2012年6月第3期（总第133期）

(双月刊)
目 次

预应力钢-混组合梁界面滑移性态试验研究…………………………胡少伟，赵新铭，梅振华，叶祥飞(1)
再论瓯江口拦门沙回淤及治理研究……………………………………………左利钦，陆永军，李浩麟(6)
动水域进行静水航速试验的测算方法……………………………………………………许光祥， 陈 希(14)
引洮工程封闭渡槽输水期间热力耦合分析…………………陈 武，张东，李双洋，张明义，裴万胜(20)
不连续宽级配河床垂线流速分布试验研究……………………………………魏 丽，卢金友，徐海涛(26)
利用真空脱水工艺提高水工混凝土抗裂性……………………………………………张燕迟，欧阳幼玲(32)
溃坝水流模拟方法的对比分析……………………………………………………肖 潇，吴时强，程永舟(37)
非淹没丁坝端坡对附近水流结构的调整作用…………………………………于守兵，陈志昌，韩玉芳(44)
混凝土氯离子扩散系数时变性规律与计算模型适用性分析…………………吴 烨，朱雅仙，刘建忠(50)
加装稳定翼的海上风电大直径单桩基础数值仿真………李 炜，郑永明，孙杏建，罗金平，赵生校(56)
土体Ⅱ型断裂韧度测试方法研究………………………………………………邓文杰，王俊杰，张慧萍(64)
陡坡后消力池内水跃的数值模拟………………………………………………葛旭峰，王长新，李 琳(70)
长峰不规则波数值模拟的相关问题………………………………………………石爱国，刘 可，李 理(75)
透水模板结合真空脱水工艺在船闸混凝土中的应用…………………………孔繁龙，钱文勋，陈迅捷(83)
LNG项目取水结构波压力物理模型试验………………………………………岳永魁，潘军宁，王登婷(87)

南京水利科学研究院重大成果介绍

“提高海工混凝土结构耐久性寿命成套技术及推广应用”成果简介……………………………………(92)
HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
(Bimonthly)
Jun. 2012 No.3 (Total No.133)
CONTENTS

Experimental study on interface slip behavior of prestressed steel-concrete composite beam
……………………………………………HU Shao-wei，ZHAO Xin-ming，MEI Zhen-hua，YE Xiang-fei(1)
Further study on back silting and regulation of mouth bar in Oujing esturary
………………………………………………………………………ZUO Li-qin，LU Yong-jun，LI Hao-lin(6)
Estimating methods for still-water navigation speed in flowing water
…………………………………………………………………………………XU Guang-xiang，CHEN Xi(14)
Coupled thermo-mechanical analysis of a closed aqueduct of the Gansu Tao Diversion Project during operation
…………………………CHEN Wu，ZHANG Dong，LI Shuang-yang，ZHANG Ming-yi，PEI Wan-sheng(20)
Experimental study on vertical velocity profile of river bed surface with discontinuous wide-grading sediment
…………………………………………………………………………WEI Li，LU Jin-you，XU Hai-tao(26)
Successful application of a vacuum dewatering process to increasing crack resistance of hydraulic concrete
……………………………………………………………………ZHANG Yan-chi，OUYANG You-ling(32)
Comparative analysis of simulation method for dam-break flow
…………………………………………………………XIAO Xiao，WU Shi-qiang，CHENG Yong-zhou(37)
Impacts of head slope of non-submerged spur dike on flow structure
…………………………………………………………YU Shou-bing，CHEN Zhi-chang，HAN Yu-fang(44)
Time variation of concrete chloride diffusion coefficients and applicability analysis of the calculation models
……………………………………………………………………WU Ye，ZHU Ya-xian，LIU Jian-zhong(50)
Numerical simulation of a new type of largediameter monopile with wings for offshore wind turbine structure
……………………LI Wei，ZHENG Yong-ming，SUN Xing-jian，LUO Jin-ping，ZHAO Sheng-xiao(56)
A study of a test method for mode Ⅱ fracture toughness of soil mass
………………………………………………………DENG Wen-jie，WANG Jun-jie，ZHANG Hui-ping(64)
Turbulence model of hydraulic jump in a post-steep plunge pool
……………………………………………………………………GE Xu-feng，WANG Chang-xin，LI Lin(70)
On numerical simulation of long-crested irregular waves
…………………………………………………………………………………SHI Ai-guo，LIU Ke，LI Li(75)
Application of vacuum dewatering method with controlled permeability formwork technology to ship lock concrete
………………………………………………………KONG Fan-long，QIAN Wen-xun，CHEN Xun-jie(83)
Model tests of wave pressures on water intake structure of LNG project
…………………………………………………………YUE Yong-kui，PAN Jun-ning，WANG Deng-ting(87)

