2013年10月第5期（总第141期）

(双月刊)
目 次

通州沙和白茆沙12.5 m深水航道整治方案试验研究
………………………………………………………杜德军，夏云峰，吴道文，闻云呈，徐华，张世钊(1)
天然连续弯道中水流运动的三维数值模拟……………………………………吕岁菊，冯民权，李春光(10)
高土石坝施工进度综合优化及其遗传和声算法……………………………………………刘东海，高歌(17)
峡江枢纽截流河道水力特性数值模拟…………………麻夏，张洁，陈九灵，万迪文， 张小兵，计勇(26)
实时动态耦合模型及其在洪水风险图中的应用…………………………………付成威，苑希民，杨敏(32)
锚索索力损失对预应力闸墩动态特性的影响……………………………李火坤，何小敏，刘鹏，杨敏(39)
含水率及加载速率对纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性的影响
………………………………………………………………苏安双，宁逢伟，韩旭东，丁建彤，蔡跃波(46)
海工码头结构混凝土耐久性检测与评估……………………………………………赵晖，张亚梅，明静(54)
瓯江口内外潮汐不对称研究…………………………………………………………………李谊纯，徐群(61)
基于ARIMA-RTA组合模型的海堤工程沉降预测………………………………秦鹏，苏怀智，沈跃军(66)
导流洞堵头力学效应及设计影响因素分析……………………………………………汪魁，曹媛，袁鹏(71)
瀑布沟高心墙土石坝渗流分析…………………………………………………涂扬举，王文涛，薛新华(77)
内河离港船舶吃水在线动态扫描检测方法……………………吴俊，丁甡奇，余葵，李晓飚，闻光华(83)
土体中间主应力确定及其对临界值影响…………………………………………陈君平，蔡行洲，江强(89)

南京水利科学研究院重大成果介绍

“水工混凝土静动态损伤断裂过程及其声发射特性研究与实践”成果简介…………………………(封三)
HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
(Bimonthly)
Oct. 2013 No.5 (Total No.141)

CONTENTS

Experimental studies on 12.5 m-deep waterway regulation of Tongzhou shoal and Baimao shoal
…………DU De-jun, XIA Yun-feng, WU Dao-wen, WEN Yun-cheng, XU Hua, ZHANG Shi-zhao(1)
3-D numerical simulation of flow in natural meandering channel
……………………………………………………… LV Sui-ju, FENG Min-quan, LI Chun-guang(10)
Genetic harmony search algorithm for comprehensive optimization of high earth-rockfill dam construction schedule
………………………………………………………………………………LIU Dong-hai, GAO Ge(17)
Numerical simulation of closure berm hydraulic characteristics of Xiajiang hydroproject
………………MA Xia, ZHANG Jie, CHEN Jiu-ling, WAN Di-wen, ZHANG Xiao-bing, JI Yong(26)
A real-time dynamic coupling model for flood routing and its application to flood risk charting
…………………………………………………………FU Cheng-wei, YUAN Xi-min, YANG Min(32)
Influence of anchor cable force loss on prestressed pier dynamic characteristics
…………………………………………………LI Huo-kun, HE Xiao-min, LIU Peng, YANG Min(39)
Influences of moisture content and loading rate on flexural toughness of fiber reinforced shotcrete
…………………SU An-shuang, NING Feng-wei, HAN Xu-dong, DING Jian-tong, CAI Yue-bo(46)
Tests and evaluation of structural concrete durability at Ningbo marine wharf
……………………………………………………………ZHAO Hui, ZHANG Ya-mei, MING Jing(54)
A study of tidal asymmetry in Oujiang estuary…………………………………LI Yi-chun, XU Qun(61)
Prediction of seawall settlement based on ARIMA-RTA model
…………………………………………………………… QIN Peng, SU Huai-zhi, SHEN Yue-jun(66)
Analysis of mechanical effects and influence factors of design for a diversion tunnel plug
……………………………………………………………… WANG Kui, CAO Yuan, YUAN Peng(71)
Seepage analysis of Pubugou high earch-rockfill dam
………………………………………………………TU Yang-ju, WANG Wen-tao, XUE Xin-hua(77)
Research on detection method for ship′s draft measurement
………………………………WU Jun, DING Shen-qi, YU Kui, LI Xiao-biao, WEN Guang-hua(83)
Determination of intermediate principal stress of soil mass and its influence on critical values under plane strain-conditions
……………………………………………………CHEN Jun-ping, CAI Xing-zhou, JIANG Qiang(89)

