三峡枢纽下游引航道水力波动叠加效应研究

程 龙1, 2，李 云1，安建峰1

（1.南京水利科学研究院 通航建筑物建设技术交通行业重点实验室，江苏 南京 210029；2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098）

摘要: 为深入探索三峡枢纽运行产生的水力波动在下游引航道内的叠加规律，从明渠非恒定流基本方程出发，建立三峡-葛洲坝两坝间河道及三峡枢纽下游引航道的Preissmann 四点隐式差分格式数学模型，研究引航道内波动叠加规律，分析河道基流和初始水位对波动特性的影响，并对葛洲坝枢纽流量不变和敞泄时三峡枢纽下游引航道口门和升船机下闸首的水位波动过程进行了回归分析。研究表明：引航道口门的波动过程主要由两坝间净流量所引起的平均涨水过程和以其为平衡轴的振荡过程叠加而成，升船机下闸首水位波动过程则表现为引航道口门波动过程和引航道内往复波流的叠加，其相对波动幅值的衰减过程基本符合指数规律。回归分析得到的表达式，能有效获得引航道水位波动过程，具有较高的模拟精度。

关键词：三峡枢纽；引航道；水力波动；叠加

随机波浪力连续场的降维模拟

吕康玄1，刘章军2

(1. 三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002；2. 武汉工程大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430074)

摘要: 根据水质点的水平速度和加速度过程的功率谱密度，利用线性化的Morison方程，从平稳随机过程自相关函数的角度推导了随机波浪力的功率谱密度函数。在平稳随机过程的源谱表达基础上，通过将标准正交随机变量集定义为仅含1个基本随机变量的正交函数形式，实现了随机波浪力连续场的降维模拟。同时，结合快速傅里叶变换（FFT）技术，给出了随机波浪力连续场降维模拟的快速算法。应用该方法对某一单个小尺度直立圆柱桩所受的随机波浪力进行模拟，给出了随机波浪力过程的均值、标准差、自相关函数及互相关函数等数值特征，并与Monte Carlo方法的结果进行对比分析。研究表明，降维模拟方法具有较高的模拟精度与效率。

关键词：随机波浪力；线性化Morison方程；源谱表达；降维模拟；快速傅里叶变换(FFT)

椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

才瀚涛，黄 华，苏 炜

(中山大学 航空航天学院 应用力学与工程系，广东 广州 510275)

摘要: 应用椭圆余弦波理论，给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解，对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算，揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明：椭圆余弦波理论计算的V 形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果，该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外，浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V 形堤的波浪作用产生相关影响，而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。

关键词：椭圆余弦波；V形防波堤；波浪力；波浪绕射

基于MLP方法的长江-洞庭湖江湖水沙交换演变规律研究

贾雅兰，施 勇

(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 基于多层感知机MLP(Multi-layers Perceptrons)方法建立了长江和洞庭湖水沙交换关键节点间的回归关系，计算并分析江湖水沙交换各节点的联动变化。研究结果如下：（1）城汉河段（城陵矶-汉口）的河床冲淤及水情变化是江湖水沙通量演变的重要环节，分析下荆江裁弯后三口和干流水沙通量的变化可知，城汉河段淤积严重导致荆江水沙下泄受阻；（2）三峡水库运用后，荆江河段上下游间、主支汊间的水沙联系减弱明显；（3）当汉口水位高于26 m时，汉口水位每抬升1 m对应的螺山流量增量基本稳定，该值在调弦口建闸前后、裁弯后、葛洲坝截流后和三峡水库运用后分别为4 400，4 300，4 500～4 700和4 000 m3/s；（4）荆江三口水沙分泄能力对宜昌站来水量的响应程度逐渐减弱，在三峡水库运用前各时段内，三口水沙分泄能力对来水量的响应程度在汛期宜昌站流量站流量为35 000 m3/s时最强，三峡水库运用后，则是在汛前和汛后宜昌站流量为25 000 m3/s时最强。

关键词：江湖水沙通量；水沙关系；荆江口；分流分沙；三峡工程

复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响

王梅力1, 2，祖福兴3，徐绩清1，王平义1，韩林峰1

(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 建筑与城市规划学院，重庆 400074；3. 重庆市交通规划勘察设计院，重庆 400074)

摘要: 滑坡涌浪对涌浪生成和传播区域可能造成巨大影响。河道型水库滑坡涌浪受河道边界的作用会产生波浪叠加。为研究河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律，借助长江三峡库区万州某河段与原型一致的物理模型，基于FLOW-3D计算流体力学软件建立三维滑坡涌浪数值模型，给出了数值求解、网格划分和边界条件设置方法，并经物理模型试验对建立的三维数学模型进行一致性较好的验证。按照滑坡体入水点位于河道直线段、弯道凸岸顶点、弯道凹岸顶点3种工况，模拟分析复杂河道边界对滑坡涌浪周期的影响规律，绘制波谱强度与频率关系图，得出不同岸坡坡度、弯道凹岸平面曲率、凹岸圆弧角度、凸岸圆弧角度对涌浪周期的影响规律。

