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  • 水利学报
  • 2019年 第50卷 第4期
  • 出刊日期:2019--
《水利学报》创刊于1956年,是中国水利学会、中国大坝协会主办的综合性学术刊物,是水利行业创刊最早、国内外最具影响的学术期刊,在水利工程类核心期刊中排第一位,被国内外多家检索系统收录。《水利学报》刊登反映水利、水电、水运领域较高水平的学术论文、专题综述和工程技术总结,开展学术论文的讨论和评论,介绍国内外科技动态和消息。主要专业范围包括:水文及水资源、防洪减灾、灌溉排水、水力学、泥沙、河港水运、岩土工程、水工结构及材料、水利水电施工及监理、水力机电、水利经济、水环境、水利史研究等。

2019年第50卷第4期

(下载当期目录)

  • GFRP增强混凝土圆柱轴压强度尺寸效应:细观分析
    金浏,李秀荣,杜修力,樊玲玲
    混凝土柱外包纤维增强复合材料FRP是一种行之有效的约束方式,目前针对FRP约束混凝土柱轴向压缩行为的研究多以小试件为主,而对于大尺寸FRP约束混凝土构件的真实破坏机理及力学性能的研究仍不足。以玻璃纤维GFRP约束混凝土圆柱为研究对象,考虑混凝土细观非均质性及GFRP-混凝土间相互作用,建立了其轴压作用下的三维细观数值模型。以GFRP体积配置率为主导参数,在已有试验成果基础上,扩展模拟和研究了不同尺寸和不同体积配置率下柱的轴压破坏机理和失效模式,进而揭示了横向约束作用对GFRP混凝土柱名义轴压强度及其尺寸效应的影响机制与规律。研究发现:(1) GFRP约束混凝土柱存在尺寸效应现象;(2)随体积配置率的增大,试件名义轴压强度的尺寸效应被削弱。最后在经典材料层次尺寸效应律基础上,结合体积配置率的影响机制与规律,建立了GFRP约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应的半经验-半理论公式,相关试验和模拟结果证实了该公式的合理性。
    2019  Vol.  50(4):    409-419    [摘要](1340)    [PDF](246)
  • 基于抽样分布理论的P-Ⅲ型分布均值的不确定性分析
    刘可新,胡宇丰,李匡,刘鹏,梁犁丽
    针对P-Ⅲ型分布参数的不确定性问题,提出了应用抽样分布理论进行研究的方法。引入抽样分布及特征函数的概念,推导了P-Ⅲ型分布样本均值的分布函数,构造辅助随机变量并推导了其分布函数,在总体的离势系数和偏态系数已知情况下,结合上下概率分位点得到了总体均值的置信区间;方法应用于上犹江流域,计算得到了其设计洪峰的置信区间。理论推导表明,样本均值和辅助随机变量仍服从P-Ⅲ型分布,且辅助随机变量的分布参数仅与总体的离势系数和偏态系数有关。将该方法应用于上犹江流域,设计洪峰的置信区间合理,说明基于抽样分布理论研究P-Ⅲ型分布均值的不确定性是可行的,且分析结果受总体离势系数影响较大而受偏态系数影响较小。
    2019  Vol.  50(4):    420-427    [摘要](1325)    [PDF](258)
  • 变坝坡赤泥库漫顶溃坝模型试验研究
    曹帅,张红武,赵晨苏,朱明东
    赤泥是氧化铝厂生产排放的一种性质独特的弃渣,因颗粒极细,赤泥库一旦溃坝,具有特殊的规律。本文以某赤泥库及下游沟道为整体研究对象,采用尾矿库物理模型试验方法,对赤泥尾矿库漫顶溃坝的发展过程及其机理进行分析。其结果表明:赤泥尾矿库溃坝发展规律比较复杂,在过程上可划分为洪峰前段、洪峰段及洪峰后段,且每阶段都有接近动态平衡的趋势;较大的坝坡变化使坝面空间上存在冲淤分区现象。最后,推导了赤泥流在下游沟道内演进的最大淹没高度计算公式,并利用模型试验资料对该公式进行了检验。