NEWS ………………………………………………………………………………………………………(92)
预应力钢-混组合梁界面滑移性态试验研究
胡少伟¹， 赵新铭²， 梅振华²， 叶祥飞¹
(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 南京航空航天大学 土木工程系， 江苏 南京 210016)

摘要：预应力组合梁作为一种新型的结构，其承载力影响因素众多.受外荷载时，预应力钢-混组合梁的混凝土翼板和钢梁不可能实现完全共同作用，交界面处会发生相对滑移，对其受力性能产生不利影响，因此有必要对预应力组合梁的界面滑移进行深入研究.根据预应力钢-混组合梁界面滑移的试验结果，分析了钢-混组合梁界面滑移的分布和发展规律，界面滑移随荷载的增大而增大，在组合梁的弹性工作阶段变化较慢，弹塑性阶段增加较快；相对滑移会导致钢和混凝土交界面上产生应变差.

关键词：预应力钢-混组合梁； 界面滑移； 试验研究
再论瓯江口拦门沙回淤及治理研究
左利钦， 陆永军， 李浩麟
(南京水利科学研究院 水文水资源及水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029)

摘要：分析了瓯江口拦门沙在自然状态下、一期整治工程实施后的泥沙回淤情况，分析表明影响拦门沙回淤的主要因素为周边滩面上的风浪掀沙和上游洪水来沙.在泥沙回淤验证的基础上，应用波流共同作用下的二维泥沙数学模型，研究了拦门沙航道二期整治工程效果，预测了正常水文条件下的泥沙回淤及台风期骤淤.整治工程具有减少风浪掀沙和归顺水流等作用，取得了较好的整治效果，正常水文条件下减淤幅度为14.1%~23.1%，台风期减淤幅度为23.3%~35.7%.

关键词：拦门沙； 回淤； 航道整治； 瓯江口
动水域进行静水航速试验的测算方法
许光祥， 陈 希
(重庆交通大学 重庆 400074)

摘要：受条件限制，某些河道的静水航速实船测试不得不在动水域进行.由于动水域水面坡降的存在，船舶推力需克服坡降阻力而不能全部为航行提供动力，对水航速代替静水航速会造成一定偏差.通过在澜沧江动水域进行的静水航速实船测试试验，提出了阻力平衡法和阻力同比法以修正静水航速，两种修正方法结果差异不大，而阻力同比法更为简略.理论和实例分析表明，对水航速是否能代替静水航速取决于坡降阻力所占船舶推力比例的大小.

关键词：动水域； 实船试验； 对水航速； 静水航速； 坡降阻力； 阻力平衡法； 阻力同比法
引洮工程封闭渡槽输水期间热力耦合分析
陈 武¹， 张 东²， 李双洋¹， 张明义¹， 裴万胜¹
(1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室， 甘肃 兰州 730000； 2. 甘肃省水利水电勘测设计研究院， 甘肃 兰州 730000)

摘要：引洮工程位于甘肃省季节性冻土地区，基于甘肃引洮供水工程沿线封闭渡槽在全年正常输水运行时的环境温度条件，根据传热学及有限元基本理论，建立了寒区封闭渡槽热力耦合分析的有限元数值模型，对其全年正常运行过程中的温度及热应力分布规律进行了数值研究.结果表明：在全年正常输水运行条件下，引洮工程封闭渡槽在长期运行过程中由于水温和气温所造成的温差均能在渡槽截面的横向、竖向及纵向产生很大的拉应力，其值均超过了混凝土的抗拉强度（1.43 MPa），且全年大部分时间内渡槽壁面内外的温差都很大，在渡槽腹板和底板都将产生较大拉应力，因而存在一定的开裂风险，会在渡槽的长期运行中留下安全隐患，应引起设计、施工及运营部门的重视.

关键词：寒区； 封闭渡槽； 热力耦合； 热应力
不连续宽级配河床垂线流速分布试验研究
魏 丽^1，2， 卢金友³， 徐海涛³
(1. 中国科学院 山地灾害与地表过程重点实验室， 四川 成都 610041； 2. 中国科学院 水利部成都山地灾害与环境研究所， 四川 成都 610041； 3. 长江水利委员会长江科学院， 湖北 武汉 430010)

摘要：不连续宽级配床沙在天然河道中广泛存在，作为非均匀沙的特殊类型，其床面水流特性与一般意义上的非均匀床面相比具有不同的特性.以不连续宽级配床沙为例对其床面垂线流速结构进行了试验研究，结果表明不连续宽级配近底床面垂线水流结构出现S型转折，S型位置与水流强度和床面形态有关.并提出了基于近底S型的水流垂线流速分段表示的流速公式及垂线流速S型平均转捩位置的计算公式.

