2017年2月第1期（总第161期）

(双月刊)

目 次

含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析…………………………………………胡少伟，胡鑫（1）


基于组合赋权模糊云理论的高边坡稳定性评价…………徐镇凯，温勇兵，魏博文，蒋水华（10）

地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析……………………………梁超，张金良，练继建（18）

岩体隧洞岩爆过程微震特征及其扩展机制…………………………………………………于洋（26）

不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验………………刘博文，彭刚，王孝政，马小亮，邓媛（32）

水库与山洪灾害防治协同预警模式……………………………………………李宏恩，何勇军（37）

燕山水库汛限水位动态控制方案研究…………………………………禇青来，马福恒，叶伟（43）

近50年辽宁省大雨与暴雨时空变化特征分析………………………张亮亮，曹永强，朱明明（49）

国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展Ⅱ：桩-土相互作用

…………………………………………………………………………高树飞，贡金鑫，冯云芬（57）

船闸运行状态与通过能力仿真分析………………………………孔庄，廖鹏，杨春红，张明（73）

滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究………………………陈里，杨渠锋，喻涛，王平义（80）

高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟……………………陈琼，李云，刘本芹，王小东（87）

规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟………………………………潘冬冬，郝嘉凌，王红川（95）

不等直径串列圆柱绕流大涡模拟………………………………………胡彬，水庆象，王大国（103）

江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算…………………………………郦凯，章卫胜，王金华（111）




HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING

(Bimonthly)

Feb. 2017 No.1 (Total No.161)

Contents

Experimental studies and performance analysis of wedge splitting for concrete specimens with cavity defects


………………………………………………………………………………HU Shaowei，HU Xin（1）

Stability evaluation method for high slope based on fuzzy cloud theory combined with weights

……………………………………XU Zhenkai，WEN Yongbing，WEI Bowen，JIANG Shuihua（10）

Hydromechanical coupling analysis of dynamic response of seepage slope under earthquake

……………………………………………………LIANG Chao，ZHANG Jinliang，LIAN Jijian（18）

Characteristics and evolution mechanism of micro-seismic events of rockbursts in deep rock tunnels

……………………………………………………………………………………………YU Yang（26）

Experimental studies on dynamic properties of concrete under different freeze-thaw cycles

……………………LIU Bowen，PENG Gang，WANG Xiaozheng，MA Xiaoliang，DENG Yuan（32）

Early collaborative warning mode for non-engineering measures of reservoirs and flash flood disaster prevention

……………………………………………………………………………LI Hongen，HE Yongjun（37）

Dynamic control scheme of flood control level for Yanshan reservoir

………………………………………………………………CHU Qinglai，MA Fuheng，YE Wei（43）

Spatiotemporal variation characteristics of heavy rainfall and rainstorm in Liaoning Province over past 50 years

…………………………………………ZHANG Liangliang，CAO Yongqiang，ZHU Mingming（49）

Advances in research on seismic performance and design methods for pile-supported wharves Part Ⅱ: Pile-soil interaction

…………………………………………………………GAO Shufei，GONG Jinxin，FENG Yunfen（57）

Analysis of shiplock operation and throughput capacity based on traffic simulation model

………………………………KONG Zhuang，LIAO Peng，YANG Chunhong，ZHANG Ming（73）

Model experimental studies of safety of moored ship under landslide surge action

………………………………………………CHEN Li，YANG Qufeng，YU Tao，WANG Pingyi（80）

Numerical simulation of hydrodynamic characteristics of single-leaf gate of high-head navigation lock

…………………………………………CHEN Qiong，LI Yun，LIU Benqin，WANG Xiaodong（87）

Numerical simulation of regular wave transmission coefficient over submerged breakwater

………………………………………………PAN Dongdong，HAO Jialing，WANG Hongchuan（95）

Large eddy simulation of flow past two tandem cylinders with different diameters

…………………………………………………………HU Bin，SHUI Qingxiang，WANG Daguo（103）

Numerical simulation of tidal current and estimation of tidal current energy in Jiangsu coast

