及安全鉴定规程的水闸安全评估方法存在未能充分利用安全监测资料的局限性。以水闸安全监测为基础,结合水闸破坏机理,研究了基于安全监测的水闸健康诊断指标设置方法,构建了一个具有多层次和多指标特性的水闸健康诊断指标体系,提出了正常、基本正常、异常、失常的水闸健康状态四等级划分方法,并设计了相应的评语集及对应的隶属度区间,从而建立了一种新的基于安全监测的水闸健康诊断框架体系,并利用该方法对潮州供水枢纽工程东溪水闸进行了健康诊断。该诊断体系能更合理地反映水闸的实际健康状态,可为水闸实时在线安全监控提供基础条件和技术支持。
      2018  Vol.  (5):    1-7    [摘要](101)    [PDF](61)
    • 沪通长江大桥墩位布设适应性分析
      张胡,杜德军,夏云峰,闫杰超
      为深入研究沪通长江大桥桥墩布设合理性,分析拟建桥梁对125 m深水航道以及船舶通航等的影响,通过物理模型试验从水动力变化、河床冲淤变化、桥址河段通航条件等方面分析拟建桥梁墩位布设的适应性,并对现有的桥位方案和主桥各通航孔向南平移200 m的方案进行了比选分析。同时,于2010年4月和7月进行了桥区河段枯季大、小潮,洪季大、小潮船筏走行线的现场测量。研究表明,在桥位方案确定的情况下,现有墩位方案稍优,能满足实际航行需要。研究结果可为后续大桥建设提供一定的理论指导与技术支持。
      2018  Vol.  (5):    8-13    [摘要](88)    [PDF](66)
    • 长江口水源地取水口盐度对径潮动力的响应
      丁磊,陈黎明,高祥宇,缴健,胡静
      上海市饮用水的80%来自长江口三大水源地——陈行水库、青草沙水库和东风西沙水库。枯季盐水入侵一直是长江口水源地安全面临的最大威胁。作为河口区域的主要动力,有必要进一步研究径流和潮汐对长江口水源地盐水入侵的影响。通过建立长江口平面二维潮流盐度数学模型,对长江口盐水入侵进行模拟,分析了水源地取水口盐度过程与潮位过程的关系,探讨了北支盐水倒灌对水源地的影响。研究结果表明:三大水源地因位置不同,盐度过程线特征也不相同。水源地取水口盐度过程线与潮位过程线的关系可作为受北支倒灌盐水和正面入侵盐水影响程度的重要依据。北支盐水倒灌发生时,东风西沙水库、陈行水库、青草沙水库水源地分别在大潮、中潮及小潮时受倒灌盐水影响最为严重。随着径流增大,水源地受盐水入侵影响的时间会提前,但是盐度则随径流的增大而减弱。
      2018  Vol.  (5):    14-23    [摘要](96)    [PDF](61)
    • 突然扩散水跃方程的显式解
      宁利中,渠亚伟,宁碧波,王新宏,田伟利,刘爽
      泄水建筑物下游的消能防冲是保证水利工程安全的重要措施。突然对称扩散水跃是水跃消能的形式之一。分析了突然扩散水跃方程(以下简称突扩水跃方程)以及突扩水跃的水力特性,研究了回流平均水深,认为回流平均水深是跃前和跃后水深的函数,同时又受突扩比的影响,提出了系数α的经验式,并应用动量守恒原理推导了突扩水跃方程,给出了该方程的显式解。试验验证表明,突扩水跃方程显式解与试验结果吻合,显式解与试验结果的平均误差为5.481%,说明该显式解实用可靠,精度高,可用于计算实际工程问题。
      2018  Vol.  (5):    24-29    [摘要](109)    [PDF](51)
    • 基于等效单自由度模型的高桩码头地震位移需求分析
      高树飞,冯云芬,贡金鑫
      在基于位移的高桩码头抗震设计方法中,准确合理地确定码头地震位移需求是关键。在位移需求分析方法中,非线性时程分析方法可以很好地考虑地震动的不确定性,但由于复杂的桩-土相互作用,使得直接对码头结构进行时程分析的计算量较大。为简便确定码头地震位移需求,提出了一种可用于码头非线性时程分析的等效单自由度模型。该模型可以很好地模拟码头的承载力和刚度退化以及土体耗能,并可通过对码头结构进行往复加载分析来确定模型的恢复力特性。为验证所提出的等效单自由度模型的合理性和准确性,以两个高桩码头为例,选取60条地震波,分别对码头及其等效单自由度模型进行非线性时程分析,结果表明二者的最大位移相关性很好,位移比的均值接近于1,且变异性很小。