关键词：不连续宽级配床面； 垂线流速； S型流速
利用真空脱水工艺提高水工混凝土抗裂性
张燕迟， 欧阳幼玲
(南京水利科学研究院 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：为探讨真空脱水工艺对水工混凝土抗裂性能的影响，研究分析了混凝土经真空脱水工艺处理后的水胶比、孔结构、干缩变形和强度的变化，以及高抗冲磨性能真空混凝土配合比特点对降低混凝土放热的作用，说明了真空混凝土的脱水密实作用可明显增强水工混凝土抵抗表层变形开裂的能力.工程实例表明真空脱水工艺对水工混凝土表面裂缝具有明显控制作用.

关键词：水工混凝土； 真空脱水； 抗裂
溃坝水流模拟方法的对比分析
肖 潇¹， 吴时强¹， 程永舟²
(1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029； 2. 长沙理工大学， 湖南 长沙 410114)

摘要：采用FLUENT软件与光滑粒子流体动力学法(SPH)分别对溃坝水流进行数值模拟，对比分析溃坝水流的流动形态、流速及水位变化.结果表明，两者较为一致地反映了溃坝水流的流动过程及流体的速度场，其中SPH方法能精确地捕捉自由液面，所得自由水面附近结果更为准确；FLUENT所计算的流速、水位等数据更加精确，能很好地体现水流的表面张力.分析两种方法各自的优缺点和适用性，使其在面对复杂的工程实际问题时发挥更大的作用，促进溃坝洪水数学模型的应用与发展.

关键词：溃坝； SPH； 自由面； VOF模型
非淹没丁坝端坡对附近水流结构的调整作用
于守兵¹， 陈志昌²， 韩玉芳²
(1. 黄河水利科学研究院 水利部黄河泥沙重点实验室， 河南 郑州 450003； 2. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

摘要：为了研究非淹没丁坝端坡对水流结构的调整作用，采用水槽试验和三维浅水模型相结合的方法，比较丁坝阻水面积相等条件下端坡系数分别为0，3，5和7时丁坝附近的表层平面流场、底层平面流速分布和底层切应力分布情况.结果表明：(1)端坡系数的增加使得丁坝下游表层相对回流长度和相对回流宽度减小；(2)端坡的存在能够显著减小底层平面强相对流速范围和强相对切应力范围，且端坡系数越大效果越明显.

关键词：非淹没； 丁坝； 端坡； 水流结构
混凝土氯离子扩散系数时变性规律与计算模型适用性分析
吴 烨¹， 朱雅仙²， 刘建忠¹
(1. 江苏省建筑科学研究院有限公司 高性能土木工程材料国家重点实验室， 江苏 南京 210008； 2. 南京水利科学研究院 水利部水工新材料工程技术研究中心， 江苏 南京 210029)

摘要：通过自然渗透试验直观展现了氯离子在混凝土中的扩散过程，研究了试验过程中氯离子扩散系数的计算模型.结果表明：氯离子向混凝土内部扩散是物理化学综合作用的复杂过程，其扩散系数是与时间相关的函数，衰减系数与胶凝材料种类、水胶比和暴露环境有关；由模型Ⅱ得出，养护时间与浸泡时间对计算混凝土短期浸泡试验氯离子扩散系数的影响不能忽略，而对长期浸泡试验，即当浸泡时间远大于养护时间时，其影响可以忽略.

关键词：混凝土； 氯离子扩散系数； 计算模型； 时变性
加装稳定翼的海上风电大直径单桩基础数值仿真
李 炜，郑永明，孙杏建，罗金平，赵生校
(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院， 浙江 杭州 310014)

摘要：针对海上风电机组大直径单桩基础水平位移不易控制等问题，提出了一种加装稳定翼的单桩结构型式.通过在近地表（泥面）一定范围内〖JP〗的桩身设置一组翼板，充分利用浅层桩前土的抗力，增强了基桩水平承载性能.借助数值仿真计算结果，采用指数拟合法、四阶多项式拟合法对水平荷载与基桩水平位移关系进行拟合，进而求解单桩水平极限承载力.结果表明，四阶多项式拟合法精度更高；加装稳定翼的单桩水平位移及桩身最大弯矩明显降低，单桩水平极限承载力显著增强，稳定翼安装位置会对基桩水平承载力的提高效果产生影响.该结构形式可推广到其他海上风电基础结构小直径钢管桩的桩型改良中，有利于减小相应的材料成本及施工成本.

