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胶结砂砾石料剪切二元强度准则与本构模型研究

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岩土工程学报 2024年

作者：武颖利任红磊郭万里南京水利科学研究院岩土工程研究所南京水利科学研究院材料与结构研究所

为探究胶结砂砾石料复杂的力学特性，开展不同围压、不同掺量的胶结砂砾石料大型三轴剪切试验，并建立了适用于胶结砂砾石料的二元剪切强度准则和双屈服面本构模型。结果表明：(1)胶结砂砾石料具有一定的胶结力和结构性，宏观上表现出... 详细信息

为探究胶结砂砾石料复杂的力学特性，开展不同围压、不同掺量的胶结砂砾石料大型三轴剪切试验，并建立了适用于胶结砂砾石料的二元剪切强度准则和双屈服面本构模型。结果表明：(1)胶结砂砾石料具有一定的胶结力和结构性，宏观上表现出显著的软化、强剪胀等力学特性；(2)基于二元介质理论建立了剪切强度准则，该准则可描述不同胶凝掺量下的胶结砂砾石料的强度演化规律；(3)将剪切强度准则合理转化为本构模型中的剪切屈服面，并在修正剑桥模型基础上考虑材料的抗拉特性得到体积屈服面，同时本构模型重点描述了胶结砂砾石料的应变软化及强剪胀性；(4)推导了本构模型在一般应力状态下的刚度矩阵，并证明了其对胶结砂砾石料三轴剪切试验具有良好的拟合效果。本文研究结果可为胶结砂砾石坝的应力变形计算提供更好的理论指导。

关键词：胶结砂砾石料强度准则应变软化剪胀性双屈服面模型

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基于海洋动力学机制的藻团漂移模式

海洋工程 2024年

作者：丁伟张功瑾路川藤白一冰罗小峰南京水利科学研究院河流海岸研究所

海洋藻团的漂移轨迹及规律是其动力学机制的宏观表现。在三维海洋动力学模型基础上，构建了基于惯性力和历史baseet力等的拉格朗日藻团漂移模式，通过对于藻团漂移路径的模拟结果与实际海洋跟踪监测结果对比，验证了漂移模式的准确性。... 详细信息

海洋藻团的漂移轨迹及规律是其动力学机制的宏观表现。在三维海洋动力学模型基础上，构建了基于惯性力和历史baseet力等的拉格朗日藻团漂移模式，通过对于藻团漂移路径的模拟结果与实际海洋跟踪监测结果对比，验证了漂移模式的准确性。应用该模式研究了风流共同作用下藻团的漂移轨迹及平面分布。结果表明：考虑藻团质量的惯性力作用及风的拖曳力作用建立的藻团漂移模式可以更加准确的反映藻团在风-流致漂移中运动滞后机制，纯潮流作用下，水质点与藻团漂移的轨迹接近，潮流作用会导致藻团发生聚集并使其成为条带状，风生流及其直接拖曳力的作用使得藻团有明显的定向性，风流共同作用下藻团的移动方向是位于平均风场方向与余流方向的夹角之间。

关键词：藻团漂移实测跟踪风流作用漂移路径

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汉江中下游水质时空特征及环境流量确定

水力发电学报 2024年

作者：何术锋佘星源林育青杨早立莫康乐陈求稳南京水利科学研究院生态环境研究所

近年来，汉江中下游水质问题频发，且河道内环境流量尚未明确，严重威胁沿岸用水安全。为探明汉江中下游水质时空分布特征和河道环境流量，收集调研了2015-2019年汉江中下游黄家港、襄阳、皇庄、沙洋、潜江、仙桃和汉川等7个控制断面的p... 详细信息

近年来，汉江中下游水质问题频发，且河道内环境流量尚未明确，严重威胁沿岸用水安全。为探明汉江中下游水质时空分布特征和河道环境流量，收集调研了2015-2019年汉江中下游黄家港、襄阳、皇庄、沙洋、潜江、仙桃和汉川等7个控制断面的pH、溶解氧（DO）、高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总磷（TP）5项水质指标，基于水质单因子评价方法分析了水质时空变化特征。通过建立一维水动力-水质模型，构建了基于保障各控制断面水质的环境流量计算方法，并根据不同水源的输入，计算了汉江中下游河道环境流量，并提出了保障方案。结果表明，汉江中下游丰水期氨氮和枯水期总磷在皇庄以下断面均未达到Ⅱ类水标准，氨氮沿程变化不明显，总磷从上游至下游逐渐升高。环境流量保障需结合引江济汉补水工程和丹江口下泄流量，丰水期和枯水期当引调长江水分别为500 m3/s和350 m3/s时，还需丹江口水库分别下泄214 m3/s和315 m3/s才能满足河道内的环境流量。研究为汉江中下游水质安全保障和合理分配丹江口水资源提供了参考。