      2018  Vol.  (5):    30-40    [摘要](89)    [PDF](55)
    • 钻井船插拔桩对邻近桩影响的模型试验
      田兆丰,王建华,范怡飞
      为评价黏土中钻井船插、拔桩对邻近桩基础的影响,开展了自由桩头条件下的1g模型试验,得出插、拔桩过程中所测量物理量数据变化规律,为后续离心模型试验提供了数据基础和试验方法。试验得到各物理量变化规律如下:插桩条件下,随着插桩深度的增加,邻近桩桩身最大弯矩产生的位置及最大土体水平位移产生的位置逐渐加深;拔桩条件下,最大桩身弯矩及最大土体位移值逐渐减小,但拔桩完成后桩身位移和土体位移都未恢复到初始桩状态;插桩初始阶段插桩阻力迅速增加,之后逐渐趋于稳定,拔桩初始阶段拔桩阻力迅速增加,随后进入相对稳定阶段,在桩靴距离土体表面约120 mm时,阻力突降为0。试验分析结果表明,土体位移变化直接导致桩身响应变化,两者存在一定正相关性。
      2018  Vol.  (5):    41-47    [摘要](85)    [PDF](49)
    • 基于增量动力分析的混凝土重力坝抗震性能分析
      陈灯红,谢京辉,杨乃鑫
      基于性能的抗震设计理念,利用增量动力分析法(IDA)结合所建立的混凝土重力坝模型,根据分位分析结果评估重力坝抗震性能。以Koyna重力坝为例,分别建立以无质量地基法和附加质量法的传统模型和以黏弹性边界法和流固耦合法建立的坝体-地基-库水相互作用抗震分析模型。选取16条地震记录作为输入,选取地面峰值加速度作为地震强度指标、坝顶相对位移作为结构性能指标,以此为基础作IDA曲线。将两种模型分位分析结果进行对比,结果表明:针对不同保证率的地面峰值加速度(PGA),新模型总体安全冗余度高于传统模型10%~20%,以传统方法建立的抗震分析模型的计算结果偏于保守,Koyna大坝的极限抗震能力约为0.45g,其功能保障水平约为0.34g;IDA方法也将为今后大坝抗震设计提供一种新的思路。
      2018  Vol.  (5):    48-55    [摘要](79)    [PDF](49)
    • 组合型混凝土面板堆石坝应力应变特性分析
      王玉孝,沈婷,李国英
      组合型面板堆石坝是在下游底部设置混凝土坝与面板堆石坝形成的复合坝。以某150 m级面板坝工程为依托,采用三维非线性有限元方法,系统研究了组合型面板坝堆石坝体、混凝土坝以及防渗体系的应力应变特性。结果表明,与常规面板堆石坝相比,该组合坝型在堆石坝体变形方面虽没有显著改变,但由于缩短了面板和垂直缝长度,面板应力应变状况得到了有效改善,且通过将混凝土坝坝顶宽度设置成大于趾板宽度,可有效避免由高趾板引起的周边缝变位过大问题。目前200 m级高面板坝最突出问题是面板的结构性裂缝和挤压破坏,而该组合坝型可以有效改善面板应力状态,为超高面板坝的建设提供了新的思路。
      2018  Vol.  (5):    56-62    [摘要](77)    [PDF](55)
    • 不同正压力下钙质砂颗粒剪切破碎特性分析
      齐永正,袁梓瑞,杨永恒
      钙质砂受力后易产生颗粒破碎,从而使其力学性质发生变化。对取自我国南沙某岛礁的钙质砂样进行了不同正压力下的直剪试验。分析了钙质砂颗粒剪切破碎特性,并就不同试验压力下剪切后钙质砂样的颗粒破碎程度通过筛分试验进行了粒径级配分析。结果表明,在不同正压力下进行直剪试验,钙质砂存在一定的颗粒破碎现象,随着正压力增大,颗粒破碎越来越严重;由于钙质砂颗粒破碎的影响,剪切后钙质砂的颗粒级配性质发生改变,随正压力增大钙质砂由级配良好逐渐变得级配不良。钙质砂直剪试验强度包络线为峰值强度包络线,而非残余强度包络线。钙质砂残余强度的摩擦角数值等于或接近砂的天然休止角。从工程安全角度考虑,选用钙质砂的内摩擦角应等于或接近天然休止角。