关键词：海上风电； 单桩； 稳定翼； 水平承载力
土体Ⅱ型断裂韧度测试方法研究
邓文杰^1，2， 王俊杰^1，2， 张慧萍^1，2
(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 省部共建水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074)

摘要：Ⅱ型断裂破坏是土体断裂破坏的基本类型之一，Ⅱ型断裂韧度的测试方法是目前研究土体Ⅱ型断裂破坏性状的难点.首先介绍了各种Ⅱ型断裂韧度测试方法的基本原理和方法，然后针对土体的特点，分析了各种方法用于测试土体断裂韧度的可行性和可靠性.重点分析了前人用于测试土体Ⅱ型断裂韧度的非对称四点弯曲试验方法，在此基础上，提出了一种新的土体Ⅱ型断裂韧度测试方法.新方法采用结构简单、易于制样的单侧开缝方形土饼试样，直接施加剪切荷载，使得试样在纯Ⅱ型加载条件下发生断裂破坏，从而确保了试验结果的可靠性.

关键词：土体； 断裂破坏； Ⅱ型断裂韧度； 试验方法
陡坡后消力池内水跃的数值模拟
葛旭峰¹， 王长新²， 李 琳²
(1. 陕西省水利电力勘测设计研究院， 陕西 西安 710001； 2. 新疆农业大学 水利与土木工程学院， 新疆 乌鲁木齐 830052)

摘要：利用三维RNG k-ε紊流模型和体积率（VOF）跟踪自由水面的方法，对4种不同工况、相同坡角的陡坡后消力池内的水跃特性进行了数值模拟，并与模型试验结果进行了对比.结果表明，不同工况下消力池内水面线特征、流速和水跃长度与模型试验吻合较好，陡坡后消力池内淹没水跃长度大于自由临界水跃长度.同时，数值计算与试验结果均表明，陡坡后消力池内水跃长度不能按照平底矩形水跃长度计算公式进行计算，必须考虑淹没度的影响，从而有效避免陡坡后消力池设计中的不足.

关键词：陡坡； 消力池； RNG k-ε模型； 水跃； 数值模拟
长峰不规则波数值模拟的相关问题
石爱国， 刘 可， 李 理
(海军大连舰艇学院， 辽宁 大连 116018)

摘要：针对波浪数值水池研究现状，提出了长峰不规则波数值波浪水池研究亟待解决的3个问题：海浪谱的拓展、波能衰减机理讨论及长峰不规则波数值模拟精度评价标准.基于黏性数值波浪水池技术，以文氏海浪谱为目标谱，对深水长峰不规则波进行了数值模拟；分析了数值模拟中波能衰减的主要原因，并提出了基于优化网格生成和离散格式的减小衰减的方法；根据《水面船模耐波性试验规程》对数值模拟结果进行了误差计算，并提出了适用于不规则波数值模拟评价标准的建议.

关键词：海浪谱拓展； 波能衰减； 评价标准
透水模板结合真空脱水工艺在船闸混凝土中的应用
孔繁龙¹， 钱文勋²， 陈迅捷²
(1. 扬州市航道管理处， 江苏 扬州 225003； 2. 南京水利科学研究院 水利部水工新材料工程技术研究中心， 江苏 南京 210029)

摘要：针对船闸混凝土工程，以室内试验研究和现场工程应用相结合的方法，探讨透水模板结合真空脱水工艺对混凝土外观质量、表层强度、抗冲磨性能和抗渗性能的影响.结果表明，在不改变混凝土配合比的前提下，透水模板衬垫结合真空脱水工艺可有效降低混凝土表层水胶比，提高混凝土密实性，改善混凝土外观质量；同时提高混凝土抗冲磨性能和混凝土抗渗性能.

关键词：船闸混凝土； 透水模板； 真空脱水； 工程应用
LNG项目取水结构波压力物理模型试验
岳永魁^1，2， 潘军宁³， 王登婷³
(1. 广州控股能源研究中心， 广东 广州 510623； 2. 中海石油深圳天然气有限公司， 广东 深圳 518040； 3. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

摘要：对某液化天然气（LNG）接收站取水结构采用1：36.5比尺进行了多种水位（100年一遇高水位，50年一遇高水位，设计高水位，设计低水位和50年一遇低水位）与不规则波组合作用下的波浪物理模型试验.试验过程中测量了取水口戽头及第1节方涵的波压力，分析了取水量对波压力的影响以及不同水位条件下取水口戽头及第1节方涵波压力的变化规律.取水条件按照一期取水量（27 600 m³/h）、二期取水量（55 200 m³/h）与不取水3种工况考虑.试验结果表明，随着水位的降低，各点测得的波压力呈现出明显的增大趋势；不同取水量条件下，各点测得的波压力相差不大，最大相差幅度为5%~8%.

关键词：取水口； 波压力； 波浪； 物模试验