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《水利水运工程学报》2020年第6期中文目录
日期:2021年01月05日 17:58:03点击数:字号:【

梅花形阵列粗糙床面明渠紊流特性

钟 亮1, 2,葛晨曦2,孙建云2

(1. 重庆交通大学 国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆 400074;2. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室,重庆 400074)

摘要: 梅花形阵列粗糙是常见的床面粗糙形态,但其水流紊动特性参数在颗粒间的沿程变化和不同象限间的分布差异等研究仍较薄弱。采用不同颗粒大小和排列间距的圆形玻璃珠制作了3种梅花形阵列粗糙床面,基于明渠紊流的PIV 水槽试验资料,探讨了无量纲纵向紊动强度Tu、雷诺应力R和紊动能E 的分布规律。结果表明:①颗粒顶部以上区域的Tu、R、E沿程基本呈条带状变化,受颗粒影响较小,而颗粒顶部以下区域则受颗粒影响明显,沿程变化相对复杂,表现出一定的周期性和分区性,并可分为颗粒区和粒间区。②颗粒顶部以上区域Tu、R、E的垂线分布基本重合,颗粒顶部以下区域则波动明显,分布曲线呈“S”和倒“L”等形状。③粒间区各象限的R、E沿程变化较为平缓,接近水平线,第2、4 象限的R、E 总体大于第1、3 象限;颗粒区各象限的R、E 沿程分布呈“∪”状并在沿程位置参数x+=0附近有最小值。研究成果对鱼道及航道工程设计等具有一定的指导意义。

关键词:梅花形阵列粗糙;明渠水流;紊动强度;雷诺应力;紊动能

基于梅雨监测指标的安徽江淮地区梅雨过程识别

周 平1,周玉良1, 2,金菊良1, 2,宁少尉1, 2,崔 毅1, 2,吴成国1, 2

(1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009;2. 合肥工业大学 水资源与环境系统工程研究所,安徽 合肥 230009)

摘要: 据国标《梅雨监测指标》规定的入梅和出梅条件,识别了安徽省江淮地区1957—2020的梅雨过程及其特征量,对比分析了国标与其发布前其他研究在雨日、出梅条件等方面的异同及其对梅雨过程识别和特征量的影响。结果表明:据国标识别的安徽江淮地区梅雨过程和特征量与其他现有研究方法的识别结果基本一致,以日降水量大于气候平均6—7月日降水量的1/2为雨日,比据国标规定的雨日识别的空梅年增多,识别的部分年份入梅偏晚;1957—2020年中有13个空梅年,约占1/5,非空梅年平均于6月19日入梅,7 月13 日出梅,梅雨期长23.7 d,梅雨期和降水集中期的降水量分别为270.7和263.0 mm,约占年降水量的1/4,占6—7月降水量的3/4;当研究区域较小时,应据环流和雨日条件确定区域的出梅日,不宜以最后一个雨期结束日的次日为出梅日;安徽江淮地区在空、枯梅容易出现较重旱情,尤其是连续的空、枯梅年,而梅雨量大且集中的年份易发生洪涝,尤其是梅雨量大于400 mm的年份(如2020年)。

关键词:梅雨;副高脊线;区域雨日;雨期;江淮地区

熵权模糊集对分析法在溪洛渡水库汛期分期中的应用

刘浅奎,王文圣,余思怡,王 宁

(四川大学 水利水电学院,四川 成都 610065)

摘要: 溪洛渡水利枢纽工程是长江防洪体系的重要组成部分,为提高溪洛渡水库的防洪能力和兴利效益,实现金沙江流域洪水资源的安全利用,探讨溪洛渡水库汛期合理划分并进行分期调度是十分必要的。收集并确定了影响溪洛渡水库汛期分期的水文气象因素,建立了基于熵权的模糊集对分析法,利用该方法将溪洛渡水库的汛期划分为次汛期、过渡期与主汛期,最后与模糊集分析法、集对分析法进行了对比分析。研究结果表明,熵权模糊集对分析法简单实用,能客观反映金沙江流域暴雨洪水特性对汛期的影响,汛期分期成果合理,与模糊集分析法、集对分析法的分期结论基本一致。提出的熵权模糊集对分析法用于汛期分期合理可行,为水库汛期动态汛限水位的制定提供了参考依据。