关键词：滑坡涌浪；复杂河道边界；反射波周期；数值模拟；FLOW-3D

基于RBF代理模型和粒子群算法的水交换优化研究

戚 蓝1，郑诗豪1, 2，张丛林2

(1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；2. 中国科学院 科技战略咨询研究院，北京100910)

摘要: 良好的水交换对改善水环境、提高水域周边景观效果等具有十分重要的作用。而引水置换的方法对促进水交换效果显著，但利用数值模拟进行水交换研究耗时长、效率低，且人为改变参数的局限性大，不利于寻找最优的换水方案。为解决这一问题，基于径向基函数(简称RBF)代理模型建立水交换优化模型，并通过粒子群算法求最优解。以某人工岛游艇别墅区港池初拟方案为例，验证该方法的可行性和优越性。算例结果表明：（1）构建的基于RBF代理模型的水交换优化模型精度较高；（2）基于RBF代理模型的水交换优化模型计算1次所需时间量级为秒，而传统数值模拟计算的量级为小时；（3）通过粒子群算法，对建立的基于RBF代理模型的水交换优化模型求解，得到研究区域的最优换水方案。上述最优方案的结果与MIKE21 水动力和对流扩散模型的计算结果相符。

关键词：水交换优化；RBF代理模型；粒子群算法；数值模拟

长江口海域风浪场的计算与特征分析

耿浩博1，张洪生1，洪杨彬1, 2，胡国栋3

(1. 上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306；2. 浙江省嵊州市水利水电局，浙江 嵊州 312400；3. 长江水利委员会长江口水文水资源勘测局，上海 200136)

摘要: 以ECMWF数据资料为输入风场，以ETOPO1地形数据和实测水深资料相结合得到计算水深，通过WAVEWATCH III和SWAN模型嵌套数值模拟了长江口海域1996—2015年连续20年的风浪场。为了在保证计算精度的同时提高计算效率，通过台风和寒潮期间显著波高的比较进行敏感性分析，选取合适的计算范围和计算网格。与观测数据进行比较，发现显著波高计算值的变化趋势与观测结果一致，两者的相关系数为0.82。为了使模拟结果更接近实际，基于观测的波高，给出了具有代表性点位显著波高的修正式。根据风场数据资料和修正后的显著波高进行了风场和风浪场的特征统计分析，风浪特性分析的结果既体现了季节的影响，又体现了地形的影响。

关键词：风浪场；海浪模型；长江口；修正公式；统计分析

框架式海堤变形模拟与稳定性影响因素分析

郑安兴1，毛 前1，臧振涛2，周建芬1，蒋 宁3

(1. 浙江水利水电学院 水利与环境工程学院，浙江 杭州 310018；2. 浙江水院勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310018；3. 温州市鹿城区农业农村局，浙江 温州 325009)

摘要: 以温州框架式海堤为背景，采用有限元强度折减法，分析密排桩结构参数和桩基周围淘蚀对框架式海堤变形及稳定性的影响。计算结果表明：随着密排桩桩长增加，密排桩桩身水平位移不断减小；密排桩径对桩身水平位移的影响较小；密排桩排间距对桩身水平位移基本没有影响；随着桩基周围淘蚀深度的增加，密排桩桩身水平位移不断增大，最大增幅位置都发生在桩顶；随着密排桩桩长和桩径的增加，框架式海堤整体稳定安全系数均增大；密排桩排间距为2.1 m时，框架式海堤整体稳定安全系数最小。

关键词：框架式海堤；变形；稳定；有限元强度折减法；密排桩；桩身水平位移

特高拱坝运行初期变形监测预报模型及构建方法

胡 江

(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: 针对特高拱坝运行初期温度场的非稳定性和时效的非单调增长性，发展变形监测和预报模型，并提出构建方法。通过主成分上的分层聚类法选取代表性温度测点，将其实测值作为温度变量，引入包含徐变及其恢复项的时效变量表达式，论证其表达谷幅变形的能力。进而考虑库水位、实测温度、组合时效等变量，应用增强回归树方法提出特高拱坝运行初期变形监测和预报模型，并通过后向消减变量建立优化模型。分析各变量对变形的边际效应，得出相对影响，借助部分依赖图，辨识变量间相关关系及其对坝体变形的影响规律，揭示变形机制。将该模型应用于某特高拱坝，验证该模型的可行性和有效性；并将结果与支持向量机、多元回归模型进行对比分析，得出该模型具有显著的优越性。