………………………………………………………LI Kai，ZHANG Weisheng，WANG Jinhua（111）




含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析

胡少伟1， 胡 鑫1，2

（1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 河海大学 水利水电学院， 江苏 南京 210098）

摘要：为研究空洞缺陷对混凝土楔入劈拉性能的影响，将空洞缺陷等效为相应纵向截面高度的损失量，并推导了含空洞缺陷混凝土楔入劈拉断裂参数的计算式，同时利用改进型测试装置进行了8组共32个试件的楔入劈拉性能试验，分析研究了空洞尺寸及其位置变化对试件楔入劈拉性能的影响规律。结果表明，起裂荷载、失稳荷载、起裂张口位移和失稳张口位移都随着空洞尺寸增大（直径0~120 mm）而降低，降幅分别为43.59%，23.75%，39.85%，54.50%；空洞缺陷对混凝土的起裂韧度影响较小，但却会明显降低混凝土失稳韧度，随着空洞尺寸增大，其降幅达到46.20%；空洞位置对混凝土断裂特性的影响跟裂纹扩展路径相关，当裂纹经过空洞时会降低相关参数，当其远离空洞区域时，则影响较小。

关键词：楔入劈拉； 空洞缺陷； 混凝土断裂； 性能分析





基于组合赋权模糊云理论的高边坡稳定性评价

徐镇凯， 温勇兵， 魏博文， 蒋水华

（南昌大学 建筑工程学院， 江西 南昌 330031）

摘要：针对高边坡稳定性评价中指标赋权及其模糊隶属度等不确定问题，提出了一种基于组合赋权模糊云理论的高边坡稳定性评价方法。通过构建多因素协同驱动的高边坡稳定性评价指标体系及其等级划分标准，综合利用梯层指标的主客观组合赋权方法，并考虑到评价中的模糊性和随机性特点，引入模糊熵和云理论，建立了适应于高边坡稳定性多维评价梯级云模型。最后应用于锦屏I级水电站左岸边坡的稳定性评价，对比分析了不同评价方法的计算结果，从而佐证了文中提出方法的有效性。


关键词：高边坡； 稳定性评价； 云模型； 模糊熵





地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析

梁 超， 张金良， 练继建

（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：运用有限差分软件FLAC3D，建立某一赋含地下水的顺层岩质边坡三维模型，基于Finn动孔压增长模型，对边坡在地震作用下的加速度响应规律作了流固耦合分析，并就地下水对边坡塑性区分布的影响作了简要分析。数值计算结果表明：含地下水边坡的地震动峰值加速度PGA放大系数和坡顶加速度均大于无水边坡，地下水位升高时，PGA放大系数和坡顶加速度呈波动变化，当边坡土体处于完全饱和状态时，两者均明显增大；坡脚加速度随水位变化也呈波动状态，当边坡土体处于完全饱和状态时，同样明显增大；含地下水边坡的PGA放大系数等值线比不含地下水时的曲线分布更为杂乱，规律性较差，但仍具有明显的加速度垂直放大效应和临空面放大效应；表面风化层的塑性区随水位升高，其拉剪共同作用破坏单元逐渐增加，表面边坡的破坏效应逐渐增大。综合加速度、坡顶位移和塑性区分布来看，地下水对地震作用下顺层岩质边坡的稳定不利。


关键词：顺层岩质边坡； 地下水； 地震作用； 动孔压模型； 加速度响应





岩体隧洞岩爆过程微震特征及其扩展机制

于 洋

（华东交通大学， 土木与建筑学院 岩土工程研究所， 江西 南昌 330013）

摘要：基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据，确立了最大能量微震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上，对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程进行了研究，结果表明：即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程，此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大，当岩爆发生时达到最大值；TBM开挖过程可近似为准静态卸荷，受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小，围岩承载力也较强；而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷，爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大，同时其围岩储能能力相对较差。