关键词：汉江中下游水质评价水动力-水质模型环境流量

典型风力条件及水力调度下太湖藻华高频时空动态监测

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湖泊科学 2024年第3期36卷 685-694页

作者：胡明涛陈诚李港刘洋姚斯洋何梦男陈求稳南京水利科学研究院生态环境研究所南京210029 河海大学水利水电学院南京210098 江西省水利科学院南昌330029 武汉大学水利水电学院武汉430000

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本... 详细信息

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本研究基于Hiamwari-8/AHI卫星遥感高频监测数据,对比分析了归一化差异植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和浮游藻类指数(FAI)3种不同指数对太湖藻华的反演效果,开展了典型风力条件下和水力调度下太湖藻华生消过程的持续监测分析。结果表明,FAI对藻华区域和非藻华区域的区分更加明显,其阈值提取的藻华面积与基于MODIS图像解译的藻华面积的相对误差最低,为-2.27%。当营养盐充足且水温持续保持在蓝藻大量生长增殖的阈值以上时,风力条件是导致太湖藻类迁移聚集的关键因子,风向主要影响藻类的水平迁移,使其进行方向性迁移并逐渐形成大面积藻华区域。风速主要影响藻类的垂向迁移并存在临界阈值,当风速低于约2.5 m/s的临界风速时,藻华面积随风速增加而增加;当风速高于临界风速时,藻华面积随风速增加而降低。水力调度对距离较近的贡湖湾区域具有显著影响,主要通过水动力扰动来影响藻类的垂向迁移,使藻类沿水深方向强烈掺混,导致区域藻华面积下降。此外,持续且更大流量的调水将不断增强水动力扰动,减小区域藻华面积。本研究揭示了典型风力条件及水力调度下太湖藻华分布特征和迁移机理,可为湖泊藻华的精确动态监测预警和科学管控提供重要技术支撑。

关键词：太湖蓝藻水华高频监测 Hiamwari-8/AHI 水力调度

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汉江中下游藻华暴发特征及生态流量阈值

中国环境科学 2024年第1期44卷 363-370页

作者：何术锋胡威杨早立冯韬严晗璐林育青陈求稳南京水利科学研究院生态环境研究所江苏南京210029 上海勘测设计研究院有限公司上海200434

基于2015~2019年汉江中下游水文,水环境和水生态数据,采用主成分分析与冗余分析识别了河流藻华暴发防控的关键因子,拟合得到其调控阈值,然后,使用断面通量法和流速抑制法推求了抑制河流藻类水华暴发的生态流量.结果表明:汉江中下游藻类... 详细信息

基于2015~2019年汉江中下游水文,水环境和水生态数据,采用主成分分析与冗余分析识别了河流藻华暴发防控的关键因子,拟合得到其调控阈值,然后,使用断面通量法和流速抑制法推求了抑制河流藻类水华暴发的生态流量.结果表明:汉江中下游藻类水华主要发生在枯水期,枯水期藻类优势种群为硅藻,小环藻为优势种,丰水期绿藻门和硅藻门是优势种群,小球藻为优势种.流速是影响汉江藻类生长的主控因子,当流速超过0.462m/s时,流速继续增大将抑制藻类生长.汉江中下游枯水期控制藻类水华的生态流量:沙洋断面流量为890m^(3)/s,潜江断面流量为918m^(3)/s,仙桃断面流量为953m^(3)/s,汉川断面流量为1075m^(3)/s.

关键词：汉江藻类水华流速生态流量

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考虑波浪对粉砂质岸坡作用的离心模型试验

海洋工程 2024年

作者：张晨朱洵王羿顾行文南京水利科学研究院岩土工程研究所

波浪作用对岸坡稳定性有显著影响。为在模型试验中反映波浪作用下岸坡的真实应力状态，完成了一组关于有限水深条件下波浪对砂质岸坡作用的离心模型试验，其中超重力环境下的波浪由冲箱式造波器生成。介绍了超重力场下冲箱式造波机的造... 详细信息

波浪作用对岸坡稳定性有显著影响。为在模型试验中反映波浪作用下岸坡的真实应力状态，完成了一组关于有限水深条件下波浪对砂质岸坡作用的离心模型试验，其中超重力环境下的波浪由冲箱式造波器生成。介绍了超重力场下冲箱式造波机的造波特点，根据试验结果分析了粉砂质岸坡在波浪作用下的冲刷特征，分析了粉砂质岸坡在波浪作用下的破坏模式，提出了基于冲刷形态的剥蚀率指标，并探讨了岸坡表面和土体内部孔隙水压力的变化规律。结果表明，粉砂质岸坡在波浪作用下出现了明显地侵蚀—后退现象，水面线附近侵蚀严重，破坏面的坡率大约在65°左右，破坏模式表现为浅层滑坡。水面线附近的岸坡受波浪作用影响，出现了类似“液化”现象；同时坡内的渗流过程进一步影响了岸坡稳定性。

