专家特约稿

• 堆石混凝土筑坝技术发展与创新综述

  徐小蓉;金峰;周虎;闭忠明;

  堆石混凝土技术是2003年由中国原创的大体积混凝土筑坝技术，突破传统连续级配约束，采用超大粒径骨料堆石和高自密实性能混凝土浇注胶结.近年来，全国堆石混凝土坝工程数量呈现快速增长趋势，已有重力坝115座和拱坝11座(含已建和在建工程),堆石混凝土浇筑总方量超过588万m~3.经过近20年发展，堆石混凝土技术在筑坝材料方面取得了许多突破，如低水泥用量高自密实性能混凝土、红层地区软岩作堆石材料、高寒地区混凝土特殊配合比等.为了发挥堆石混凝土技术的快速施工优势，工程实践中在结构优化、施工工艺、机械设备等方面不断技术创新，其中整体浇筑拱坝技术推动了堆石混凝土拱坝的发展，一体化浇筑技术在防渗层、廊道、斜坡段垫层等部位应用广泛，超厚层堆石混凝土技术成功应用到了北京冬奥会延庆赛区1050塘坝的建设.堆石混凝土技术从零到一，国内外技术标准的不断颁布标志着已形成了完整的技术体系，目前正在开发新一代无人或少人筑坝技术，下一步堆石混凝土将推广到百米级大坝和国外工程.

  2022年02期 v.44;No.185 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1729K]
  

土木水电论坛_水利工程

• 混凝土坝变形缺失信息处理方法研究

  王成;何启;

  混凝土坝的变形监测信息源复杂、多样，变形监测信息不可避免地存在不完整问题，对变形性态的分析造成困难.本文将混凝土坝变形信息的不完整问题划分为单值缺失问题和连续多值缺失问题来处理，针对性地提出了基于非局部平均思想的单值缺失估计方法和基于空间邻近点BP映射的多值缺失估计方法，并由工程实例验证了两种方法的有效性.

  2022年02期 v.44;No.185 12-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 320K]
  

• 基于改进混合蛙跳算法的结构多缺陷反演

  杜成斌;张梁灿;

  将改进混合蛙跳算法与动力扩展有限元法相结合，建立了基于结构振动响应的结构多缺陷反演模型.在混合蛙跳算法中，结合花授粉算法中的转换概率，在更新青蛙个体位置时引入子群内随机个体进行协助搜索，提高算法跳出局部最优的能力；同时引入双中心策略，提高优化算法解的质量.将改进混合蛙跳算法作为缺陷信息反演分析算法，动力扩展有限元法作为数值分析方法计算结构响应，结合二者建立结构多缺陷反演模型.将该模型应用于结构孔洞、裂纹等多种缺陷的反演分析，研究该算法在高斯噪声影响下的鲁棒性.结果表明：结构多缺陷反演模型能够快速准确反演出结构多种复杂缺陷信息，改进混合蛙跳算法相比于经典混合蛙跳算法具有收敛速度快，结果精确度高，鲁棒性强的特点.

  2022年02期 v.44;No.185 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 750K]
  

• 河床地形对面板堆石坝应力变形影响分析

  梁勐;孙屹;吴平;刘斯宏;朱安龙;

  河床地形是影响面板堆石坝应力变形特性的重要因素.应用非线性有限元方法，对坝基倾向下游及河床中部存在凸起的某在建面板堆石坝进行研究，得出存在该地形的面板堆石坝的应力变形规律.结果表明：坝基倾向下游地形会扩大坝体向下游位移区域、增大向下游位移数值并使最大沉降位置向下游偏移；同时会使面板靠近趾板附近产生拉应力；河床中部凸起地形会将坝体位移分布规律在此处分为对称的两个区域，且凸起附近坝体应力等值线较密集，应力数值较大.面板在凸起两侧轴向位移相反，该处面板出现拉应力的同时，垂直缝张开，对止水系统不利.

