2018年6月第3期（总第169期）
(双月刊)
目 次
泥沙模型时间变态影响消减措施探讨……………………………张幸农，高翔宇，窦希萍（1）
含多个行洪区的淮干中游段洪水模拟Ⅰ：模型建立……………………………王立辉，王坤，王宗志，程亮，刘克琳，谢伟杰，何岩雨（8）
深水航道整治中新型结构淹没丁坝水流力特性研究…蔡喆伟，夏云峰，徐华，闫杰超（16）
深圳市近57年来降水时空演变特征分析……………………雒翠，刘勇，朱晓庆，付汉秀（24）
SCS-CN模型改进及其径流预测…………………………徐赞，吴磊，吴永祥，徐荣嵘（32）
深填斜坡中基桩受力变形规律…………………刘明维，李辉，阿比尔的，高俊升（40）
盐城港卸荷式地连墙结构码头离心模型试验…………徐光明，任国峰，顾行文，蔡正银（48）
龙开口水电站坝基防渗墙数值模拟…………………梁岩，毛瑞敏，王毅，罗小勇（57）
海上筒型基础的筒壁土压力计算…………………………………李文轩，曹永勇（65）
基于应变评价边坡-地基失稳的过程控制………………黄诗渊，王俊杰，简富献，熊建宁（71）
华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究……………………………………姚吉康，王志亮（78）
膨胀土增湿过程中膨胀规律的试验研究……李进前，王起才，张戎令，张唐瑜，王天双，梁柯鑫（86）
干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力响应规律研究………熊峰，杨宏伟，吴益平，李杰（95）
河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响………………全锡志，陈鸿杰，黄文雄（103）
腐蚀介质对硬化水泥浆体溶蚀特性的影响……………………………何绍丽，左晓宝，汤玉娟，江恺，AYINDE Olawale，殷光吉（113）
南京水利科学研究院获奖成果介绍
陈生水教高荣获第十二届“光华工程科技奖”……………………………………………………（120）
HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING
(Bimonthly)
Jun. 2018 No.3 (Total No.169)
Contents
On improvement measures of time scale distortion in sediment model tests………………………………………ZHANG Xingnong，GAO Xiangyu，DOU Xiping（1）
Flood simulation with multiple flood detention areas in the middle reaches of the Huaihe River Ⅰ： development of flood routing model
………………WANG Lihui，WANG Kun，WANG Zongzhi，CHENG Liang，LIU Kelin，XIE Weijie，HE Yanyu（8）
Flow force characteristics of new-type structure submerged spur dike during deep waterway regulation……………………………………CAI Zhewei，XIA Yunfeng，XU Hua，YAN Jiechao（16）
Tempo-spatial changes of precipitation of Shenzhen in last 57 years
…………………………………………LUO Cui，LIU Yong，ZHU Xiaoqing，FU Hanxiu（24）
Improvement and runoff prediction of SCS-CN model
……………………………………XU Zan，WU Lei，WU Yongxiang，XU Rongrong（32）
Deformation of pile foundation in deep filling slope based on ANSYS