关键词:溪洛渡水库;汛期分期;权重;熵;模糊集对分析

近55年京津冀地区降水多尺度分析

路 洁1,刘 晶2,刘明阳1,曹永强1,李玲慧1,宁 月1

(1. 辽宁师范大学 地理科学学院,辽宁 大连 116029;2. 水利部科技推广中心,北京 100038)

摘要: 以京津冀地区25个气象站点1964—2018年的逐日降水数据为基础资料,采用距平法、Mann-Kendall检验法、线性拟合及空间插值分析等方法,从多年平均降水、年内降水分配和极端降水3个尺度分析京津冀地区降水的变化特征。结果表明:(1)京津冀地区年平均降水呈不显著减小的趋势,降水变差系数为0.14~0.41。年平均降水空间上表现为“东多西少、南多北少”的特点,其中燕山山地和海河平原降水离散程度相对较高。(2)京津冀地区年内降水呈现出集中化趋势,降水主要集中在7月下旬,并呈不显著提前化趋势。降水集中度在空间上表现为由东北向西南方向逐渐减少;降水集中期在空间上呈现出由北向南逐渐增强的趋势。(3)京津冀地区极端降水在129.57~252.68 mm之间波动,约占总降水的28.6%~47.9%。极端降水与年均降水的空间分布大致相同,仅有其中7个气象站点的变化趋势稳定。

关键词:降水;多尺度;时空特征;京津冀地区

水库泄水总溶解气体过饱和对鱼类的危害

曾晨军,莫康乐,关铁生,陈求稳,李 婷,张 辉

(彩神app下载安卓版 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029)

摘要: 水库建设促进了库区渔业养殖的发展,但高坝大库泄水导致的总溶解气体(Total Dissolved Gas, TDG)过饱和可能导致下游河道尤其下一梯级水库的鱼类患气泡病甚至死亡。为探究TDG过饱和对鱼类的胁迫效应,以金沙江梯级电站溪洛渡至向家坝江段为研究对象,构建立面二维TDG动态模型,推求库区控制断面的安全水深阈值,结合库区主要鱼类生活习性和网箱养殖深度,研究TDG过饱和对野生鱼类和网箱养殖鱼类的胁迫效应。结果表明:梯级电站库区的野生鱼类具有足够的垂向空间进行深度补偿以规避TDG过饱和的危害,其生活习性以及利用深度补偿的能力决定了受过饱和TDG 胁迫的程度;但养殖鱼类受网箱限制难以自由下潜至安全水深,为保证养殖鱼类的安全,网箱深度至少应大于安全水深阈值,在TDG过饱和胁迫期,鱼类的游泳水深应持续限制在安全水深阈值以下。对于具有利用深度补偿能力的鱼类,梯级电站的库区比最后一个梯级的下游河道更安全,需要对最后一级电站实施比中间梯级更严格的坝下近区TDG饱和度限制标准。

关键词:总溶解气体;深度补偿;安全水深;网箱深度;梯级电站

非淹没双直立圆柱系统波浪爬升的数值模拟

陈浩民,倪云林

(浙江海洋大学 海洋工程装备学院,浙江 舟山 316022)

摘要: 波浪爬升是近海构筑物和海洋平台结构设计中的重要参数。全面掌握波浪的爬升特性有利于结构的安全保证和优化。采用有限元方法建立了求解Berkhoff缓坡方程的数值模型,并计算了非淹没单个直立圆柱周围的波高分布,计算结果与解析解吻合很好。以非淹没双直立圆柱为研究对象,探讨了圆柱间距对波浪爬升的影响。结果表明:上游圆柱周围的波高分布曲线波动较大,但最大相对波高和最小相对波高的发生位置基本与单个圆柱的情况相同;当圆柱间距为1/4波长的奇数倍时,最小相对波高明显减小,圆柱肩部出现第二峰值;而当圆柱间距为1/4 波长的偶数倍时,最小相对波高则明显增加,圆柱肩部出现第二谷值。下游圆柱周围的波高分布曲线与单个圆柱的情况相似,但波高相对较小。