关键词：特高拱坝；变形；运行初期；安全监测；增强回归树；主成分分析；支持向量机

缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟

胡良明，李姝钰，贾 欣，杨 旭

(郑州大学 水利科学与工程学院，河南 郑州 450001)

摘要: 为研究不同工况下，地震与缝面水压力共同作用对重力坝坝踵裂缝扩展的影响，以Koyna重力坝为例，利用扩展有限元法(XFEM)和相互作用积分理论，建立缝面水压力和地震共同作用下的重力坝坝踵裂缝断裂数学模型，研究不同的坝基与坝体弹模比、初始裂缝长度、缝面水压力分布对坝踵裂缝扩展的影响。计算结果表明：在缝面水压力均匀分布、初始裂缝长度一定的情况下，裂缝扩展长度随坝基与坝体弹模比的增大逐渐减小，扩展路径向坝基面靠拢；在坝基与坝体弹模比一定、缝面水压力均匀分布的情况下，裂缝扩展路径随着初始裂缝长度的增加逐渐增加且趋近坝基面；当坝基与坝体弹模比和初始裂缝长度一定时，随着缝面水压力系数的增大，裂缝扩展长度逐渐减小，裂缝逐渐向岩基扩展。

关键词：扩展有限元（XFEM）；重力坝；裂缝扩展；坝踵；缝面水压力

走锚漂流船舶撞击下桥墩基桩损伤分析

徐静文1, 2，李 致1，苏晓栋1，何建新1，陈灿明1

(1. 南京水利科学研究院 水利部水科学与水工程重点实验室，江苏 南京 210029；2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098)

摘要: 某挖沙船因洪水冲击走锚漂流，与下游浔江特大桥非航道孔桥墩发生碰撞。通过对事故时水文气象、漂流船舶状态与受损状况、受损桥墩外观调查，采用超声对测法和反射波法分别检测了撞击区域桥墩混凝土内部损伤和桩基桩身完好性，基于ABAQUS有限元软件分析了走锚漂流船舶作用下桥墩桩身应力、位移和损伤分布，综合分析判断事故中桥墩的损伤状况，为事故的后续处理提供技术依据。结果表明：桥墩碰撞处无开裂和明显破损，桥墩桩与盖梁间连接完好，上部结构与桥墩间搁置正常；碰撞区域混凝土内部无明显损伤，受撞桥墩桩身结构完整无明显缺陷；高危损伤区域为变径处系梁的左上和右下连接处；船舶走锚与船舶漂流对桥墩的撞击作用效应差别巨大，可判定本次碰撞事故未对受撞桥墩结构造成损伤。

关键词：走锚；漂流；船舶撞击；桩基；损伤检测；数值分析

定向爆破堆石坝应力变形特性研究

黄志鸿1, 2，杨 杰1，程 琳1，孙晓宁3，马春辉1

(1. 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048；2. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；3. 西安水务（集团）石砭峪水库管理有限公司，陕西 西安 710100)

摘要: 结合实测数据与数值模拟方法对某定向爆破堆石坝体结构在不同阶段的应力变形特性进行了分析，探讨定向爆破堆石坝的应力变形规律，并重点讨论了爆破堆石体和防渗结构的力学行为。对比分析表明：不同于常规坝体的最大沉降位于坝体2/3部位，爆破堆石最大沉降发生在爆破堆石体顶部，爆破堆石及坡积物的可压缩性是其产生较大沉降的主要原因。在此基础上，分析了爆破堆石体沉降对防渗结构应力变形的影响。结果表明：由于筑坝材料组成复杂、力学特性相差较大，导致大坝局部出现一定的不均匀沉降。700 m平台以下的反弧处出现较大的变形和应力，对沥青混凝土防渗斜墙变形造成较大影响。此外，库水位的抬升使沥青混凝土斜墙的应力和变形规律发生了较大变化，防渗体应力和变形明显增加。研究得出的定向爆破堆石坝的应力变形规律，较为全面、真实地反映了定向爆破堆石坝的爆破堆石体、坝体及防渗体的运行性态，同时也对高面板堆石坝、软岩筑坝、弃渣坝、滑坡及堰塞体等大变形结构体的安全性态研究具有一定的参考价值。

关键词：定向爆破堆石坝；安全监测；应力变形；防渗结构

内部裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响

王思瑶1, 2，胡少伟1

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 武汉大学 水利水电学院，湖北 武汉 430072)