…………………………………LIU Mingwei，LI Hui，ABI Erdi，GAO Junsheng（40）
Centrifuge modeling of diaphragm wall wharf with relief platform at Yancheng port
………………………XU Guangming，REN Guofeng，GU Xingwen，CAI Zhengyin（48）
Numerical simulation of underground wall for retaining water at dam foundation of Longkaikou hydropower station
……………………………………LIANG Yan，MAO Ruimin，WANG Yi，LUO Xiaoyong（57）
Earth pressure calculation for bucket wall of offshore bucket foundation
……………………………………………………………………LI Wenxuan，CAO Yongyong（65）
Process control of slope-foundation instability based on strain evaluation
……………………HUANG Shiyuan，WANG Junjie，JIAN Fuxian，XIONG Jianning（71）
Study on mechanical property and energy evolution law of Huashan granite
……………………………………………………………………YAO Jikang，WANG Zhiliang（78）
Experimental study on swelling law of expansive soil during humidification
………LI Jinqian，WANG Qicai，ZHANG Rongling，ZHANG Tangyu，WANG Tianshuang，LIANG Kexin（86）
Response laws of pore structure and matrix suction of slip zone soils under action of wetting-drying cycles
…………………………XIONG Feng，YANG Hongwei，WU Yiping，LI Jie（95）
Effects of width-height ratio of river valley on shear strength of clay layer in high core rockfill dams
…………………………………QUAN Xizhi，CHEN Hongjie，HUANG Wenxiong（103）
Influence of corrosion solution on calcium leaching behavior of hardened cement pastes
…………HE Shaoli，ZUO Xiaobao，TANG Yujuan，JIANG Kai，AYINDE Olawale，YIN Guangji（113）
NEWS…………………………………………………………………………………………………（120）
泥沙模型时间变态影响消减措施探讨
张幸农，高翔宇，窦希萍
（南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029）
摘要：针对长江中下游河段泥沙模型时间变态影响及其消减措施的问题，通过回顾以往相关研究工作，分析了时间变态成因及其影响，并评述了消除或减弱泥沙模型时间变态影响的有关措施或设想。在此基础上，以长江南京河段泥沙模型为实例，基于调整模型水沙过程概化方式的思路，进行了消减时间变态影响的试验研究。结果表明：按水沙过程逐日平均概化方式进行泥沙试验基本可行，有望在长河段模型试验中解决或改善时间变态所带来的涨水水量不足和落水水量排除的难题。
关键词：泥沙模型； 时间变态； 消减措施
含多个行洪区的淮干中游段洪水模拟Ⅰ：模型建立