关键词：深埋隧洞； 微震事件； 即时型岩爆； TBM； 钻爆法





不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验

刘博文， 彭 刚， 王孝政， 马小亮， 邓 媛

（1. 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心， 湖北 宜昌 443002; 2. 三峡大学 土木与建筑学院， 湖北 宜昌 443002）

摘要：为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响，分别对混凝土进行0，10，25，35和50次快速冻融循环，并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%fc的荷载历史作用后（fc=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度），以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验，得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度，并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明：随着冻融循环次数的增加，历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低，且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系；选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型，经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线；此外，冻融循环次数越多，对混凝土造成的损伤程度越大，在损伤发展的后期阶段，冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化，直至进入破坏阶段。


关键词：混凝土； 冻融循环； 荷载历史； 损伤本构模型





水库与山洪灾害防治协同预警模式

李宏恩， 何勇军

（南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029）

摘要：山洪灾害防治工程措施与非工程措施是山洪灾害防治相辅相成的两大支撑，作为传统意义上工程措施的水库工程，近年来通过除险加固、法规建设、管理体制改革等一系列途径，其水情、雨情、工情监测技术不断完善，监测预警系统日趋优化，风险管理意识与应急预案的可操作性逐步加强，已具备了相当的非工程措施功能。在充分发挥水库工程非工程措施功能与优势的基础上，通过水库工程水雨情测报系统及大坝安全监测系统与山洪灾害防治非工程措施的对比分析，尝试将水库重要信息与山洪灾害防治非工程措施实施关键环节进行共享与融合，提出了水库工程安全监测系统与山洪灾害防治预警系统的协同预警模式，为实现水库工程与山洪灾害非工程措施的信息共享和协同预报奠定基础。


关键词：山洪灾害防治； 水库工程； 非工程措施； 协同预警模式





燕山水库汛限水位动态控制方案研究

禇青来1， 马福恒2， 叶 伟2

（1. 河南省燕山水库管理局， 河南 叶县 467224； 2. 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：随着全球极端气候越发频繁、水资源时空分布更加不均，水资源供需矛盾日益加剧。为充分利用水库调控水资源能力和发挥工程效益，采用预蓄预泄法对燕山水库汛限水位进行动态控制方案研究，首先基于下游防洪安全，根据降雨与洪水预报信息，采取预蓄预泄方案确定汛限水位上限值；再基于大坝自身安全和水库超泄能力分析确定了主汛期与后汛期的最高汛限水位。与原汛限水位104.20 m相比，考虑洪水预报信息情况汛限水位可调整至104.77 m，考虑降雨预报信息时可调整至105.36 m。计算分析结果表明，调整后的动态汛限水位对大坝自身安全及下游防洪安全影响较小，提高了水资源可利用率，具有可实施性。


关键词：燕山水库； 汛限水位； 动态控制方案； 预蓄预泄





近50年辽宁省大雨与暴雨时空变化特征分析

张亮亮， 曹永强， 朱明明

(辽宁师范大学 城市与环境学院， 辽宁 大连 116029)

〖HT5H〗摘要： 〖HT5”SS〗选取1965—2014年辽宁省23个气象站的逐日降水量资料，利用趋势分析法、小波分析法和普通克里金空间插值法对研究区大雨与暴雨事件进行时空变化特征分析，结果表明：①辽宁省大雨天数在20世纪60至70年代以增大趋势为主，80年代起转为减少趋势。大雨强度在20世纪60年代中后期和21世纪初主要呈现增大趋势，中间时段以减少趋势为主。暴雨天数和暴雨强度在1984年以后均呈现稳定的增加趋势。②大雨与暴雨事件的周期变化具有一致性特征，均存在34年左右的主周期和19年左右的次周期。③大雨与暴雨事件的空间分布均呈现出由辽东南（丹东为中心）向辽西北（朝阳为中心）逐渐减少的变化特征。此外，从空间趋势变化来讲，除大雨天数外的其他指标在全省范围内均以增加为主，辽宁省西北部地区洪涝灾害风险较小，防洪减灾工作应重点集中在中东部地区。