    2019  Vol.  50(4):    428-438    [摘要](1263)    [PDF](187)
  • 基于RBF代理模型的调水过程优化研究
    高学平,朱洪涛,闫晨丹,孙博闻,张晨
    调蓄工程通过泵站调水过程中,需要通过合理的控制泵站启闭时间来调节水位,从而不断优化调水过程,但以往的优化方法效率低而且不易得到最优方案。为解决这一问题,本文以南水北调东线山东段南四湖下级湖为研究对象,基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)代理模型建立调水过程优化模型,得到了调水过程方案参数区间内的最优方案,并基于实际调水情况求得不同起调水位下的调水过程最优方案。首先根据调水过程方案参数区间自动选取80个调水过程方案样本,并利用一维二维耦合水动力模型算出每个方案的水位变化过程;其次采用RBF代理模型建立并验证调水过程方案与最高水位、最低水位的响应关系;最后基于RBF代理模型,以泵站工作总时间最短为目标,考虑水量平衡和水位约束建立优化模型,采用粒子群算法求解。研究结果表明,基于RBF代理模型的调水过程最优方案结果与耦合模型计算该方案结果的绝对水深误差不超过0.05 m,相对水深误差不超过0.99%,模型计算精度高。基于RBF代理模型的调水过程优化模型,求解得到调水过程参数区间内的最优方案,解决了传统方法在人为设定有限个方案内得到较优方案的局限性。
    2019  Vol.  50(4):    439-447    [摘要](1323)    [PDF](224)
  • 基于内聚力模型的混凝土细观拉压统一数值模拟方法
    熊学玉,肖启晟
    将混凝土内聚力模型的适用范围从原来的细观受拉断裂模拟拓展到了细观受压断裂模拟,并实现了用统一的数值方法来模拟混凝土受压和受拉的细观损伤破坏行为。参考以往的试验研究以及结合内聚力模型的特点,定义了内聚力单元的混合断裂准则以及全局接触关系;建立了不同网格精度的对照模型,讨论了网格敏感性问题;模拟了混凝土在单轴拉伸和压缩作用下的受力全过程,并对断裂能、界面强度、骨料形状和骨料材料类型进行了参数研究;从破坏形态和力学响应的角度探究了混凝土细观断裂和接触行为对整体力学性能的影响。结果表明:较受拉数值模拟,受压数值模拟结果的网格敏感性问题更突出,过粗的网格划分会限制模型的内力重分布;混凝土在单轴受拉时发生的是偏向于Ⅰ型断裂的混合型断裂,其中因Ⅰ型和Ⅱ型断裂能之差所致的混合型断裂能约占受拉总断裂能的一半;骨料颗粒的光滑程度越高,混凝土的单轴极限拉压强度也越高,但颗粒间的机械咬合作用越弱,导致抗压强度退化越快。
    2019  Vol.  50(4):    448-462    [摘要](1258)    [PDF](153)
  • 大理岩裂隙渗流特性及充填砂土影响
    郭保华,程坦,陈岩,焦峰
    利用自行研制的岩石裂隙渗流系统,对9个不同裂隙面形貌的大理岩试样分别进行充填和未充填裂隙渗流试验,研究了不同法向应力条件下,加卸载过程、水头差大小、裂隙面形态、充填砂土粒径及厚度等因素对裂隙渗流的影响。试验结果表明:裂隙未充填时,在法向加载阶段,渗流量随水头差的增大呈线性递增,渗流量随法向应力的增大呈负指数减小,并得到了包含裂隙面三维形貌参数坡度均方根Sq的渗流量和法向应力关系式;单位水头流量与力学隙宽呈指数关系,指数平均值为3.01,基本符合立方关系。因此,通过增加修正参数得到了修正的立方定律,其中修正参数与裂隙面的三维形貌参数Sq呈指数关系。在法向卸载阶段,渗流量随法向应力的降低基本不变,相较于加载阶段,卸载阶段法向应力对渗流量的影响明显降低;相较于未充填裂隙,充填裂隙闭合量、裂隙面形态、法向应力在加载和卸载阶段对渗流量的影响均较小,充填砂土的粒径或厚度越大,相同法向应力下裂隙渗流量越大。