王立辉，王坤，王宗志，程亮，刘克琳，谢伟杰，何岩雨
（1. 福州大学， 福建 福州 350002； 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：淮干中游分布着16个行洪区，堤内有堤。建立具有良好模拟精度和较高计算效率的洪水模拟模型是科学管理淮河流域洪水的难点和关键。基于MIKE11软件，以行洪时间和蓄洪量不变为原则，把行洪区概化为一维河道；提出了在缺少行洪区实测地形资料的情况下，利用行洪区水位-库容关系曲线概化行洪区河道断面的方法；针对行洪区各口门的不同控制方式，采用相应的概化方法并设置合理的控制参数，模拟洪水在主河道与多个行洪区之间的转换过程；采用2007年和2003年实测洪水资料，对模型进行率定和验证，结果表明该模型精度较高，能快速模拟行洪区进退洪过程及其调度规则。模型可服务于淮河中游洪水的科学安排与实时决策，其建模思路对闸坝众多的复杂河道洪水演进模拟具有一定借鉴意义。
关键词： 淮河中游； 洪水演进； 行洪区； 一维模型
深水航道整治中新型结构淹没丁坝水流力特性研究
蔡喆伟1, 2，夏云峰1, 2，徐华1, 2，闫杰超1, 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. 南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室, 江苏 南京 210029）
摘要：为研究新型结构淹没丁坝的水流力特性，基于有限体积法与自由液面捕捉法，通过流体计算软件Fluent建立三维数学模型对不同流速、水深与坝长条件下新型结构齿形丁坝的水流力特性进行研究。同时，设计了比尺为1∶50的物理模型对不同坝长条件下新型结构丁坝水流力进行补充验证，数值模拟结果与试验结果符合良好。研究不仅得到了丁坝流场流速与水深的分布规律，同时分析了不同流速、水深与坝长条件下新型结构齿形丁坝的水流力响应规律，进而通过量纲处理分析了相对坝长与淹没度对水流力系数的响应规律，通过独立化分析的方法分别探讨了相对坝长与淹没度对丁坝水流力系数的敏感性。研究成果为新型淹没丁坝在长江南京以下12.5 m深水航道整治工程的应用提供一定的技术支撑与科学指导。
关键词： 深水航道； 齿形结构淹没丁坝； 数值模拟； 水流力； 敏感性
深圳市近57年来降水时空演变特征分析
雒翠1，刘勇2，朱晓庆3，付汉秀2
（1. 深圳市广汇源水利勘测设计有限公司， 广东 深圳 518020； 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； 3. 深圳市水务局， 广东 深圳 518036）
摘要：分析区域降水的时空演变特征，对了解区域水文水资源未来情势变化、制定科学的水资源利用和防汛抗旱决策具有重要意义。基于1960—2016年共57年深圳市水文测站降水量系列资料，采用经验正交函数分解分析了深圳市年降水量的空间分布特征，并借助Mann-Kendall，Spearman非参数检验、累积距平和小波分析等多种方法，从趋势变化、突变特征和周期波动等方面研究年降水量时程演变特征，初步分析了变化成因。研究结果表明：57年来深圳市年降水量空间上具有较明显的两种分布型态，时程上不存在显著的趋势变化，但在局部时段上呈现出以1991年或2004年前后为突变点、先降后升的阶段性变化；深圳市年降水量普遍存在17～20年、5～7年的显著准周期，未来深圳区域年降水量在2016年之后将会维持一段时间的偏丰状态。
关键词：深圳市； 年降水量； 时程演变特征； 空间分布； 影响因素
SCS-CN模型改进及其径流预测
徐赞1，吴磊2，吴永祥1，徐荣嵘1
(1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院， 陕西 杨凌 712100)