关键词：大雨事件； 暴雨事件； 变化趋势； 空间分布； 辽宁省





国内外高桩码头抗震性能和设计方法研究进展Ⅱ： 桩-土相互作用

高树飞1， 贡金鑫1， 冯云芬2

（1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室， 辽宁 大连 116024； 2. 聊城大学 建筑工程学院， 山东 聊城 252059）

摘要：通过对高桩码头震害的分析，分析了高桩码头破坏的主要原因。在此基础上，从高桩码头抗震设计方法、桩-土相互作用、斜桩和桩-上部结构连接的抗震性能等方面，论述了国内外高桩码头抗震研究的进展，总结了这些研究成果在高桩码头抗震设计规范中的应用，指出了高桩码头抗震性能研究的不足及需要深入研究的问题。对国内如何吸收国外高桩码头抗震的研究成果及抗震设计规范的修订方向提出了建议。该系列论文分为3部分，此为第2部分，主要介绍高桩码头抗震计算中桩-土相互作用的评估方法以及高桩码头的动力分析方法和研究成果。研究表明，评估桩-土相互作用的方法已较为完善，而对高桩码头抗倒塌性能以及近断层地震动下码头反应特性的研究还有待深入。


关键词：高桩码头； 抗震设计； 桩-土相互作用； 液化





船闸运行状态与通过能力仿真分析

孔庄1， 廖 鹏1， 杨春红1， 张明2

（1. 东南大学 交通学院 港航工程系， 江苏 南京 210096； 2. 交通运输部天津水运工程科学研究院， 天津 300456）

摘要：为定量分析和预报船闸的运行状态并指导其交通调度，基于Arena离散事件仿真平台，以湘江长沙枢纽双线船闸为例，通过已有研究成果建立船闸交通仿真模型，经实际资料验证该模型的可靠性，并分析了船闸在不同交通调度方案下的运行状态参数及最大通过能力。仿真分析结果表明，只有提高每个闸次的闸室利用率，才能有效增加船闸的通过能力；每个闸次的船舶艘数越多，一次过闸时间就长，平均延误就长。运行实践中可根据船闸状态和过闸交通需求，合理进行交通调度，在保障过闸安全的前提下协调船闸通过能力与船舶延误之间的关系。借助仿真输出的运行状态参数，有助于充分掌握船闸系统的交通规律，分析不同设计水平下的船闸最大通过能力，或是视不同交通负荷预选调度方案，综合提高过闸能力与服务质量。


关键词：船闸； 仿真； 运行状态； 调度； 长沙枢纽





滑坡涌浪作用下系泊船舶安全试验研究

陈 里1， 杨渠锋2， 喻 涛3，4， 王平义3，4

（1. 三峡大学 水利与环境学院， 湖北 宜昌 443002； 2. 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵州 贵阳 550001； 3. 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; 4. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074）

摘要：随着我国逐步加快在长江中上游山区河流的水利水电和港口航道工程建设，内河库港在滑坡涌浪作用下，如何保证船舶系泊安全成为一个极其关键的问题。为了提高滑坡涌浪对内河库港运行安全影响程度的认识，以江南沱口直立式高桩码头为依托，选择内河3 000 t甲板驳船为研究对象进行物理模型试验。深入分析了滑坡涌浪作用下系泊船舶系缆力和撞击能的影响因素，以及波高、水深等因素影响下系泊船舶系缆力和撞击能的变化规律。结合规范和试验数据，得出了涌浪作用下船舶系缆力和船舶撞击能的经验计算式，确定了滑坡涌浪对内河库港船舶系泊安全的影响程度，并提出了相应的对策和意见。


