水利水电技术
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2020年 51卷 1期
刊出日期 2020-01-01

水文水资源
泥沙研究
水工建筑
水环境与水生态
水力学
工程地质
水工材料
第十三届全国土力学及岩土工程学术大会专栏
中国水利学会2019学术年会特邀报告(选登)
中国水利学会2019学术年会特邀报告(选登)
1 胡春宏,张晓明
黄土高原水土流失治理与黄河水沙变化
"黄河流域治理,重在保护,要在治理"。明晰黄土高原生态治理成效及其影响下的黄河水沙关系变化,有助于为黄河水沙关系协调提供科技支撑。通过梳理黄土高原水土流失治理历程及措施变化,辨析了治理措施的减沙效应。研究表明:(1)黄土高原历经五个典型治理阶段,主色调由黄变绿,下垫面发生不可逆的变化;(2)2000年以来,主要产沙区汛期雨量偏丰且极端降雨增加,而黄河沙量相对1919—1959年锐减了85%,中游中常洪水发生频次降低,下游河道由淤积转为冲刷;(3)林草、梯田和淤地坝减沙成效显著,溃损淤地坝淤积泥沙出库比<15%,难以发生"零存整取"现象;(4)与历史极端降雨事件相比,2000年后相似降雨条件下,典型流域次洪水量和沙量分别减少30%~78%、53%~88%,水土保持成效显著;(5)新水沙情势下应适时调整黄土高原水土流失治理格局,并完善水沙调控体系,改造下游河道,解放滩区。
2020 Vol. 51 (1): 1-11 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [ PDF 2039KB] ( 5 )
第十三届全国土力学及岩土工程学术大会专栏
12 叶帅华,黄安平,高升
兰州某地铁车站深基坑开挖变形特性及环境影响分析
针对兰州城区工程地质水文条件复杂的问题,为了研究该地区地铁车站深基坑开挖过程中支护结构的变形受力特点和对周边环境的影响,以迎门滩站深基坑工程为典型案例进行分析。该车站基坑所在区段属黄河漫滩区,地铁穿过地层主要为卵石土,水位5~8 m。该基坑围护结构采用钻孔灌注桩+钢管内支撑体系。采用PLAXIS 3D有限元分析软件对该基坑建立三维有限元计算模型,土体本构模型采用土体硬化(HS)模型,依据工程实际开挖工况进行分部开挖计算,根据计算结果对桩撑式支护结构的变形和受力及基坑周边地表和地下管线的变形进行了分析。结果表明:围护桩的变形量、地表沉降量和管线位移量会随着基坑开挖深度的增加有逐渐累积的趋势,但在架设内支撑并施加预应力后,这些变形量的增速会减缓甚至变形量会减小。内支撑施加预应力之后自身轴力会有较大增加,之后基本保持不变,对其他内支撑轴力的影响较小。各变形量均在控制范围之内,满足设计和环境要求,表明该深基坑采用的钻孔灌注桩+钢管内支撑支护体系设计合理。研究成果可为后续黄土地区类似地铁车站深基坑工程建设提供一定的参考依据。
2020 Vol. 51 (1): 12-22 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [ PDF 1329KB] ( 9 )
23 韦秀东,卢继忠,李泽江,徐复兴,傅旭东
抗滑桩滑坡推力及桩前抗力设计计算
滑坡具有发生频率高、灾害损失严重等特点,合理计算抗滑桩滑坡推力及桩前抗力对于滑坡治理具有重要意义。滑面抗剪强度参数c、φ的设计值是根据少数钻孔取样进行试验得到或根据经验取值,不能代表滑面的平均抗剪强度,导致滑坡稳定安全系数及相应的滑坡推力曲线计算结果与实际情况存在差别。单排抗滑桩设计计算时通常不考虑桩前抗力,双排或多排抗滑桩滑坡推力的分配尚无相关规定,造成了抗滑桩滑坡推力及桩前抗力设计计算不合理。通过理论分析、数值模拟和工程应用等手段对滑坡稳定性状态及相应的滑坡推力曲线、单排抗滑桩滑坡推力与桩前抗力计算、双排抗滑桩滑坡推力分配等进行研究。研究得出:滑坡体处于极限平衡状态的判定依据为滑坡末端条块剩余滑坡推力T_n=0和滑坡体天然边坡稳定系数K=1.0,两个条件需同时满足;单排抗滑桩滑坡推力及桩前抗力设计计算中,当滑坡天然稳定系数K≥1.0时,采用实际c、φ求得的设计滑坡推力与实际滑坡推力之差作为抗滑桩桩上的设计值能保证滑坡的稳定;当K<1.0时,应采用实际c、φ求得的设计滑坡推力曲线与桩前剩余抗滑力之差作为抗滑桩设计值。提出的考虑桩前土体剩余下滑力的设计计算方法能使双排抗滑桩更合理地分配滑坡推力。研究成果对抗滑桩的设计计算具有一定参考价值。