关键词：粉砂质岸坡离心模型试验冲箱式造波机波浪作用侵蚀特性

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岛礁地形上斜坡堤前破碎波流场数值模拟研究

海洋工程 2024年第1期42卷 96-105页

作者：黄晶鑫杨氾潘军宁王登婷刘清君南京水利科学研究院河流海岸研究所江苏南京210024

基于SPH方法建立波浪数值水槽,对岛礁地形上的波浪传播变形进行了数值模拟,分析了岛礁地形上波浪破碎过程的波高和水质点波动流速分布,并采用波浪水槽物理模型试验数据进行对比验证。结果表明,该模型可以较准确地模拟岛礁地形上波浪破... 详细信息

基于SPH方法建立波浪数值水槽,对岛礁地形上的波浪传播变形进行了数值模拟,分析了岛礁地形上波浪破碎过程的波高和水质点波动流速分布,并采用波浪水槽物理模型试验数据进行对比验证。结果表明,该模型可以较准确地模拟岛礁地形上波浪破碎引起的波高和波动流场沿程变化。在此基础上模拟了礁坪上建设斜坡堤后的波动流场,分析了斜坡堤对礁坪上流场形态、沿程波高、波动流速垂向分布及近底流速的影响。结果表明:在建设斜坡堤后,礁坪上波浪破碎更加猛烈,波浪破碎点前移;沿程波高与波动流速受反射波影响明显,沿程波高变化呈现为先增大、再减小、再增大,最后在防波堤堤脚处减小,近底流速变化趋势则与之相反;在堤前半倍波长范围内反向近底流速峰值较非岛礁地形上规范公式计算值增幅较大。

关键词：岛礁地形光滑粒子流体动力学法数值模拟斜坡堤破碎波

基于现场试验的海上筒型基础风电结构动力特性研究

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岩土工程学报 2024年

作者：蔡正银范开放朱洵南京水利科学研究院岩土工程研究所

海上风电结构在正常服役过程中长期承受风、浪等复杂环境荷载，其结构动力特性是整机安全性评估的重要依据。基于江苏如东复合筒型基础海上风电结构的原位测试数据，识别了不同环境激励下的结构模态参数，探讨了海上风电结构动力特性随... 详细信息

海上风电结构在正常服役过程中长期承受风、浪等复杂环境荷载，其结构动力特性是整机安全性评估的重要依据。基于江苏如东复合筒型基础海上风电结构的原位测试数据，识别了不同环境激励下的结构模态参数，探讨了海上风电结构动力特性随环境激励、时间等的演化规律。结果表明：结构模态频率和阻尼比总体服从正态分布，随时序表现出一定离散性，径向频率集中在0.308～0.315 Hz范围，径向阻尼比集中在2.75%～3.5%范围；风荷载为风电结构振动特性的关键控制荷载，模态频率与风速之间呈负相关，模态径向阻尼比与风速之间呈正相关，且风速大于7 m/s后，其相关性随着风速增大均略有增加；随时间推移，结构频率出现一定程度的退化，退化主要集中在测试期间的前150天，反映出土体对筒型基础整体约束能力的下降。研究指出筒-土接触作用减弱是造成结构频率退化的主要原因，并采用筒-土界面刚度弱化作用和海底潮流冲刷作用做出了相应的解释和讨论。

关键词：筒型基础原位测试模态参数环境激励

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静压桩的桩侧土压力分布规律数值分析

岩土力学 2024年第6期45卷 1863-1872页

作者：马登辉韩迅蔡正银关云飞南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 河海大学土木与交通学院江苏南京210024

静压桩的贯入挤土效应导致桩侧土压力升高,探究桩贯入挤土导致的桩侧土压力变化对建立合理的桩贯入阻力计算方法具有积极的意义。因此,采用大变形数值模拟方法和南水本构模型对桩在砂土中的贯入过程进行了分析,探究了桩侧土压力系数K的... 详细信息

静压桩的贯入挤土效应导致桩侧土压力升高,探究桩贯入挤土导致的桩侧土压力变化对建立合理的桩贯入阻力计算方法具有积极的意义。因此,采用大变形数值模拟方法和南水本构模型对桩在砂土中的贯入过程进行了分析,探究了桩侧土压力系数K的变化规律。结果表明:桩贯入过程中土体受力可划分为加载、卸载和应力稳定3个阶段,在桩端到达土体所在深度时土体的应力达到峰值,远离后土体发生应力卸载,最后趋于稳定;在深度方向的最大扰动范围为5D(D为桩直径),沿径向最大扰动范围为6D。桩贯入完成后的桩侧土压力沿深度方向近似表现为线性分布,在桩端处出现极值。桩径的变化对土压力的影响不显著,不同直径的桩侧壁土压力接近。随着界面摩擦系数的增加,桩侧土压力逐渐增大。基于数值分析结果提出了考虑桩−土界面摩擦系数的桩侧土压力计算方法。

关键词：砂土挤土效应土压力系数大变形数值模拟