关键词：滑坡涌浪； 系缆力； 撞击能





高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟

陈 琼， 李 云， 刘本芹， 王小东

（南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029）

摘要：针对某山区高水头船闸30 m淹没水深下一字闸门的水动力特性进行研究，借助FLUENT软件提供的Realizable k-ε紊流模型对门体启闭过程非恒定流场进行动态模拟，通过建立由二维平面混合网格纵向拉伸成的三维棱柱体网格，结合2.5D重构和弹性光顺动网格法，在降低网格数量、提高计算效率的同时，实现一字闸门启闭全过程三维流场模拟。引入VOF法对自由水面迭代求解，得到一字闸门启闭过程门前后水位差及动水阻力矩变化规律，将计算结果与模型试验进行比较，两者吻合较好。模拟计算发现：门底间隙对闸门运行整个阶段动水阻力矩均有影响，动水阻力矩峰值随门底间隙增大而变小。


关键词：船闸； 一字闸门； 数值模拟； 水动力特性； 阻力矩





规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟

潘冬冬1，2， 郝嘉凌1， 2， 王红川3

（1. 海岸灾害及防护教育部重点实验室（河海大学）， 江苏 南京 210098； 2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院， 江苏 南京 210098； 3. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029）

摘要：潜堤透浪系数是衡量潜堤削弱波浪能力的主要指标。基于Boussinesq型方程的MIKE21-BW模型建立波浪数值水槽，进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。根据Dingemans物理模型试验结果对BW模型进行参数率定和验证，验证结果良好。在此基础上，进一步分析了影响潜堤透浪系数的无因次影响参数，包含相对淹没深度、波陡、相对堤顶宽度、斜坡堤坡度等，研究不同因素组合情况下潜堤透浪系数的变化规律。建立了规则波作用下潜堤透浪系数的计算式，应用MATLAB数学软件对式中的系数进行拟合，拟合式计算值与BW模型计算值相关系数为0.858，相关性较好。另外，将拟合式与杨正己公式进行比较，并分析数据的差异与原因。研究表明：MIKE21-BW模型可以进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。


关键词：潜堤； 透浪系数； MIKE21-BW模型； 规则波； 数值模拟





不等直径串列圆柱绕流大涡模拟

胡 彬， 水庆象， 王大国

(西南科技大学 环境与资源学院， 四川 绵阳 621010)

摘要：为研究背负式海底管线中增设的小直径附属管线对主管线的水动力影响，将大涡模拟中经典Smagorinsky亚格子模型与特征线算子分裂有限元法结合，并引入出口对流边界条件，完善了基于特征线算子分裂有限元的大涡模拟方法。通过自编程序数值模拟Re=1 000的单圆柱绕流，计算结果与相关文献吻合较好，验证了该算法计算圆柱绕流的有效性，并分析了Re=1 000时不同直径比、间距比情况下的串列双圆柱绕流，根据流场的不同涡脱落形态及两圆柱平均阻力系数、升力系数随直径比、间距比变化的规律得到了不同直径比条件下的临界间距范围。达到临界间距后，流场由单一涡脱落状态转变为双涡旋脱落状态。最后分析了两圆柱平均阻力系数及升力系数在临界间距后急剧增加的原因，为背负式海底管线的布局优化提供了理论依据。


关键词：大涡模拟； 特征线算子分裂有限元； 不等直径； 串列； 临界间距





江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算

郦 凯1， 章卫胜2， 王金华2

(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院， 江苏 南京 210098; 2. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

摘要：潮流能是一种海洋可再生能源，具有广阔的应用前景。通过数值模拟方法，对江苏沿海的潮流能分布进行估算。首先建立了江苏沿海平面二维潮流数学模型，并利用多次现场实测资料进行验证；基于数学模型计算结果，分析了江苏沿海的潮流场特征；其次，利用准调和分析方法对15 d潮流模拟结果进行调和分析得到6个分潮调和常数，并继而得到最大可能流速和潮流能流密度；最后，利用估算方法对海区的潮流能进行了估算。研究结果表明，江苏沿海燕尾港以南水域平均潮流能流密度相对较高，其中废黄河口附近海域、苏北辐射沙洲水道区域潮流能最为集中，平均能流密度最大值为700~1 200 W/m2，理论上具有较高的开发与应用价值。


关键词：潮流能; 数值模拟; 能源估算; 江苏沿海