      2018  Vol.  (5):    63-68    [摘要](86)    [PDF](51)
    • 热处理花岗岩循环冲击下断口形貌研究
      王璐,王志亮,石高扬,石恒,田诺成
      为了研究温度和动载对黑云母花岗岩破坏机制的影响,利用分离式霍普金森压杆对不同温度处理后的花岗岩试样进行了循环冲击试验,随后采用钨灯丝扫描电镜对岩样的断口形貌进行细观观测。结果表明:常温岩样低弹速作用后,其断口表面出现韧性疲劳裂纹,中弹速作用后则出现脆性疲劳裂纹,而在高弹速冲击作用后,断口出现典型的解理裂纹;相同冲击荷载下,低于400 ℃的岩样断口表面存在大量解理裂纹和瓦纳线,随着热处理温度的升高,解理裂纹减少,准解理裂纹及韧窝逐渐增多;花岗岩在循环冲击荷载作用下,加载率效应明显,弹速越高脆性断裂特征越显著;温度效应使花岗岩的韧性增强,处理温度升高会使花岗岩由脆性断裂向脆性-局部韧性断裂的耦合破坏模式转变。
      2018  Vol.  (5):    69-75    [摘要](60)    [PDF](37)
    • 土工布包裹对粗粒料三轴试验的影响研究
      夏家南,梁彬,汤书明,朱俊高
      粗粒料三轴试验中,常使用在试样周围包裹土工布的方法防止橡皮膜被刺破。借助中型三轴仪,分别对粗粒料进行包裹土工布与未包裹土工布的常规三轴固结排水剪切试验,研究了土工布对试样强度和变形特性的影响。试验结果表明:对于相同的围压,包裹土工布试样的峰值强度(σ1-σ3)f都比未包裹土工布的要大;低围压下,包裹土工布使试样强度提高很大,但随围压的增加,强度提高的幅值呈幂函数形式减小。对于线性强度指标,包裹土工布试样的黏聚力c是未包裹土工布试样的1.8倍,而内摩擦角φ则减小了1.8°。对于非线性强度指标,包裹土工布试样的φ0是未包裹土工布试样的1.07倍,Δφ增加了5.5°。在相同围压下,包裹土工布试样的体积应变和侧向应变都比未包裹土工布试样的大;包裹土工布与未包裹土工布试样的体积应变差和侧向应变差受围压变化的影响较小。
      2018  Vol.  (5):    76-81    [摘要](43)    [PDF](39)
    • 复杂岩溶地区引水隧洞衬砌外水压力研究
      肖欣宏,王静,谢小帅,陈华松,周家文
      衬砌外水压力的合理计算是岩溶地区引水隧洞设计关注的重点,对结构设计参数选取及运行安全影响重大。针对滇中引水工程大理Ⅱ段引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同衬砌及注浆圈参数下隧洞衬砌外水压力及渗流场变化规律进行研究分析,以确定合适的设计参数。研究结果表明:衬砌全封堵时外水压力基本可认为等效于该点处的静水压力,一般不能考虑水头折减;增大衬砌渗透系数是降低衬砌外水压力极为有效的措施,但同时对渗流场产生较大影响;减小注浆圈渗透系数或增大其厚度在降低衬砌外水压力的同时可有效减小渗流场扰动,极大缓解排水减压和环境保护之间的矛盾。通过分析不同因素对衬砌外水压力的影响,所得结果可为复杂岩溶地区隧洞工程防排水系统设计提供参考。
      2018  Vol.  (5):    82-88    [摘要](77)    [PDF](42)
    • 黄土地基地下连续墙基础竖向抗压特性试验研究
      李建东,王旭,张延杰,李凡,李盛,罗浩洋
      地下连续墙基础是一种埋深相对较浅的摩擦性基础,在巨厚层黄土地基中具有广阔应用前景。为研究大厚度黄土场地闭合型地下连续墙竖向抗压承载特性,选用石英粉、砂、膨润土和石膏制备黄土相似材料,模拟天然原状黄土,选用有机玻璃制作模型墙,进行室内缩尺模型试验,研究地下连续墙基础荷载传递机理与竖向抗压承载特性。结果表明:地下连续墙基础在竖向荷载作用下的荷载-沉降关系曲线呈陡降型,存在显著破坏特征点。地下连续墙基础竖向承载力由内墙侧摩阻力、外墙侧摩阻力、承台土反力和墙端阻力共同组成。地下连续墙竖向承载力达到极限时,总侧摩阻力占62%,为端承摩擦型基础,芯土的存在可有效减小地下连续墙基础沉降。试验结果可为大厚度黄土场地地下连续墙基础的选型设计提供参考。