2020 Vol. 51 (1): 23-31 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [ PDF 1171KB] ( 14 )
32 蒋庆,孙克国,周慧超,肖支飞,李涛,周荣征
超大断面小净距隧道方案优化研究
针对超大断面小净距隧道在施工效率和稳定性方面的矛盾,为了实现此类隧道的安全、快速修建,依托济南二环南路东延线浆水泉隧道工程,采用数值分析、现场实测与验证等方法,以特征点沉降、夹岩应力、初支安全度和屈服接近度四个物理量为评判指标,对不同方案的超大断面小净距隧道产生影响,按影响程度由大到小排序为两台阶法>三台阶法>CD法>CRD法>双侧壁导坑法,但多指标的影响度显示双侧壁导坑法未显著优于CD法和CRD法;从施工效率方面综合考虑,建议选用CD法进行施工。现场实践表明:CD法施工方案可以满足该段的围岩稳定性要求,从而有效缩短工期、降低成本,产生较好的经济效益和社会效益。基于多指标分析所形成的优化方法和实践经验可为类似地质条件下的超大断面小净距隧道的设计和施工提供技术和理论指导。
2020 Vol. 51 (1): 32-38 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [ PDF 1219KB] ( 6 )
39 段国军,张顺福,介玉新
滤网孔径和层数对反滤保土效果的影响分析
针对土工织物反滤层的反滤保土性问题,采用滤网代替土工织物的孔隙,利用颗粒流程序对无黏性基土-滤层的反滤过程进行二维离散元数值模拟。依次研究了单孔、单层和多层滤网在不同孔径比O/d下的反滤保土效果。对比不同孔径比O/d下反滤稳定后的基土颗粒形态,绘制反滤稳定的力链图,分析颗粒间接触力的分布,从细观上解释滤层保土性的原因,进一步计算颗粒流失率,分析滤层孔径及层数对保土性的影响规律。结果表明:孔隙附近颗粒成拱是滤层发挥保土性的原因,孔径比O/d过大会降低颗粒拱的稳定性导致保土性下降;颗粒间接触力的分布细观上验证了颗粒的拱效应,多层滤网层间截留颗粒仍可与滤网一同增加滤层的保土性;滤层孔径较大时,增加滤网层数能够在一定程度上弥补保土能力的不足。
2020 Vol. 51 (1): 39-45 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [ PDF 4616KB] ( 9 )
水文水资源
46 孙晓英,王俊英,刘军梅,杨扬,陈峰,姚旭初
北京城市副中心防洪风险研究
北京城市副中心规划防洪标准为100a一遇,其流域上游规划2座中型水库、50余处蓄滞洪区尚未建成,副中心周边防洪工程距离规划标准差距较大,导致副中心防洪安全难以保障。针对副中心来自上游的外来洪水压力大、区内防洪工程不达标等问题,采用一维、二维数学模型,分别对区域洪水风险、穿越副中心的北运河漫溢造成的淹没风险,以及副中心周边三条干流河道堤防不达标造成的防洪风险进行模拟计算和具体分析。结果表明:流域上游洪水不经有效拦蓄下泄后,将导致北运河干流100a一遇洪峰流量增加33%;同时,副中心周边三条河道均存在堤防安全风险。其中北运河发生100a一遇洪水时,即使区内宋庄蓄滞洪区建成启用,仍将有2 590万m~3洪水从3 km无堤段漫溢,并淹没副中心核心区0.2~2 m深。风险研究结果还表明,一旦近期通州境内宋庄蓄滞洪区、温潮减河分洪道等规划工程建成后,将有效降低城市副中心的部分防洪风险。研究成果对保障副中心防洪安全的规划工程实施安排及防汛抢险安排具有重要指导意义。