关键词:缓坡方程;有限元法;非淹没双直立圆柱;波浪爬高;波节;波腹

不同卸荷速率下岩石强度变形特性

钱亚俊1,武颖利1,裴伟伟2,朱玥妍1

(1. 彩神app下载安卓版,江苏 南京 210029;2. 温州设计集团有限公司,浙江 温州 325000)

摘要: 岩体工程的开挖本质上是岩体的卸荷过程,不同的卸荷速率会显著影响岩体的强度变形特性,开展相关研究对于岩体工程的安全稳定分析具有重要意义。针对岩石开挖卸荷中各种可能的应力路径,开展了普通三轴压缩试验以及恒主应力差卸围压、恒轴压卸围压、升轴压卸围压的3种卸荷试验,重点分析了不同卸荷速率对开挖卸荷岩体力学特性的影响规律。研究得出主要结论如下:(1)不同卸荷方案、不同卸荷速率的岩样,都具有典型的脆性破坏特征,当围压降低到一定程度时,岩样突然破坏,轴压陡降,环向应变显著增大。(2)当围压卸荷速率较高,岩样临近破坏时,变形模量随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线下降,泊松比随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线上升;而卸荷速率较低时,变形模量和泊松比下降/增长的趋势相对较缓。这说明围压卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越显著。(3)3种卸荷方案岩样在不同的卸荷速率下,破坏时的应力状态基本都位于普通三轴压缩Mogi-Coulomb强度包络线的下方,即围压卸荷时的岩样比普通三轴压缩状态的岩样更容易破坏。

关键词:岩石;卸荷速率;强度;变形特性;卸围压

配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响

巩妮娜1, 2,胡少伟2, 3,范向前3,蔡小宁1

(1. 江苏海洋大学 土木与港海工程学院,江苏 连云港 222005;2. 河海大学 力学与材料学院,江苏 南京 210098;3. 彩神app下载安卓版,江苏 南京 210029)

摘要: 为了探讨配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程及声发射特征的影响,通过4组直偏裂缝钢筋混凝土三点弯曲梁开展Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验及声发射信号采集,并分析试验结果。结果表明:随着配筋率的增加,失稳荷载近似线性增加,配筋率影响混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂模式;裂缝稳定扩展过程中振铃计数出现若干个峰值,累计计数的突变可以表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂临界状态,且3个参数间具有较强的相关性;声发射峰频点均呈现分频段集中的现象,从85%荷载水平开始,140~155 kHz的频段占比减小,30~45 kHz频段占比增加,临近失稳临界状态时峰频分布趋于分散。

关键词:配筋率;混凝土;I-II 复合型断裂;声发射参量

库区滑坡涌浪三维数值模拟分析

邓成进1, 2,党发宁1,陈兴周3,袁秋霜2,陈莉丽3

(1. 西安理工大学 岩土工程研究所,陕西 西安 710048;2. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065;3. 西安科技大学,陕西 西安 710065)

摘要: 针对某水库库区的3#变形体滑坡涌浪问题,采用三维数值模拟方法分析库区滑坡涌浪传播过程,研究网格尺寸对数值分析计算精度的影响,同时建立1∶280的水工物理模型进行验证,并与潘家铮法计算的涌浪高度进行对比。结果表明:数值分析计算精度与模拟网格尺寸、涌浪剧烈程度及涌浪传播距离有关;三维数值分析和物理模型试验得到的涌浪高度变化曲线的趋势基本一致,涌浪传播至坝前时,各种方法得到的坝前涌浪高度误差较小,数值分析结果可作为大坝安全影响的评价依据。3#变形体形成的涌浪在第4次波峰(t=151 s)时超过坝顶超高约8.37 m,仅占最大坝高的3.3%,且过流量有限,不会对大坝安全构成威胁。

关键词:滑坡涌浪;数值分析;模型试验;大坝安全

复杂双面边坡整体稳定性分析

潘 池,李 飒

(天津大学 建筑工程学院,天津 300350)