      2018  Vol.  (5):    89-94    [摘要](65)    [PDF](38)
    • 岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析
      黄佑鹏,王志亮,毕程程
      为了研究岩石爆破损伤范围及损伤分布规律,基于LS-DYNA软件,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook) 材料模型,探究了石灰岩爆破损伤范围随径向不耦合系数K增大的变化关系,接着对比分析了石灰岩、凝灰岩和花岗斑岩的爆破损伤分布规律,并用Logistic函数模型对损伤演化过程进行表征。结果表明:HJC模型在岩石爆破损伤模拟中具有很好的适用性;随着不耦合系数的增大,损伤半径与炮孔半径之比呈先快后慢的减小趋势;不同岩石的爆破损伤均呈反“S”形曲线衰减,但损伤分布特征存在一定差异性,石灰岩和凝灰岩的压碎区范围较大,与裂隙区界线清晰,而花岗斑岩压碎区范围较小,与裂隙区界线不明显。研究结果可为实际工程中爆破损伤的评估与控制提供一定参考。
      2018  Vol.  (5):    95-102    [摘要](75)    [PDF](32)
    • 颗粒级配对非饱和红土土-水特征曲线的影响
      刘星志,吴悦,潘诗婷,刘小文,谷明晗
      颗粒级配是影响土-水特征曲线的主要因素之一,探讨这个问题对研究非饱和土的渗流和强度特性具有重要价值。以江西红土为研究对象,人工配制5组颗粒级配不同的土样,基于分形理论研究其分形特征及其分维数,结合滤纸法试验测量土样的土-水特征曲线并求得其特征值,然后分析各特征值与分维数之间的关系。结果表明:对于不同颗粒级配的土-水特征曲线,同一体积含水率下细土颗粒含量越多的土样其基质吸力越大;粗细土颗粒含量不同的土样均具有较好的分形特征;颗粒级配定量指标均随分维数的增加呈现出先增后减的规律;且分维数随着细粒土含量的减少而降低,进气值和残余基质吸力值均随分维数的增大而提高。说明可运用分维数讨论颗粒级配对土-水特征曲线的影响。
      2018  Vol.  (5):    103-110    [摘要](79)    [PDF](52)
    • 砂土及黏土场地钻井船插桩对邻近桩的影响
      高维杰,王建华,田兆丰,范怡飞
      为研究黏土场地和砂土场地中桩靴贯入及拔出对邻近桩的影响,开展了2组在不同场地中进行插、拔桩靴的室内模型试验,分析了桩靴贯入、拔出过程中桩靴贯入阻力、拔出阻力、土体位移及桩身弯矩的变化规律。结果表明,黏土场地桩靴贯入阻力随桩靴贯入深度增加而增加,达到某一极限值后基本保持稳定;砂土场地桩靴贯入阻力随桩靴贯入深度呈线性增大。黏土场地中桩靴拔出阻力基本保持不变,在邻近泥面处突变,几乎减小为零;砂土场地中桩靴拔出阻力在初始阶段迅速增大然后迅速减小,达到最大值的一半后开始以一定的速率均匀减小,对比拔桩阻力的实测值与理论值,发现桩靴贯入土体后减小了土体强度。通过在土层中埋置土体位移测量装置,发现桩靴贯入在黏土场地的深度方向影响较大,砂土场地中则对水平方向影响较大;两种场地中均发生不同程度的回淤现象,且砂土场地更为明显。不同形式土体位移进一步导致不同的邻近桩响应,具体表现在黏土场地中桩身上部正弯矩较大,桩身下部负弯矩较小;在砂土场地中桩身上部正弯矩较小,桩身下部负弯矩较大;插桩过程中最大桩身弯矩逐渐增大,且发生位置逐渐下移,当桩靴贯入到一定深度后最大桩身弯矩基本保持不变;拔桩过程中砂土场地的邻近桩响应不明显,桩身弯矩出现轻微减小。研究结果可为钻井船平台桩靴计算竖向承载力和抗拔极限力提供依据,同时为评价不同场地中桩身响应提供技术参考。
      2018  Vol.  (5):    111-119    [摘要](57)    [PDF](38)

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