  2022年02期 v.44;No.185 24-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1019K]
  

• 地基与库水模型对重力坝地震响应的影响研究

  潘子悦;陈灯红;赵艺园;刘云辉;

  采用有限元法构建了一种较为综合的重力坝-地基-库水系统地震响应分析模型.其中，采用黏弹性边界模拟无限坝基，采用等效荷载法实现地震动输入；采用声学单元及无反射边界条件模拟坝-库动力相互作用.以第十五届国际大坝数值分析标准算例研讨会主题A中的Pine Flat重力坝为例研究了该模型的计算精度.以黄登混凝土重力坝12号挡水坝段为分析对象，考虑不同地基尺寸、地基辐射阻尼和库水可压缩性这些因素，分析该重力坝-地基-库水系统地震响应的变化规律.通过与无质量地基及附加质量模型的分析结果进行对比，结果表明：在无质量地基模型中，地基尺寸对大坝加速度响应有较大影响，坝顶加速度在2倍坝高时达到最大；当地基范围扩大时，坝踵点与坝顶点的水平相对位移峰值呈现递增规律，坝体的主拉应力峰值呈现递减趋势.与无质量地基模型的结果相比，考虑辐射阻尼效应模型的坝顶和坝踵的加速度峰值下降了6%～63%,相对位移峰值降低了50%左右，坝体主拉应力峰值降低了50%～60%,主压应力峰值降低了30%～40%.与附加质量模型的结果相比，流固耦合模型在动水压力以及坝踵点与坝顶点的相对位移均有不同程度的降低，水平相对位移峰值减小了13.8%,坝体应力峰值降低幅度大约30%.

  2022年02期 v.44;No.185 30-37+76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1197K]
  

• 再生沥青混凝土黏弹特性实验研究

  徐家伟;叶永;谢旋;

  为研究再生沥青混凝土的黏弹特性，制作了RAP掺量分别为10%、20%、30%、40%的马歇尔试件，并对不同掺量的再生沥青混凝土进行了单轴压缩试验和蠕变试验，分析了不同RAP掺量对再生沥青混凝土抗压强度和蠕变特性的影响.选择3种常见的黏弹性本构模型，利用Origin绘图软件将模型方程与试验曲线进行拟合，得到最优本构模型，并研究其和参数不同荷载强度与不同RAP掺量的关系.结果表明：四参数固体模型相对于其他两种模型可以更好地反映出再生沥青混合料的黏弹特性.研究成果可为再生沥青混凝土的工程应用提供数值计算依据.

  2022年02期 v.44;No.185 38-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 317K]
  

• 船闸闸首混凝土温控防裂研究

  覃茜;颉志强;祁勇峰;

  船闸闸首结构复杂，属于大体积薄壁混凝土，施工期易在底板和输水廊道层等部位产生温度裂缝，影响结构的稳定与运行安全.本文以在建某船闸上闸首为研究对象，通过有限元仿真计算，研究了表面保温、通水冷却和吊空模板等温控措施对底板、输水廊道层温度场和应力场的影响.研究表明：表面保温能降低内外温差和昼夜温差的影响，最大拉应力降幅约0.37 MPa;通水冷却措施能大幅降低后期最大拉应力，最大降幅0.92 MPa;吊空模板能提高输水廊道隔墙层的最小抗裂安全度，最大增幅为0.63.因此，针对闸首需在底板和输水廊道部位采取相应的温控措施，降低结构开裂风险.

  2022年02期 v.44;No.185 43-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 773K]
  

土木水电论坛_灾害与防治

• 基于改进狼群算法的边坡极限平衡稳定性分析方法研究

  马金城;石崇;张一平;张文浩;王乐荣;

  危险滑面的确定与安全系数计算是岩土工程边坡稳定性分析中的经典问题，搜索效率与稳定性系数精度的好坏直接关系到边坡稳定的准确把握与工程决策.首先基于边坡数值模拟计算的应力场，对经典的狼群算法进行改进，采用Python语言编程实现了一种新滑面搜索方法，有效解决了传统搜索方法易陷入局部极限值的缺点，并且可以搜索非圆弧滑面.然后借助一个经典算例和一个工程算例，对方法的可靠性进行了验证与分析.结果表明：改进狼群滑面搜索算法能够轻松高效地得到边坡的最危险滑移面和最小安全系数，潜在滑面与工程推测的滑弧非常接近，相较于传统算法，具有较高的收敛精度和可靠性.研究结果可为边坡稳定性分析提供新的思路和方法.