摘要: 为研究混凝土梁内部贯穿裂缝缺陷对其断裂性能的影响，设计了含不同裂缝缺陷混凝土梁的三点弯曲断裂试验，研究不同长度、位置及数量的水平裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响。通过试验测得的P-Dm 曲线以及相关试验数据计算得到含不同裂缝缺陷的混凝土断裂参数与断裂能。对比结果可知：混凝土三点弯曲梁的起裂荷载和起裂韧度受水平裂缝缺陷参数变化的影响较小，而失稳荷载和失稳韧度受水平裂缝缺陷的影响较大；水平裂缝越长，试验测得其失稳荷载越小，计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝距离试件的底部越近，试验测得其失稳荷载越小，计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝数量越多，试验测得其失稳荷载越小，计算得到的失稳韧度越小，断裂能也越小。该现象表明混凝土试件中含线性缺陷导致材料的缺失量越大，其完全断裂所消耗的能量越小，且测得的断裂参数值也越小。

关键词：混凝土试件；水平裂缝缺陷；三点弯曲断裂试验；断裂参数；断裂能

粉质黏土原位地震动参数测试及模型参数反演分析

顾伟杰，范明桥，吉恩跃，钱 彬，张兴刚

(南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘要: 为解决目前现场原位地震动参数较难获取的问题，自行研发了土体地震动参数原位试验测试系统，该系统包括可移动系统、荷载伺服系统、动力反应系统和数据采集系统四部分，利用该系统对南京某工程场地进行了土的现场非线性剪切模量试验，得到了粉质黏土的现场非线性剪切模量G-logγ 曲线和G/Gmax-logγ 曲线，发现当剪应变γ 超过0.1%时，动剪切模量G减小的速度愈来愈快，反映了土在动荷载作用下非线性及应变累积性的特点。此外，基于Martin-Davidenkov模型，采用遗传算法对现场试验结果进行了反演分析，得到了该试验地区较浅土层内的模型参数取值范围。

关键词：地震动参数；原位试验；剪切模量；反演分析；地震安全评价

对称布置翼板加翼桩的水平承载性能分析

何建新，李 致，孟星宇，苏晓栋，陈灿明

(南京水利科学研究院 水利部水科学与水工程重点实验室，江苏 南京 210029)

摘要: 影响加翼桩水平承载性能的因素众多，其中翼板数量、荷载方向与翼板夹角是主要影响因素。采用ABAQUS有限元计算软件研究了软黏土地基中桩径为5.0 m，对称布置二、三和四翼板的加翼桩在不同荷载作用方向时桩身泥面水平位移、桩身倾斜率、桩身内力、桩身应力和极限承载力等的变化。通过与相同条件单桩的承载特性对比，分析了加翼桩水平承载性能提升幅度，明确了翼板通过同时或交替承担底面端承力、侧面摩擦阻力、水平土抗力和增加桩身抗弯刚度以提高其水平承载性能的机理，拟合了对称布置二、三和四翼板加翼桩水平极限承载力随荷载作用方向变化的计算式，对加翼桩极限承载力控制条件进行了对比分析。

关键词：风电桩基础；加翼桩；翼板数量；荷载方向；极限承载力

海洋生物附着对混凝土结构耐久性能影响

何晓宇1，李 天2，沈 坚1，张亚军2，夏 晋2，金伟良2

(1. 浙江省交通规划设计研究院有限公司 水运及海洋工程技术研究中心，浙江 杭州 310013；2. 浙江大学 结构工程研究所，浙江 杭州 310058)

摘要: 为研究海洋生物对混凝土结构的影响机理，分别对海洋动物、植物以及微生物3 种类型的海洋生物进行分析，重点讨论3种生物对混凝土结构的腐蚀机理和增强机理，并对其利用和防治进行了详细论述。通过某码头混凝土桩的现场长期暴露试验，研究混凝土内部的氯离子浓度、混凝土电阻率及钢筋电位的分布规律。结果表明，浪溅区的表面氯离子含量低于潮汐区，而混凝土氯离子扩散系数较为接近。贝类生物的聚集作用对混凝土抗氯离子性能具有正负效应：一方面，贝类覆盖区混凝土的表面氯离子含量较低，表明贝类的存在有利于降低混凝土表面氯离子的聚集，在混凝土表面起到物理保护作用，一定程度上有利于阻止氯离子的入侵；另一方面，贝类覆盖区混凝土内氯离子扩散系数大于光滑表面区，贝类的存在可能导致混凝土本体发生变化，削弱了混凝土自身的抗氯离子侵蚀能力，加快了氯离子在混凝土内部的传输。有贝类聚集时，混凝土表面电阻最低，且混凝

土内部钢筋的腐蚀电位较负，表明该区域混凝土内部钢筋的腐蚀风险最高，该海域贝类存在可能对混凝土的耐久性能造成不利影响。

关键词：混凝土结构；海洋生物；现场暴露试验；耐久性