摘要: 实际工程中边坡常呈现出复杂的几何结构,利用有限元强度折减法讨论了3种边界条件下凹凸坡结构和不同坡度组合情况双面边坡的安全系数和破坏特性,并与单面平直边坡进行对比分析。研究发现:在本次计算条件下,双面边坡垂直放坡时,单面平直边坡的安全系数大于凸坡;对于凸坡其他情况,全约束边界条件下安全系数最大,与平直边坡相比提高了约3%。所有形式的凹坡的安全系数均大于平直边坡,其中,全曲面凹坡在全约束边界条件下安全系数提高了近10%,约为其余形式凹坡的2倍。当双面边坡横纵坡度不等时,边坡沿危险坡面产生滑移,决定边坡整体稳定性的因素为较陡的坡度;坡度相等时,边界条件对双面边坡破坏模式的影响较为明显,不同边界条件将导致边坡不同的破坏形态,在半约束条件下,双面边坡只沿法向约束一侧产生滑移破坏,而另外两种约束条件下,其破坏区域均为对称形状。

关键词:双面边坡;凹凸坡;坡度;边界条件;稳定性

含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟

丁英勋,王志亮,黄佑鹏

(合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009)

摘要: 为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P 波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh 阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模型的合理性;最后,分别考虑不同节理角度、厚度、间距、数目及入射波频率下的P波透、反射系数变化特征。结果表明:在节理倾向方位角β为0°~60°时,透射系数随β的增大而减小,而在β为60°~90°时随β 的增大而增大;透射系数随入射波频率的增大而减小,反射系数反之。若定义节理间距与厚度的正比关系,则透射系数随节理间距的增加而增加,反射系数反之;此外,根据不同节理厚度下的节理数目与透(反)射系数关系曲线特征,定义图线中的包络线为临界透(反)射曲线,则在给定节理数目时,其透(反)射系数总大(小)于临界透(反)曲线上对应的透(反)射系数数值。

关键词:充填节理;P 波;透射系数;反射系数

水泥固化锌污染土压缩特性影响因素分析

戴元志1,冯中华2,范成文3

(1. 江苏河海工程技术有限公司,江苏 南京 210098;2. 彩神app下载安卓版,江苏 南京 210029;3. 建华建材科技(淮安)有限公司,江苏 淮安 223200)

摘要: 基于固结试验,研究了不同养护温度、锌离子质量分数及水泥掺量条件下水泥固化锌污染土的压缩特性,推导出能够综合反映三者对压缩系数影响规律的经验式。结果表明:基于该经验公式,根据某一已知条件(即上述3 个变量值)对应的固化体或者素土的压缩系数值可以较好地预测其他条件下的固化体压缩系数。此外,锌离子质量分数一定时,固化体压缩系数随水泥掺量的增大呈指数性减小。水泥掺量一定时,压缩系数随锌离子质量分数的增大而增大。压缩系数随养护温度的提高而减小,固化体压缩系数比值与养护温度之间呈现较好的对数函数关系。

关键词:锌污染土;压缩系数;离子质量分数;水泥掺量;养护温度

EHP工法桩强度性状试验研究

杜旭青1,翁佳兴2,别学清2,宋苗苗3,邱成春3,李 辉4

(1. 淮委治淮工程建设管理局,安徽 蚌埠 233001;2. 江苏鸿基水源科技股份有限公司,江苏 扬州 225002;3. 盐城工学院 土木工程学院,江苏 盐城 224051;4. 江苏省工程勘测研究院有限责任公司,江苏 扬州 225000)

摘要: 针对实际工程应用中水泥土搅拌桩出现的桩身强度分布不均匀、成桩质量差等问题,对传统的边钻进边搅拌施工工艺进行改进。改进的水泥土桩采用钻孔外预先搅拌均匀水泥土浆液,再边钻孔边浇筑的施工工艺,从而形成一种性质可调控的新型环保均质塑性桩体(Environmental Homogeneous Plastic Pile),即EHP工法桩。通过对现场取芯样和室内方法制备水泥土试样开展一系列的无侧限抗压试验,并结合桩体芯样剖面物质组成分析,对EHP工法桩的强度特性进行了研究。建立了不同形状水泥土试样强度间的定量关系,通过引入强度折减系数对改进施工工艺现场制备桩体强度的折减幅度进行分析。结果表明:改进施工工艺制备的水泥土桩桩身均匀性和桩体强度均优于传统施工工艺制备的水泥土桩,且有效地基加固深度明显增大;和室内标准养护试样相比,不同施工工艺制备的水泥土桩,均出现一定程度的强度折减;对于EHP 工法桩,桩体强度折减系数随水泥掺量的增加而减小,在0.55~0.75 范围内变化;和传统施工工艺制备的水泥土桩相比,EHP 工法桩的强度降低幅度相对较小,具有更优良的承载能力。

