摘要：将X射线断层扫描技术(CT)与原位三轴剪切试验相结合,分析渥太华砂在剪切过程中的微观动力学演化规律.在试验过程中共完成15次X射线扫描,使用图像分割算法进行颗粒分割并使用球谐函数重构颗粒的表面形貌,根据颗粒的多尺度形态指标序列实现整个加载过程中颗粒的准确匹配与追踪,并分析颗粒位移、转动、局部非仿射运动和局部孔隙率等微观动力学和微观结构指标的演化规律.在剪切过程中颗粒体系的竖向位移分布呈现2个锥形区域,颗粒的转动分布出现明显的X型剪切带.用于度量局部塑性变形程度的局部非仿射运动和局部体积分数呈现出较为明显的相关关系,表明颗粒微观动力学与其微观结构之间存在因果关系,局部自由体积较大的地方更易发生塑性变形.

摘要：农村农业非点源污染是滇池污染负荷的主要来源之一,环湖截污治污体系对农村农业污水的截留具有重要意义。为实现对该体系的自动化控制,有效支撑智能化控制平台的高效运行,本研究在前期通过对比分析,确定截污治污体系截流井采用基于总磷(TP)浓度阈值控制模式对农村农业非点源污染物负荷截留效果最好的基础上,针对环湖截污治污体系现状条件下,采用TP浓度阈值控制模式对应的优选截留率进行研究,探讨了重现期和雨峰系数的影响,并就选择性截留后枯、平和丰水年农业农村非点源污染负荷的入湖系数进行计算。结果表明,(1)当干渠发生溢流时,存在优选TP浓度阈值,当截留TP浓度大于等于该阈值的径流时,可以使溢流进入滇池的污染物负荷最小,此时截留径流量与总径流量的比值即为优选截留率。(2)随重现期的增大,TP浓度阈值的设定值整体呈减小趋势,所截留的污染物平均浓度减小,优选截留率减小。(3)随雨峰系数增大,TP浓度阈值的设定值增大,优选截留率变化不大。(4)考虑基于TP浓度阈值控制模式的环湖截污系统截留作用后,滇池农业农村非点源污染负荷的入湖系数:枯、平、丰水年COD分别为0.09、0.14、0.23;总氮分别为0.10、0.22、0.31;TP分别为0.07、0.12、0.19,均较不考虑环湖截污系统截留作用时显著降低。(5)采用TP浓度阈值控制模式,在枯、平及丰水年均可有效提升截污干渠末端水质净化厂的进水浓度,增强处理工艺的运行稳定性。

摘要：浅地下水埋深诱发的土壤次生盐碱化是干旱灌区面临的重要生态环境问题。为探讨河套灌区根系层-深层土壤盐分动态及适宜控盐埋深,该研究基于内蒙古河套灌区隆胜研究区68块灌溉农田连续2 a生育期初和生育期末0~1.80 m的土壤盐分、地下水埋深、地下水盐分的监测和作物种植类型的调查,分析了根系层-深层土壤盐分时空动态、季节性平衡机制、多个因素(如气象条件、地下水埋深、地下水矿化度、作物类型和生育期初土壤盐分等)间相互作用对生育期土壤盐分变化的影响,探明了土壤盐分对地下水年际和季节性埋深的响应。结果表明,根系层土壤盐分均在生育期积盐,休耕期脱盐;深层土壤盐分均在生育期脱盐,休耕期积盐。作物类型、生育期初(5月初)地下水埋深、生育期地下水埋深、地下水盐分及生育期初根系层土壤盐分均对生育期根系层土壤盐分变化有显著影响(P<0.05)。地下水状况与其他各因素的相互作用对生育期根系层土壤盐分变化的影响与水文年型有密切的关系。生育期初根系层土壤盐分随着地下水埋深的增大而指数减小,土壤盐分小于均值的取样点地下水埋深不小于1.60 m。当年均地下水埋深小于2.50 m,不同土层的盐分值和盐分降低速率随地下水埋深的增加而降低。在地下水埋深小于2.50 m的条件下,以概率分布法得出根系层土壤盐分中位数对应的年均适宜临界控盐地下水埋深为1.77 m,土壤盐分远大于中位数或均值的取样点的地下水埋深均小于该埋深。因此,从控盐角度考虑,建议该研究区地下水埋深生育期初应不小于1.60 m,年均地下水埋深应不小于1.77 m。研究结果可为河套灌区通过灌溉制度的设计和排水措施的合理布局控制地下水埋深提供理论依据。