NEWS ………………………………………………………………………………………(inside back cover)
通州沙和白茆沙12.5 m深水航道整治方案试验研究
杜德军， 夏云峰， 吴道文， 闻云呈， 徐 华， 张世钊
(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， 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室， 江苏 南京 210029)

摘要：以前期数学模型研究为基础，在已有长江河口段模型中，对通州沙水道和白茆沙水道深水航道整治一期工程可行性研究比选方案、推荐方案以及初步设计方案进行定、动床物理模型试验研究，从水动力变化、河床冲淤变化等方面，分析对比各方案实施后航道整治效果、护滩效果，以及对河势、防洪和周边的影响.试验研究认为，各方案实施后规划航道12.5 m航道均贯通，稍加疏浚，可满足500 m×12.5 m的深水航道要求；相对推荐方案而言，初设优化方案较优.相关成果已应用于航道工程设计和决策中.

关键词：长江口深水航道； 通州沙浅滩； 白茆沙浅滩； 整治方案； 模型试验
天然连续弯道中水流运动的三维数值模拟
吕岁菊^1，2， 冯民权¹， 李春光²
(1. 西安理工大学 陕西省西北旱区生态水利工程重点实验室， 陕西 西安 710048； 2. 北方民族大学 土木建筑工程学院， 宁夏 银川 750021)

摘要：为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤，建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模型.采用有限体积法离散控制方程，并运用SIMPLEC算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场，通过实测资料对计算结果进行了对比分析.结果表明，模型计算值与实测值吻合较好，反映了天然连续弯道水流的基本特性，即水面的水质点向凹岸运动， 而近底的水质点向凸岸运动.说明该模型可以用于模拟天然连续弯道的水流运动.

关键词：水流运动； 紊流数学模型； 有限体积法； 连续弯道
高土石坝施工进度综合优化及其遗传和声算法
刘东海， 高 歌
(天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室， 天津 300072)

摘要：高土石坝施工进度优化是一个复杂的非线性多目标综合优化问题，不仅需考虑施工资源投入及生产效率，更需要顾及大坝填筑质量和安全对施工进度的影响.在定量分析土石坝填筑质量、安全和进度相互关系的基础上，建立了高土石坝填筑质量-安全-进度综合优化模型，并针对传统优化方法的局限性，提出了该优化模型求解的遗传和声算法，实现了高土石坝填筑质量、大坝安全和施工进度的均衡安排.实例应用表明了本文方法的可行性，可为高土石坝施工进度计划优化与实时控制提供一条新的途径.

关键词：高土石坝； 施工进度； 填筑质量； 大坝安全； 综合优化； 遗传和声算法
峡江枢纽截流河道水力特性数值模拟
麻 夏¹， 张 洁^2，3， 陈九灵¹， 万迪文¹， 张小兵²， 计 勇²
(1. 江西省峡江水利枢纽工程管理局， 江西 南昌 330046； 2. 南昌工程学院 水利与生态工程学院， 江西 南昌 330099； 3. 河海大学 环境学院， 江苏 南京 210098)

摘要：为阐明峡江水利枢纽截流河道水力特性，指导工程施工，采用峡江站水文资料及枢纽实测水位，在率定好截流时期一维数学模型的基础上，建立了赣江峡江段平面二维水流数学模型，定量计算单戗堤枢纽截流时期重要水域及过流建筑物水流形态，分析流场形态的变化特征和局部流态对枢纽尤其是围堰的影响，并将研究结果与物理模型试验结果做了对比分析，同时分析了双戗堤截流工况对改善龙口水利条件的影响程度.结果表明二维数学模型能较准确地计算截流时期围堰工程局部水位及流场变化情况，峡江枢纽大江截流施工方案可行.