2020 Vol. 51 (1): 46-56 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [ PDF 2325KB] ( 20 )
57 孔锋
地球工程对全球陆地极端降雨影响的空间分异研究
地球工程应对气候变暖已成为近年来学界广泛讨论的焦点问题之一。基于BNU-ESM模式数据,采用百分位数阈值方法界定强降雨和极端强降雨事件,从气候态特征、变化趋势和波动特征三个角度对比分析了地球工程情景(G4试验)和非地球工程情景(RCP4.5)下全球陆地强降雨量和极端强降雨量的空间分异特征。结果表明:(1)在气候态特征上,地球工程实施并未从根本上改变强降雨和极端强降雨量的空间高低分异格局,仅数值上有所差异。两种情景下气候态差异特征表明地球工程在2020—2069年实施期间对北(南)半球以抑制(促进)作用为主,而在2070—2099年实施结束后对北(南)半球以促进(抑制)作用为主。地球工程实施结束后相比实施期间促进了全球多数地区的强降雨和极端强降雨量。(2)在变化趋势上,两种情景下的强降雨量变化趋势在2020—2069年存在一定差异特征,而在2010—2099年和2070—2099年具有较高的一致性。两种情景下的极端强降雨量变化趋势则在2020—2069年和2070—2099年呈现出异质性。两种情景下变化趋势差异特征表明, 2070—2099年地球工程均促进了强降雨和极端强降雨量增加趋势。强降雨和极端强降雨量在地球工程实施前后均具有不同的区域性特征。(3)在波动特征上,地球工程实施不同阶段强降雨和极端强降雨量波动特征的空间高低分异格局相差不大,仅数值上有一定差异。两种情景下波动差异表明地球工程实施不同阶段均减小了强降雨量的波动特征。但极端强降雨量则在2020—2069年和2070—2099年呈现出相反的波动差异特征。地球工程情景下实施结束后的波动特征明显高于实施期间。
2020 Vol. 51 (1): 57-69 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [ PDF 3668KB] ( 8 )
70 杨芬,王萍,黄大英,游进军,马真臻
基于调配管理的北京市多水源水量联合调度研究
针对北京市复杂供水系统多水源联合调配与管理,依据最严格水资源管理制度,在规划用水总量控制红线和用水效率控制红线管控下,充分考虑水行政主管部门调配管理目标与约束,绘制了基于水源-工程-单位(水管系统)-用户的多维嵌套北京市供水网络拓扑结构,建立了北京市多水源联合调度模拟模型,实现了用水管控、水源配置、水量调度统筹的多水源联合调度。计算结果表明:2019年全市用水管控39.6亿m~3,考虑输水损失和干流补水后,由本地新水供水20.3亿m~3,利用再生水11.5亿m~3,调用南水北调水9.7亿m~3;在现状工程条件下,为满足城市生活与工业用水和城区重点区域河湖基本生态需求,可充分调配南水北调水约9~10亿m~3;通过加大调水可进一步恢复本地水源储备和改善河湖生态环境。研究成果可为水行政主管部门开展日常水量调配工作提供技术支撑。
2020 Vol. 51 (1): 70-76 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [ PDF 797KB] ( 9 )
77 蔡鸿昆,雷添杰,程慧,汪洋,陈文晋,李明宇
旱情监测指标体系研究进展及展望
干旱监测指标作为干旱研究的基础与关键,仍存在缺乏有效的分类与使用等问题,为进一步明晰旱情监测指标分类及旱情监测指标分析的不足,通过对旱情监测指标的科学梳理与总结,系统的对旱情监测指标体系进行了归类工作,将旱情监测指标分为气象干旱指标、水文干旱指标、农业干旱指标、社会经济干旱指标、生态干旱指标及综合干旱指标,总结和对比了现有旱情监测指标分类和指标本身的不足。在此基础上,基于干旱研究的未来发展诉求,提出了探索指标深度广度、完善指标动态监测功能、强化指标时空耦合性、耦合多模型多模
70 杨芬,王萍,黄大英,游进军,马真臻