摘要：涉水工程可能导致原有的河道水动力条件改变,进而影响河道行洪能力。研究有无涉水建筑物下河道的行洪风险,对工程维护、河道治理及保障地区防洪安全具有重要意义。基于对河道洪峰流量、初值水位、糙率以及堤防高程4种不确定性因子的随机模拟,分析修建在河流上的输水渡槽在洪水作用下的受力情况,结合河道水面线计算结果,采用常规蒙特卡罗法和基于拉丁超立方抽样的蒙特卡罗法分别计算在有无渡槽情况下的河道行洪风险。结果表明:(1)在渡槽内水位分别为0.5,1.0,1.5,2.0 m的4种工况下,清丰山溪行洪能力相较设计流量1200 m^(3)/s分别下降了36.68%、27.87%、19.00%、10.05%;(2)在无渡槽的情况下,河道行洪风险为0.007;在有渡槽情况的下,上述4种工况对应河道行洪风险依次为0.34、0.045、0.016、0.012;(3)令渡槽内水位处于安全范围内最高值,当清丰山溪流量超过1600 m3/s时,河道行洪风险仍随洪水流量增大显著增加,应考虑报废渡槽以保证河道行洪;(4)常规蒙特卡罗法和基于拉丁超立方抽样的蒙特卡罗方法均适用于评估渡槽对河道行洪风险的影响,后者具有更好的收敛性。综合而言,在河道中修建渡槽对河道本身的行洪能力有负面影响,致使河道的行洪能力低于设计值,河道行洪风险增加,提高渡槽内水位可以在一定程度上减少河道行洪风险。

摘要：为了研究全覆盖人工生态浮岛对于明渠水流水动力特性的影响,该文采用水槽试验的方法,开展了全覆盖人工生态浮岛作用下的水流试验。试验采用泡沫板模拟浮体结构,采用圆木棒模拟浮岛植物的水下根区,同时采用ADV测量水流紊动特性。将全覆盖生态浮岛作用下的水流在垂向上分为靠近水槽底部的间隙层和上方的浮岛层,建立了纵向流速和雷诺应力分布的双层模型,得到了纵向、横向和垂向紊动强度的垂向分布规律,三项紊动强度均在浮岛底部达到最大值,并应用混合层的概念得出了适用于不同浮岛淹没度的入侵深度公式。此外,基于实测数据的频谱分析得出双层交界处存在明显的剪切涡,而浮岛层则主要受到茎干尺度涡的影响,基于象限分析得出了间隙层的内向交互大于外向交互作用,而浮岛层的外向交互大于内向交互作用。

摘要：黄河泥沙主要来源于中游,而水沙灾害在下游最为严重,导致黄河下游河道治理与滩区发展矛盾十分突出。为此,构建了黄河下游水沙演进与洪水风险评估的耦合模型,包括长河段水沙演进的一维模型与局部河段二维水沙演进及洪水风险评估模型。对一维模型,嵌入改进后的动床阻力与水流挟沙力计算公式;对二维模型,采用无结构三角网格,能精确反映主槽及滩区的不规则边界,同时采用有限体积法求解水沙耦合控制方程,并嵌入滩区洪水风险评估模块。采用2017年低含沙洪水过程与2004年高含沙洪水过程分别对不同模块进行了验证。最后采用该耦合模型计算了1958型极端洪水过程中长河段及重点河段的水沙输移过程,并开展了不同治理模式下的滩区洪水风险评估。计算结果表明:1)在当前黄河下游河床边界条件下,洪峰沿程衰减较快。其中夹河滩至高村河段几乎全部漫滩,漫滩历时较长,平均为140 h,漫溢系数平均为1.5,是下游漫滩最严重的河段;2)在现状边界条件下,群众及农作物等受淹对象处于高风险区(风险等级大于0.85)的面积均最大。在防护堤模式下,群众处于高风险区的面积很小,占比仅为23%,但农作物处于高风险的面积较大。在三滩分治模式下,房屋及农作物处于高风险区面积均最小,高滩上仅7.3 km2区域中的人群将处于高洪水风险中。