    2019  Vol.  50(4):    463-474    [摘要](1240)    [PDF](176)
  • 抽水蓄能机组电路等效实时精细化模型研究及应用
    赵志高,杨建东,杨威嘉,陈满,彭煜民
    针对抽水蓄能机组传统线性模型难以准确描述大波动工况水力瞬变行为,基于特征线法的非线性模型不能满足在线实时仿真及现有用于抽水蓄能机组过渡过程控制优化的调节系统模型不能反映真实机组全工况动态过程等问题,本文提出了一种基于电路等效理论的抽水蓄能机组实时精细化模型(Real-time accurate equivalent circuitmodel,RAECM)。根据电站实际输水系统布置形式,构建了等效电路网络拓扑图,提出改进Suter变换-BP神经网络的水泵水轮机插值模型,改善了"S"特性区及小开度工况区的模型精度,通过变尺度空间离散分析,推导了用于补偿误差的水头修正公式,并采用稳定域更广的隐式RadauⅡA法对离散后的隐式常微分方程组进行求解,提高了模型稳定性,最后对RAECM模型的时间复杂度及仿真效率进行了分析。试验结果表明,RAECM模型既能满足机组大小波动工况的仿真精度,又能节约计算耗时,可应用于抽水蓄能机组仿真测试装置研发、过渡过程控制优化、系统辨识、控制器设计及参数优化等方面,具有较好的工程价值。
    2019  Vol.  50(4):    475-487    [摘要](1242)    [PDF](157)
  • 摇臂式喷头喷嘴结构改进及水力性能试验研究
    王子君,惠鑫,黎耀军,严海军
    为了降低摇臂式喷头在工程应用中的运行成本、提高喷灌质量,本文针对8034D摇臂式喷头主、副喷嘴结构进行了优化改进,并研究了喷嘴结构改进后对喷头流量、径向水量分布和组合喷灌均匀度的影响。结果表明,主喷嘴内腔锥度角对喷头流量的影响呈显著水平,内腔锥度角越大,喷头流量越小;当工作压力相同时,改进副喷嘴结构对喷头流量的影响不大。随着测点与喷头水平距离的逐渐增加,不同内腔锥度角和圆柱段长度下的径向喷灌强度均呈递减趋势。组合2(1 mm#54°主喷嘴与改进后副喷嘴组合)在4种组合方式中的喷灌均匀性较好,其在喷头正方形布置下7种组合间距(12 m×12 m~18 m×18 m)时的平均喷灌均匀系数为87.8%,其中17 m×17 m时的喷灌均匀系数峰值达到89.3%。综合考虑喷灌质量和经济性两方面,在实际工程设计时,建议8034D摇臂式喷头主、副喷嘴的组合方式优先选用组合2,喷头工作压力设置为250 kPa,且组合间距以17 m×17 m为宜。
    2019  Vol.  50(4):    488-496    [摘要](1219)    [PDF](138)
  • 漫湾水库运行下库内洲滩潜流带夏季热传输特征
    于丹青,陈求稳,马宏海,陈宇琛,孙洪波,施文卿
    本文以澜沧江漫湾水库库内洲滩潜流带为研究对象,利用原位自动监测传感器连续49天监测了潜流带夏季水位及水温变化过程,分析潜流带与水库之间潜流交换与洲滩内部温度时空特征,核算潜流带热传输量,以助于揭示漫湾水库运行下库内洲滩潜流带夏季热传输特征与驱动机制。结果表明:水库运行下,水位频繁波动促进了水库与洲滩的潜流交换,单位宽度上潜流交换量为-0.12~0.06 m2/d;在太阳辐射下,因洲滩沉积物比热容低于水体,其升温速度较快,与水库形成了0.26~4.80℃的温度差;在潜流交换驱动下,热量由洲滩向水库传输。洲滩表层热传输量最高,中层次之,底层最小,单位面积上分别为1635.21、730.68和104.49 MJ;敏感性分析表明,热传输受水位波动振幅影响最大,温差次之,周期影响最小。研究结果对于探究建库河流岸边潜流带水热交换过程具有借鉴意义。