关键词：峡江； 围堰； 水力特性； 数学模型
实时动态耦合模型及其在洪水风险图中的应用
付成威， 苑希民， 杨 敏
(天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室， 天津 300072)

摘要：将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合，可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题.但传统的一维和二维洪水演进模型通常是独立的模块，且模拟计算所花时间较长，结果也不够准确.把独立的一维和二维模型通过时间同步和空间耦合节点的对应关系，建立了一、二维实时动态耦合模型.利用干水深和湿水深理论，改进了传统的洪水演进模型.采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况，通过历史洪水对模型进行了验证，基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图.结果表明：一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水时，模拟计算结果较传统的方法更为合理，且花费时间更少.
关键词：一、二维动态耦合模型； 干水深； 湿水深； 洪水风险图
锚索索力损失对预应力闸墩动态特性的影响
李火坤¹， 何小敏^2，3， 刘 鹏³， 杨 敏²
(1. 南昌大学 建筑工程学院， 江西 南昌 330031； 2. 天津大学 建筑工程学院， 天津 300072； 3. 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院， 陕西 西安 710065)

摘要：某水电站泄洪闸采用大吨位预应力闸墩承受弧形闸门支臂传递的巨大水推力，通过近2年的闸墩锚索拉力监测发现，锚索张拉力损失部分超过15%，并尚未收敛，且闸墩在宣泄洪水过程中曾出现过强烈振动现象.为进一步明确锚索拉力损失是否对闸墩动态特性（包括模态特性、动位移与动应力特性）产生影响，建立了闸墩-基础-锚索整体有限元模型，通过制作闸墩水力学模型并采用力传感器测量作用于闸墩上的整体面荷载，获取不同运行工况下的闸墩整体水动力荷载时程线，以此为有限元模型输入荷载进行闸墩动态响应计算，分析了泄洪闸预应力闸墩主、次锚索不同索力损失对闸墩的动态特性的影响，研究成果可为工程安全运行提供重要参考.

关键词：锚索； 索力损失； 预应力闸墩； 动态特性
含水率及加载速率对纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性的影响
苏安双¹， 宁逢伟¹， 韩旭东²， 丁建彤¹， 蔡跃波¹
(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 中国水利水电第七工程局有限公司， 四川 成都 610081)

摘要：试验中观察到含水率及加载速率对钢纤维、粗合成纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性测试中的脆断概率影响显著，为此，研究了这2个试验条件对弯曲韧性测试的影响.试件在(20±2)℃、(60±5)%相对湿度条件下分别干燥0，16，24及72 h，获得不同程度的干湿状态；然后按照ASTM C1609及CECS 13的三分点加载，以0.05 mm/min加载速率测试弯曲韧性.对于干燥时间分别为24和72 h的试件，以0.05，0.10及0.20 mm/min加载速率分别测试其弯曲韧性.结果表明，随着含水率降低，第一峰值弯曲强度明显降低；未经干燥的水饱和试件弯韧试验中均发生脆断，但经干燥非饱和试件的特定挠度下残余弯曲强度、弯曲韧性T_100，2.0随含水率降低而呈现降低趋势.纤维增韧喷射混凝土第一峰值强度、残余弯曲强度、弯曲韧性随加载速率提高而增大；配合比相同时，相对含水率较高，上述抗弯性能随加载速率提高而增大的趋势更为明显；其原因可以解释为受孔隙中自由水Stefan效应引发黏聚力作用.