摘要：部分抽水蓄能电站大坝使用软岩作为坝体填筑料。在开采、填筑和碾压过程中软岩容易发生破碎,颗粒级配和填充关系发生变化,对筑坝料强度和变形特性有较大影响。目前,对软岩筑坝料的颗粒破碎特性的研究还不够充分,与硬岩筑坝料颗粒破碎特性的差异认识还不够全面。对取自某抽水蓄能电站的软岩筑坝料进行了颗粒筛分、颗粒扫描和颗粒破碎试验,比较了软岩与硬岩颗粒破碎模式、分形维数、破碎强度和尺寸效应的差异,分析了颗粒形状和粒径对软岩颗粒破碎模式和破碎强度的影响,量化了软岩颗粒形状与破碎强度的关系。结果表明:软岩颗粒的破碎模式可分为粉碎式、分裂式和混合式3种,其中粉碎式为软岩和低强度硬岩颗粒特有的破碎模式;软岩颗粒破碎产生的碎片尺寸与碎片个数服从分形分布,分形维数为2.198,与灰岩、玄武岩和砂岩相近,略低于大理岩、石灰岩,软岩颗粒破碎表面会产生更多的细小碎片;软岩颗粒的破碎强度显著低于硬岩颗粒,平均Weibull模数为1.48,也低于大多数硬岩颗粒,其破碎强度的尺寸效应和离散性更强;软岩颗粒的破碎模式主要取决于颗粒形状,破碎强度主要取决于颗粒粒径,形状与破碎强度的关系可用所提出的公式定量描述。

摘要：为探明深埋隧洞开挖过程中孔压演化规律、确定三维渗流计算模型的纵向范围取值,以监测断面为中心建立深埋长隧洞整体三维有限元模型。首先,采用隧洞一次性挖穿计算方案,研究施工开挖期孔压消散的时间历程;然后,基于隧洞掌子面推进历程,分析隧洞开挖地下水位线的降低特征与掌子面推进过程中孔压的演化规律;最后,以构建监测断面上完整的孔压演变曲线为目标,研究开挖推进过程中掌子面的前后扰动范围,并最终给出三维渗流计算模型纵向范围取值以及监测断面设置的建议。研究结果表明:1)分步开挖法比一次挖穿法更能反映出掌子面推进过程中渗透孔压的时空演化规律。2)当掌子面推进距离为22.5D(D为洞径)时,掌子面向前扰动范围基本稳定在80D;当掌子面越过监测断面推进到155D时,掌子面向后扰动范围基本稳定在72D。可以看出,构建数值分析模型时需要较大的纵向模型范围,需要将监测断面选择在掌子面的前后影响范围之外,即要求模型纵向范围不小于174.5D。

摘要：锚杆和衬砌是保证地震作用下隧洞围岩稳定的2种重要支护措施。将全长粘结式锚杆分段处理,建立复合加锚岩体单元模型,从物理参数加固和支护反力约束2个方面研究了锚杆对围岩的支护效应,据此提出了锚杆的抗震支护模拟方法。基于动接触力算法,通过模拟衬砌与围岩的动态接触过程,形成衬砌的抗震支护模拟方法。以某引水隧洞工程为例,研究了锚杆和衬砌2种支护措施支护参数的变化对围岩抗震效果的影响。结果表明:地震作用下锚杆和衬砌均具有良好的支护效果,但锚杆支护效果要优于衬砌,并且锚杆、衬砌均存在最优支护参数。计算成果可为地下隧洞的抗震支护优化设计提供科学依据。

摘要：针对抽水蓄能电站取水河段水沙特点提出了拦排沙和停机避沙两种取水防沙方案,将上下水库冲淤与过机含沙量联算,建立取水防沙优化方案数学模型,并应用于多沙河流上的某抽水蓄能电站,定量评估了两种方案的减沙效果。研究结果表明,采取拦排沙工程措施后,该电站的多年平均过机含沙量减小39.7%~44.8%,上水库淤积率减小3.54%,下水库淤积率减小2.11%;采取停机避沙调度方案后,多年平均过机含沙量减小43.6%~44.8%,上水库淤积率减小0.73%,下水库淤积率增加2.02%。两种方案均可将过机含沙量控制在安全范围内,且一定程度上缓解了上水库的库容损失。研究成果可为工程设计提供技术支撑,对相关研究具有指导意义。