  2022年02期 v.44;No.185 50-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 659K]
  

• 岩溶分布区地面塌陷成因机制分析——以黔东南某机场飞行区为例

  潘凯;谢春庆;谭洵;吉锋;

  以黔东南某机场飞行区地面塌陷为例，采用现场调绘、工程勘探、物探、岩土试验、数值模拟、权重分析等手段，研究了机场地面塌陷的成因机制，并预测了地面塌陷未来发展趋势.结果表明：飞行区地面塌陷形成机制为地下水渗流潜蚀作用形成的土洞垮塌，地面塌陷具有明显的时间累积效应和空间差异性分布特征，塌陷时间、分布、规模主要受地形、岩性、水文地质条件、岩溶发育程度、机场地势及排水设计等因素的共同影响.在塌陷灾害治理中，应避免盲目扩大处理，需根据塌陷类型、规模、控制因素分区、分类进行，对地面塌陷集中发育的重灾区可按“片”集中处理，对零星塌陷区可按“点”分散处理，以减少处理费用、提高处理效果，研究成果可供类似工程参考.

  2022年02期 v.44;No.185 56-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1115K]
  

• 膨润土与沸石固定磷石膏污染物的效果对比

  陈瑞;陈君廉;谈云志;

  磷石膏中富含磷、氟等有害物质，如迁移到周边环境中，可严重污染水体和土壤，故需要寻求经济可行的方法固定磷石膏中的有害物质.本文选择膨润土与沸石两种强吸附性材料，开展磷、氟污染物吸附效果对比试验.结果表明：磷石膏污染物最大量释放条件时对应的磷石膏与去离子水的最佳固液比为1∶70,最佳振荡时长为120 min.同种条件下，膨润土对磷、氟污染物的吸附效果更好.磷石膏与膨润土按照质量比19∶1混合，然后再按照固液比1∶10与去离子水混合振荡，发现膨润土可显著降低磷石膏中磷、氟含量.

  2022年02期 v.44;No.185 64-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 609K]
  

土木水电论坛_土木工程

• 基于紧密堆积理论水泥基灌浆料配合比研究

  覃森;沙吾列提·拜开依;仲源;

  采用紧密堆积理论对高性能灌浆材料的配合比进行了设计，研究并优化了紧密堆积理论的分布模数n.将10～120目连续级配的石英砂和沙漠砂作为灌浆料的细骨料，利用Andreasen方程与Dinger-Funk方程进行骨料级配优化设计，使得灌浆材料结构内部达到一种较为致密的状态，降低了内部孔隙率，提高了抗压强度.试验研究发现：当分布模数n=0.37时，经Dinger-Funk方程优化后水泥基灌浆材料的颗粒级配更加合理，抗压强度表现更优.

  2022年02期 v.44;No.185 70-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 454K]
  

• 行车荷载与基坑开挖对新建及既有基坑坑底和地连墙的影响研究

  王钰轲;付宏松;马露;

  地铁车站多建于交通繁忙地段，地铁车站基坑的建设受到多因素的耦合作用.为研究耦合作用对基坑稳定性的影响，本文建立行车荷载与地铁基坑开挖工序影响下的道路-新建基坑-既有基坑有限元模型，并对新建基坑及既有基坑坑底、地连墙进行分析.结果表明：行车荷载会引起土体应力重分布，应力主要分布在新建基坑附近；行车荷载与不同开挖工序主要对新建地连墙中上部有较大影响；新建基坑第一层土体开挖对既有基坑坑底变形影响较大；支护结构的设立可以有效减少基坑开挖对周边土体变形的影响.

  2022年02期 v.44;No.185 77-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 691K]
  

• 高温下钢筋混凝土梁热应力研究

  周鹏;李扬;张江昆;

  为探究升温过程中混凝土与钢筋因膨胀变形差异产生的热应力，利用原位补偿法测出混凝土组成材料在30～300℃区间内的相关力学参数，基于Mori-Tanaka法推出混凝土线膨胀系数，导出理论热应力值.并且通过实测钢筋的约束应变得到钢筋混凝土梁在温度梯度下的热应力.试验结果表明：水泥砂浆和石灰石的线膨胀系数随着温度的升高整体呈上升趋势，而弹性模量、泊松比反之；超过100℃后，梁内混凝土受到钢筋施加的拉应力，且拉应力随温度的升高而增大；在300℃时，热应力达144 MPa.其导致的钢筋与混凝土黏结性能及相关材料力学性能的退化在设计中应予以重视.