关键词:水泥土桩;施工工艺;无侧限抗压强度;桩身均匀性;桩身强度折减

考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型

雷文凯1,董宏源1,陈 攀1,吕海波1, 2,梅国雄1

(1. 广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004;2. 贺州学院,广西 贺州 542899)

摘要: 针对传统Green-Ampt 入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型(简称为GA模型)更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA 模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。

关键词:倾角;土质边坡;分层假定;入渗模型

考虑土体强度空间变异性的单桩水平承载力研究

韩吉伟1,刘晓明1,杨月红1,黎 冰2,鲍安琪2

(1. 内蒙古电力科学研究院,内蒙古 呼和浩特 010020;2. 东南大学 土木工程学院,江苏 南京 210096)

摘要: 空间变异性是土体的固有天然属性,在确定桩基础承载力时理应考虑土的这一特性。应用已有的土体参数随机模拟方法,考虑不同的变异系数和相关距离,通过数值方法研究了土体强度的空间变异性对单桩水平承载力的影响。研究发现:确定性分析得到的单桩水平承载力明显大于考虑土体强度空间变异性后的单桩水平承载力均值,应用规范方法设计的单桩基础仍有失效的可能;相关距离对单桩水平承载力均值无明显影响,但承载力标准差随相关距离的增大而增大;随着变异系数的增大,单桩水平承载力均值随之减小,但承载力标准差随之增大。因土体强度空间变异性导致单桩承载力的不确定性,其分布规律可以用对数正态分布进行描述,据此规律可获得任一荷载下单桩基础的失效概率。

关键词:桩基础;空间变异性;随机场;水平承载力

水围压下粉煤灰混凝土的含水量及动态力学性能研究

梁 甲,王乾峰,张修文,肖 洋

(三峡大学 土木与建筑学院,湖北 宜昌 443002)

摘要: 为了研究粉煤灰对水围压下混凝土的含水量及其动态力学特性的影响,对粉煤灰掺量为0、20%和40%的混凝土试件(F00、F20和F40)进行了不同水围压(1、3和5 MPa)和不同应变速率(10?5、10?4、10?3和10?2/s)作用下的动态压缩试验,同时还开展了大气环境中干燥混凝土试件的动态压缩试验。分析了水围压、粉煤灰掺量对混凝土含水量的影响,并结合含水量数据,进一步研究了粉煤灰掺量、水围压和应变速率与混凝土动态强度间的关系。研究结果表明:①相同粉煤灰掺量下,混凝土的含水量随着水围压的增加呈现先增大后减小再增大的趋势;在相同水围压条件下,F00混凝土含水量最大,F40次之,F20最小,说明粉煤灰掺量对混凝土的含水量有显著影响。②可用三次函数描述了不同粉煤灰混凝土的含水量与水围压之间的关系。③不同水围压条件下,粉煤灰混凝土单位体积含水量所对应的混凝土动态强度增加值与应变速率呈二次函数关系,并建立了不同水围压条件下粉煤灰混凝土的动态强度增加值与应变速率之间的关系式。

关键词:粉煤灰混凝土;水围压;含水量;应变速率

规则波对大直径群桩作用的数值模拟研究

干桂轩1,孙 亮1,岳 磊2,韩松林3

(1. 武汉理工大学 交通学院,湖北 武汉 430063;2. 大连理工大学 建设工程学部,辽宁 大连 116024;3. 长江科学院 水力学研究所,湖北 武汉 430010)

摘要: 多桩柱结构在海洋工程中应用广泛,大直径群桩效应使得桩柱所受到的波浪力与单桩大为不同。首先使用基于势流理论开发的三维水动力分析程序DIFFRACT计算了单个圆柱和双圆柱所受到的波浪力,通过与相应解析解的对比验证了数值结果的准确性。进一步分析了大尺度多桩柱结构在规则波中所受的波浪力。群桩间的水动力相互作用使桩群中每个圆柱所受的波浪力存在多个峰值,其最大值可达单个圆柱所受波浪力的2.30倍,并且最大波浪力圆柱的位置受桩群布置的影响。

关键词:群桩效应;规则波;大直径圆柱;波浪力

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