关键词：纤维增韧喷射混凝土； 弯曲韧性； 含水率； 加载速率； 粗合成纤维
海工码头结构混凝土耐久性检测与评估
赵 晖^1，2， 张亚梅²， 明 静²
(1. 金陵科技学院 建筑工程学院， 江苏 南京 211169； 2. 东南大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210001)

摘要：为研究环境因素对结构混凝土耐久性的影响，现场检测了宁波某海工码头工作平台不同结构区域的结构混凝土耐久性能.检测结果表明碳化深度和钢筋保护层厚度的特征值与设计值的比值为大气区＞水位变动区＞水下区；混凝土表面氯离子浓度和碱含量为水下区＞水位变动区＞大气区；表观氯离子扩散系数为水位变动区＞水下区＞大气区.大气区混凝土易受CO₂侵蚀而导致混凝土钢筋保护层劣化.有害介质氯离子与CO₂共同侵蚀导致水位变动区混凝土钢筋锈蚀和钢筋保护层劣化.作业时间有限和环境恶劣降低了水下区混凝土对钢筋的保护能力，导致钢筋锈蚀速度和钢筋保护层劣化加快.

关键词：环境因素； 结构混凝土； 耐久性； 检测与评估
瓯江口内外潮汐不对称研究
李谊纯¹， 徐 群²
(1. 广西北部湾海洋研究中心， 广西 南宁 530007； 2. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

摘要：基于对瓯江口内外2005年6—7月多个潮位站15 d的实测潮位资料分析，利用3种方法研究了瓯江口潮汐不对称现象及其在时空上的变化特征与机理.研究认为，在理论上传统地采用M2与M4分潮的相对振幅判断潮汐不对称的方法不完善，潮汐不对称不仅受到相对振幅的影响，而且受到其相对位相的影响，同时其他分潮的相互作用也是导致河口、近岸潮汐不对称的重要因素.瓯江口潮汐属正规半日潮，潮汐不对称的产生主要是由于M2分潮及其倍潮M4的相互作用.潮汐不对称的空间变化主要表现在沿河道的纵向上，即潮汐在纵向上由口外向上游不对称逐渐增强.在横向上，口门外由于地形开阔，水深较大，潮汐不对称不明显且无明显变化趋势.在时间上，潮汐不对称在大-小潮期间具有明显变化，表现为大潮期最为明显，远大于小潮期.因此可以认为潮汐不对称在大-小潮期间的变化是低频分潮Msf分潮所致.

关键词：瓯江口； 潮汐不对称； 倍潮波； 调和分析
基于ARIMA-RTA组合模型的海堤工程沉降预测
秦 鹏^1，2， 苏怀智¹， 沈跃军³
(1. 河海大学 水利水电学院， 江苏 南京 210098； 2. 浙江水利水电学院 水利系， 浙江 杭州 310018； 3. 浙江省钱塘江管理局勘测设计院， 浙江 杭州 310016)

摘要：海堤工程沉降预测对工程维护和灾害防治具有重要意义，但因影响沉降的因素较多，目前尚无一种普适的分析模型.以海堤工程的沉降数据为研究对象，充分利用ARIMA模型较高的拟合能力和RTA的等维递补预测思想提高海堤工程监测数据的预测长度，建立了ARIMA-RTA组合预测模型，并以浙江某海堤工程为例进行了实例计算，对沉降实测值和模型预测值进行比较.结果表明，ARIMA-RTA组合模型能够充分挖掘监测数据的动态信息，具有物理机制明确，预测精度高的优点，为海堤工程监测资料分析提供了新的研究思路.