    2019  Vol.  50(4):    497-505    [摘要](1227)    [PDF](145)
  • 低温养护下溴化锂对水泥早期水化的影响
    张丰,白银,蔡跃波,陈波,宁逢伟
    传统早强组分已不能满足绿色、高性能混凝土的要求,加之早强剂在低温(尤其是5℃)下的研究较少,且低温早强性能有限、低温作用机理尚不明确。本文以溴化锂(LiBr)作早强组分,研究5℃下LiBr对砂浆强度、净浆凝结时间以及水泥早期水化特性的影响。结果表明:5℃低温下,LiBr的掺入使净浆初凝、终凝时间略有缩短,可显著加快砂浆试件早期强度的发展,且28 d强度仍有较大幅度提高;掺0.5% LiBr砂浆1 d、3 d、7 d和28 d抗压强度分别提高383%、54%、41%和11%,各龄期强度已接近对比样20℃养护下的强度。LiBr的存在可促进低温下C3S的溶解,使其溶解量有明显增大趋势;增大Ca (OH)2溶解量、使溶液pH值增大,有利于水化产物的沉淀生成。LiBr使低温下水泥水化的诱导期缩短、加速期提前,最大放热速率增大、放热量增大;使水泥水化更早进入了受扩散控制的D阶段;水化12 h时产物中即有大量Ca (OH)2生成,且生成了水化硅酸钙和水化溴氧铝酸钙产物。
    2019  Vol.  50(4):    506-515    [摘要](1237)    [PDF](149)
  • 大口径活塞套筒式调流调压阀流动特性分析
    李燕辉,廖志芳,蒋劲,王玉成,罗爽
    调流调压阀用于实现管线不同流量和压力工况的转换,其良好的调节性能和流动特性对管道系统的高效运行意义重大。本文以2400LT-41X-10Q型大口径活塞套筒式调流调压阀为研究对象,通过数值分析软件Fluent结合RNG k-ε湍流模型及动网格,研究了不同开度下稳态工况及开、关阀过程中瞬态工况的流动特性。结果表明,由于活塞套筒的运动产生阻流作用,故开阀和关阀的动态流量系数均小于稳态值,而对应的动态流阻系数则均大于稳态值。同时,对应开阀和关阀过程,活塞套筒将受到反向的瞬态侧向力,且以轴向力为主。因固定套筒的需要,在全开度附近保留了一段空行程,使得竖向和水平的侧向力在该开度下出现了陡升的峰值,可能影响阀门驱动机构的操作或引起阀门的卡塞。另外,通过对比不同阀门开度下的阀内流速、压力、湍动能和湍流耗散率等流场分布来对该其工作原理和流动特性进行说明。分析结果为活塞套筒式调流调压阀的选型和使用提供了参考。
    2019  Vol.  50(4):    516-523    [摘要](1207)    [PDF](233)
  • 重力式码头抛石基床压缩特性和变形参数试验研究
    郭林林,别社安,寇军,张炜煌
    通过对重力式码头抛石基床的块石体进行原型尺度的压缩试验,研究其压缩特性和变形参数。在钢料筒中随机抛填10~80 kg块石,分级施加压力荷载,观测块石的破碎现象,测试块石体的荷载-压缩量曲线及钢料筒的环向应变,结合有限元分析,得到块石体的应力-应变曲线及变形参数。对5组不同初始孔隙比和级配的块石体试样进行了往复加卸载的压缩试验,结合试验现象和测试数据,分析了块石体的颗粒破碎特性、压缩特性和孔隙比变化特性。块石体的泊松比参数介于0.2~0.3之间,其压缩模量参数与加载次数有关,可分为一次加载、二次加载和多次加载的三个压缩模量参数。重力式码头抛石基床中块石体的应力-应变曲线可以以不同加载次数的历史最大应力为分段点,分段选取对应的压缩模量参数来分段线性表达。
    2019  Vol.  50(4):    524-533    [摘要](1185)    [PDF](138)

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