摘要：黄土高原的土壤侵蚀与水土流失程度都很严重，对其进行水土流失的预报有着重要的生态意义和经济意义。利用SCS-CN（soil conservation service curve number）模型进行地表产流预测。针对黄土高原特定的气候及下垫面条件，以陕西省榆林市绥德韭园沟典型小流域为研究区域，借助韭园沟流域次降雨径流资料，优化影响降水产流关系的相应参数（初损率和降雨强度）。结果表明：①使用反算法来优化初损率，确定初损率为0.075，模型效率系数为0.208；②使用MATLAB结合粒子群算法来进一步优化初损率，确定初损率为0.13，模型效率系数为0.504，相比于反算法提高了142%，模型预报精度得到了很大提高；③在黄土丘陵沟壑区引入雨强因子修正降雨量函数，改进后模型效率系数为0.652，确定性系数为0.753，利用雨强修正函数后的SCS模型相比于标准SCS模型，确定性系数和模型效率系数分别提高了101%和534%。通过预测流域径流深与实测流域径流深的比较，模型模拟精度较为理想，可用于黄土高原不同小流域场次降雨的产流预报。
关键词：SCS-CN模型； 雨强因子； 初损率； 模型改进
深填斜坡中基桩受力变形规律
刘明维1, 2，李辉1, 2，阿比尔的1, 2，高俊升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 水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074）
摘要：高桩码头在我国西南地区港口建设中应用愈来愈广泛，码头基桩受桩后回填土作用容易发生水平变形，尤其是在深厚回填土情况下基桩变形更加严重，影响基桩的正常使用甚至安全稳定。结合斜坡基桩室内模型试验，通过建立深填斜坡中桩-土精细化数值分析模型，研究深填斜坡中回填土厚度及内摩擦角、桩截面尺寸等设计参数对基桩内力、变形的影响。研究表明：随着回填深度的增加，桩身位移分布由直线型逐渐变为S型，桩身最大位移由桩顶逐渐下移至回填区，回填土厚度越大，桩身受力越大。当回填土材料的抗剪强度逐步提高时，能有效控制桩身变形，但当回填土抗剪强度提高到一定值后，桩顶位移基本保持不变，提高回填土抗剪强度对控制桩身变形的作用有限。支护桩径较小时，桩身呈S型变形，增大桩径，桩身弯曲变形减小，但过分使用大直径基桩反而使桩顶产生较大位移。同时提出了深填斜坡h型双桩优化支护方案，为内河港口码头桩基设计建造提供技术支撑。
关键词：深填斜坡； 高桩； 桩顶位移； 变形控制
盐城港卸荷式地连墙结构码头离心模型试验
徐光明，任国峰，顾行文，蔡正银
(南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程国家重点实验室, 江苏 南京 210029)
摘要：盐城港滨海港区拟建的第一座10万t级通用泊位码头采用了分离卸荷式地连墙板桩结构，码头所处地基中存在一层厚约5.3 m高压缩性黏土。鉴于上述高压缩性黏土层与码头前沿泥面线相近，对码头结构稳定性可能存在较大影响，为此开展了土工离心模型试验，对码头设计方案稳定安全性进行了验证。模型试验模拟了极端低水位这一最不利水位条件，同时按最不利的加载顺序模拟码头面竖向荷载的施加，试验测量了码头地连墙、锚碇墙和两排直立灌注桩的弯矩、地连墙在锚着点处的侧向位移和锚杆拉力。结果表明，墙桩弯矩和锚杆拉力最终趋于稳定，地连墙锚着点位移和地连墙倾斜度均处于合理区间，码头结构整体稳定，从而验证了该板桩结构设计方案的合理可靠性。
关键词：卸荷式板桩码头； 高压缩性黏土； 弯矩； 侧向位移； 锚杆力； 离心模型试验
龙开口水电站坝基防渗墙数值模拟
梁岩1，毛瑞敏1，王毅2，罗小勇3
(1. 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州 450001； 2. 华能澜沧江水电开发有限公司， 云南 昆明 650214； 3. 中南大学 土木工程学院， 湖南 长沙 410075）
摘要：以龙开口水电站坝基深槽开挖工程为依托，采用有限元法用四节点的薄板单元模拟钢筋混凝土防渗墙墙体，为防渗墙上游侧卵石河床地基土体的支承刚度系数及防渗墙支护结构建立有限元分析模型。通过分析提出了防渗墙支承刚度系数的确定方法，并分析了不同支撑条件下防渗墙的可靠性。结果表明：防渗墙与砂卵石地基土体之间的接触形式接近于滑动支撑连接，压缩模量取值越大，土体支撑刚度系数也越大；不同支撑条件下，防渗墙位移变化比内力变化更明显，支撑条件对墙体变形影响较大。
关键词：防渗墙； 有限元； 压缩模量； 支撑刚度系数
海上筒型基础的筒壁土压力计算
李文轩，曹永勇