关键词：海堤工程； 沉降预测； ARIMA； RTA
导流洞堵头力学效应及设计影响因素分析
汪 魁¹， 曹 媛²， 袁 鹏¹
(1. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074； 2. 重庆两江交通规划勘察设计研究有限公司， 重庆 401147)

摘要：目前堵头设计还没有统一的标准和准则，多数堵头设计长度过分偏于安全.依托金家坝水电枢纽导流洞封堵工程，利用ANSYS软件建立了堵头和围岩的三维有限元模型，全面分析堵头的力学效应.分析表明：堵头总体上呈受压状态，而且拉压应力均较小，不会超过堵头混凝土本身的强度；上游水压力主要由堵头与围岩的黏聚力和接触面的摩擦作用共同承担.在此基础上，考虑围岩附加抗力，分析了围岩等级、堵头混凝土等级、堵头楔角等因素对堵头设计的影响.结果表明：适当的楔角是发挥围岩附加抗力的必要条件，围岩等级的提高也有利于堵头的稳定性，而单纯提高堵头混凝土的强度等级并不能提高堵头的抗滑稳定性.

关键词：水利工程； 堵头； 力学效应； 设计影响因素
瀑布沟高心墙土石坝渗流分析
涂扬举¹， 王文涛²， 薛新华³
(1. 国电新疆电力有限公司， 新疆 乌鲁木齐 830063； 2. 国电大渡河流域水电开发有限公司， 四川 成都 610041； 3. 四川大学 水利水电学院， 四川 成都 610065)

摘要：在深覆盖层地基上修建高土石坝，其防渗体系的可靠性是一项关键技术问题.防渗墙与土质防渗体连接处是抵御渗透破坏的关键部位.根据瀑布沟土石坝防渗体系的结构特点，利用有限元方法对瀑布沟土石坝进行了渗流分析.结果表明：坝体渗流与应力变形计算时，副防渗墙按40%承担水头较为合适；连接部位的渗透坡降是非均匀变化的，混凝土结构顶部的渗透坡降较大，心墙底部出口处的渗透坡降较小；坝体与两岸相接部位心墙底部渗流出口处的坡降最大.研究结论可以为类似工程提供参考和借鉴.

关键词：防渗结构； 渗流； 渗透坡降； 瀑布沟水电站
内河离港船舶吃水在线动态扫描检测方法
吴俊^1，2， 丁甡奇¹， 余 葵¹， 李晓飚¹， 闻光华³
(1. 重庆交通大学 西南水运工程科学研究所， 重庆 400016； 2. 重庆交通大学 内河航道整治技术交通行业重点实验室， 重庆 400074； 3. 长江重庆航道局， 重庆 401147)

摘要：船舶“超吃水”引起的船舶搁浅事故呈逐年增多的趋势，对内河离港船舶吃水进行实时测量尤为必要.针对内河航道的特点，提出了一种利用单波束声收发分体传感器同步对船舶底部边缘进行扫描测量的方法，研究了传感器系统构成，并对测量原理进行了理论推导.设计了比尺为1：100的吃水测量试验系统，利用3 000 t级小比尺船模按4种工况进行试验，结果表明，船舶航速对船舶吃水测量值有一定影响，但最大误差仍控制在11.4%以内，证明了这种测量方法的可行性.

关键词：内河； 船舶； 声呐； 扫描； 吃水； 检测
土体中间主应力确定及其对临界值影响
陈君平¹， 蔡行洲²， 江 强¹
(1. 江阴市人民政府重点工程建设办公室， 江苏 江阴 214400； 2. 南京工业大学 交通学院， 江苏 南京 210009)

摘要：分析比较平面应变状态下中间主应力的各种形式，根据侧限压缩试验的特殊应力应变条件，推导了一个与土性参数有关的中间主应力表达式.该表达式可简单地通过三轴压缩试验所得的参数来确定，同时还可以简单反映土体应力历史对土体强度的影响.将该表达式与SMP准则和Lade准则结合，建立了平面应变状态下土性参数与三轴压缩状态土性参数的关系，通过试验数据的分析比较看出，所得的中间主应力能更好地反映土体的实际性状，对于SMP准则和Lade准则均有很好的适用性.

关键词：平面应变； 中间主应力； 临界状态； 土性参数； SMP准则； Lade准则