  2022年02期 v.44;No.185 83-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 510K]
  

机电工程

• 液柱分离状态下水锤二次升压现象计算与研究

  富友;解朝蓬;蒋劲;

  结合欧拉-欧拉双流体模型与非恒定摩阻模型，建立了一种高精度、高时效的水锤计算方法.通过数值模拟与试验结果的对比，表明该方法能够较为准确地预测水锤波的波动与衰减规律.利用该方法分析液柱分离水锤中的二次升压现象，并结合管道中压力波的叠代过程，阐述了液柱分离水锤中产生的二次升压现象是两种升压波的叠加所致.探讨了系统参数与二次升压值的关联，结果表明：当边界压力约为Joukowsky升压的0.8倍，二次升压值会取得极值，并随边界水头的增大呈现先增大后减小的趋势；二次升压值随着初始流速、水锤波速和管道长度的增大而增大.

  2022年02期 v.44;No.185 88-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 729K]
  

• 水轮发电机主轴轴承油雾收集处理装置流场模拟与仿真

  李忠凯;徐翔;秦红玲;赵益俊;

  为了保证水轮发电机组的正常运行，需要在主轴轴承位置设置油池进行润滑.然而，油池长期处于高温环境中，导致润滑油挥发而产生油雾，从而造成设备老化、电子元器件失效、环境污染等一系列问题，需要及时对产生的油雾进行处理.针对该问题，目前已经从原理上设计出相应的油雾处理装置，但其性能还有待进一步验证.为此，本文以所设计的水电站水轮发电机轴承油雾收集处理装置为原型，构建其三维模型，并利用Fluent软件对油雾流场进行数值模拟和仿真，分析了主轴恒定转速下，油雾粘度、进出口结构对压力和流速的影响，论证了该装置的可行性，并为其结构优化提供了理论支持.

  2022年02期 v.44;No.185 95-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 662K]
  

• 面向变电站智能消防机械臂的高精度运动学模型研究

  汤锦慧;伍发元;辛建波;郑晓东;薛霜思;

  为了解决变电站智能消防前端执行机构灵活性不足、定位精确度低等问题，本文建立了面向变电站智能消防机械臂高精度运动学模型.首先将机械臂通过主体结构简化，转换为刚体连杆模型，并基于Denavit-Hartenberg法的齐次变换矩阵来描述机械臂相邻两连杆的空间关系与运动轨迹.接着在此基础上，提出一种利用机械臂连杆模型几何约束关系，并针对智能消防系统中使用的四自由度机械臂，进行了正向与逆向运动学分析与求解，可在解算前判断机械臂能否到达预期位姿.该模型的计算过程不仅避免了复杂的矩阵运算，而且有效地解决了机械臂逆运动学高精度控制问题.最后，完成了系统机械臂的运动仿真实验，验证了本文所提运动学模型的精确性.

  2022年02期 v.44;No.185 100-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 300K]
  

• 基于小波和分块同态滤波的变光照图像增强方法

  陈法法;刘莉莉;杨蕴鹏;陈保家;肖文荣;

  为提高变光照情境下图像质量，针对部分图像存在亮度不均、对比度低的问题，提出了基于小波与分块同态滤波的图像特征增强算法.首先将图像从原始色彩空间转换为HSV空间，以图像亮度分量V作为增强对象；然后利用小波变换代替分块同态滤波中的传统傅里叶变换对亮度分量分解，并对小波分解的子图像进行分块后进行高通滤波处理，对滤波后的图像进行合并、重构从而实现特征增强.实验结果表明，本文算法对变光照情境下的图像增强效果明显，有效校正了图像的整体亮度，显著提高了图像的细节对比度.

  2022年02期 v.44;No.185 107-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 962K]
  
下载本期数据