(南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)
摘要：在风浪荷载作用下，海上筒型基础结构的筒壁土压力计算是分析其稳定性的关键。当筒型基础发生转动时，相比挡土墙的位移模式更加复杂，筒体的转角和转动中心的位置都是影响土压力分布的重要因素。分析了筒型基础转动中心在不同位置时的土压力分布特点，发现转动中心在筒体内部时，同一侧筒壁上的土压力可能同时存在准主动区和准被动区，呈非线性分布。基于考虑位移效应的土压力计算理论，提出了适用于筒型基础不同转动模式的土压力计算方法，得到筒壁纵向和环向的土压力计算式，通过与现场实测结果和有限元模拟结果对比验证分析，发现理论计算结果与实测结果和数值模拟结果一致性较好，且能体现土压力的环向分布特点。
关键词：筒型基础； 土压力； 位移； 风浪荷载
基于应变评价边坡-地基失稳的过程控制
黄诗渊1, 2，王俊杰1, 2，简富献1, 2，熊建宁3
(1. 重庆交通大学 重庆市高校水工建筑物健康诊断技术与设备工程研究中心， 重庆 401120； 2. 重庆交通大学 水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074； 3. 重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401120）
摘要：传统的边坡监测手段主要是监测局部区域的水平位移，然而应力和应变指标可更直观体现边坡的实时状态。根据光纤传感分布式监测技术的原理，建立了边坡-地基数值模型，采用水平应变的评价指标，对其变形失稳过程开展了研究。结果表明：在加载过程中，相对于水平位移指标，边坡内部的水平应变指标可以更好地体现边坡的变形失稳过程并能够预测实际破坏的滑动面。坡体内部设置的6条水平测线中最大水平应变与稳定性系数呈较好的对数关系，通过比较，建议主要对坡中区域进行布线监控。此外，引入水平应变加速度指标，得到了与边坡稳定性系数的关系，并可预测边坡-地基的稳定性劣化趋势，进而实现过程控制。
关键词： 边坡-地基； 应变； 有限元法； 稳定性系数； 变形
华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究
姚吉康，王志亮
(合肥工业大学 土木与水利工程学院， 安徽 合肥 230009)
摘要：为了研究华山花岗岩的强度、变形特征以及能量耗散规律，采用MTS815岩石力学试验机开展了单轴压缩和常规三轴压缩试验。结果表明：华山花岗岩表现出明显的脆性特征，在三轴条件下应力应变曲线的上凹现象相比于单轴变得不明显；随着围压的增加，花岗岩的弹性模量和峰值应变不断增大，但增加的速度逐渐变慢；花岗岩的扩容阈值与围压近似呈线性关系；单轴压缩条件下，岩石内部储存的弹性应变能峰值后几乎瞬间都转化为耗散能，劈裂破坏特征明显，而三轴压缩下，岩样的耗散能占吸收能的比例随围压提高逐渐增大，表现为整体剪切破坏；三轴压缩下的吸收能、弹性应变能以及耗散能都远大于单轴压缩下的对应值，并且随着围压的增大而增大；岩石破坏时的吸收能、耗散能以及储能极限均与围压存在良好的线性关系。
关键词：花岗岩； 压缩试验； 围压； 强度准则； 能量演化
膨胀土增湿过程中膨胀规律的试验研究
李进前1，王起才1, 2，张戎令1, 2, 3，张唐瑜1，王天双1，梁柯鑫1
(1. 兰州交通大学 土木工程学院， 甘肃 兰州 730070； 2. 兰州交通大学 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室， 甘肃 兰州 730070； 3. 兰州交通大学 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室， 甘肃 兰州 730070)
摘要：为了研究膨胀土增湿过程中膨胀规律，取某高速铁路地基膨胀泥岩土样，研究其无荷膨胀率随含水率增大过程中的变化规律。试验结果表明：膨胀土无荷膨胀率随含水率变化过程分为3个阶段，分别为快速膨胀阶段、缓慢膨胀阶段和趋于稳定阶段，得到3个变化节点含水率。然后使用蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率、液限这4个指标作为模型因子，利用主成分分析法得到能够表征膨胀土膨胀能力强弱的膨胀特性Z值。分析3个变化节点含水率与膨胀特性Z值的关系，得到3个含水率与Z值的函数关系式。在实际工程中，可以测定土样的当前含水率和4个指标值，由4个指标值得到膨胀特性Z值，由变化节点含水率与Z值的函数关系计算得到3个变化节点含水率，然后判断土体当前含水率与3个变化节点含水率的关系，就能判断土体在当前含水率下膨胀能力的强弱，这可对实际工程提供一定参考。
关键词：膨胀土； 无荷膨胀率； 含水率； 增湿； 膨胀特性
干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力响应规律研究
熊峰1，杨宏伟2，吴益平1，李杰1
（1. 中国地质大学（武汉） 工程学院， 湖北 武汉 430074； 2. 中南冶金地质研究所， 湖北 宜昌 443003）
摘要：非饱和土基质吸力与其微观孔隙结构息息相关。为探究在干湿循环作用下滑带土孔隙结构与基质吸力的响应规律，以重塑黄土坡滑坡滑带土为研究对象，采用压汞法分析干湿循环过程中孔隙大小分布规律，得到不同干湿循环次数下滑带土孔隙分布曲线。在此基础上，结合分形原理，将滑带土孔隙划分成三类（大孔隙、中孔隙和小孔隙）；结合毛细管模型，间接推算出滑带土的土-水特征曲线（SWCC）。研究结果表明：反复干湿循环作用使小孔隙逐渐转化成大孔隙，颗粒孔隙转化成团粒孔隙；不同干湿循环次数对应的土-水特征曲线均存在一个共同的拐点，拐点上侧，含水率相同时，随着干湿循环次数增加，基质吸力逐渐增大，下侧反之。研究成果有利于深入了解滑带土的干湿循环效应，可用于库岸滑坡演化机理研究。
关键词：干湿循环； 滑带土； 压汞试验； 孔隙特征； 土－水特征曲线
河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响
全锡志1，陈鸿杰2，黄文雄1
（1. 河海大学 力学与材料学院， 江苏 南京 211100； 2. 华能澜沧江水电股份有限公司， 云南 昆明 650214）
摘要：掺砾黏土高心墙堆石坝需要在心墙与坝基面接触部位设置纯黏土垫层，以探讨心墙与坝基接触面处的应力状态和黏土垫层的剪切强度。三维有限元数值分析主要考虑了河谷宽高比的影响，经计算得到心墙与坝基接触面处的应力分布，并按莫尔-库伦强度准则评估黏土垫层的抗剪强度。结果表明，心墙与岸坡接触面上剪应力和正应力大小随着坝高变化明显。正应力自坝顶向下大致呈线性增大，在接近坝底附近达到最大值；剪应力自坝顶向下先增后减，最大值发生在坝底向上约1/5坝高处，当岸坡角为45°左右时其值最大。根据抗剪强度准则，心墙底面黏土垫层不会发生剪切破坏；岸坡面中上部强度较低，当岸坡角达到或超过45°时，上部黏土垫层会发生剪切破坏。与对称河谷模型相比，实际工程模型左岸岸坡中下部黏土垫层偏安全，中上部以及右岸抗剪强度系数相近。据此，给出了岸坡角45°临界值，在岸坡坡角达到或超过45°的狭窄河谷中修建高心墙堆石坝时，建议采取工程措施防止黏土垫层在相应部位发生大剪切变形以及剪切破坏。
关键词： 高心墙堆石坝； 宽高比； 黏土垫层； 接触面； 应力状态； 剪切破坏
腐蚀介质对硬化水泥浆体溶蚀特性的影响
何绍丽，左晓宝，汤玉娟，江恺，AYINDE Olawale，殷光吉
(南京理工大学 土木工程系， 江苏 南京 210094)
摘要：为了获得腐蚀介质对水泥浆体溶蚀特性的影响规律，采用去离子水和6 M NH4Cl溶液作为腐蚀介质，分别开展室温(25 ℃)环境下水灰比为0.45的硬化水泥净浆薄片试件的常规和加速溶蚀，并通过饱水干燥称重法、扫描电子显微镜(SEM/EDS)、X射线衍射法(XRD)等测试，分析了2种腐蚀介质中硬化水泥浆体的孔隙率、钙硅比及其物相组成和微结构的演变规律。结果表明，在25 ℃室温环境下，同去离子水相比，氯化铵溶液中水泥净浆试件孔隙率增加和钙硅比降低的速率均显著提高，而氯化铵溶液中溶蚀9 d后的试件微观形貌与去离子水浸泡360 d的微结构形貌基本一致，且溶蚀后的物相组成也基本相同；氯化铵溶液显著提高了硬化水泥浆体的溶蚀进程，并可较短的时间内获得其溶蚀特性，但并未改变溶蚀过程中硬化水泥浆体的物相组成和微结构特性，可作为混凝土等水泥基材料的加速溶蚀介质。
关键词：硬化水泥浆体； 溶蚀； 氯化铵溶液； 去离子水； 微结构； 物相
