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干湿-冻融循环条件下膨胀土剪切特性的劣化机制研究

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工程力学 2024年第4期41卷 94-105页

作者：张浩张凌凯新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052

因北疆供水一期工程膨胀土渠坡每年经历通水、停水及冻结、融化过程,导致渠坡多次发生滑动破坏现象。为深入探讨膨胀土渠坡的滑动破坏机理,通过对膨胀土进行裂隙性试验、剪切试验及其微观试验,从宏-细-微三个角度分析了膨胀土的劣化物... 详细信息

因北疆供水一期工程膨胀土渠坡每年经历通水、停水及冻结、融化过程,导致渠坡多次发生滑动破坏现象。为深入探讨膨胀土渠坡的滑动破坏机理,通过对膨胀土进行裂隙性试验、剪切试验及其微观试验,从宏-细-微三个角度分析了膨胀土的劣化物理机制。研究结果表明:膨胀土经过干湿-冻融循环后,裂隙率、裂隙条数及裂隙总长度等评价指标呈急剧上升的趋势,而后速度变缓最后趋于稳定,因现有指标存在量度单一等问题,在已有裂隙性指标基础上,通过相交点数和裂隙条数提出一种新的裂隙评价指标Q,可全面评价裂隙发育程度,Q随着循环次数的增加而增加,而后变缓最后趋于稳定;膨胀土经过不同次数干湿-冻融循环,黏聚力随循环次数的增加而减小,内摩擦角基本处于稳定值,抗剪强度主要与黏聚力相关联,黏聚力与裂隙参数Q关系曲线呈线性变化,黏聚力随Q的增加而减小;微观机理方面,通过微观电镜扫描,发现土体微观结构受干湿-冻融循环影响显著,土体微观结构逐渐破碎,颗粒总面积减少,孔隙体积增加,微小孔隙不断连接,逐渐形成新的裂隙;裂隙参数Q与各微观参数的灰色关联度均大于0.67,其中颗粒总数及颗粒总面积为主要影响因素;裂隙的产生使土颗粒之间的相互作用力逐渐减小,导致黏聚力变小。

关键词：干湿-冻融膨胀土剪切特性裂隙规律微观机理

阿克苏河流域生态系统服务价值时空演变及其驱动因素

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环境科学 2024年

作者：杨杰高凡徐海量刘坤韩方红新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所

阿克苏河流域作为“一带一路”倡议中的重要节点，其生态保护和可持续发展对于该区域发展具有深远影响。探明阿克苏河流域生态系统服务价值（ESV）时空演变特征及其驱动要素，对优化区域生态系统，促进生态建设与经济协调发展，以及推... 详细信息

阿克苏河流域作为“一带一路”倡议中的重要节点，其生态保护和可持续发展对于该区域发展具有深远影响。探明阿克苏河流域生态系统服务价值（ESV）时空演变特征及其驱动要素，对优化区域生态系统，促进生态建设与经济协调发展，以及推动人与自然和谐共生具有重要意义。基于阿克苏河流域2000～2020年5期土地利用数据，采用土地利用转移矩阵、修正后的当量因子法、敏感性分析法、ESV权衡协同分析及地理探测器等多种方法，分析研究区ESV的时空演变特征及其驱动因素，结果表明：①2000～2020年，阿克苏河流域 80% 以上的土地面积由草地和未利用土地组成，是主要的土地利用类型；转出面积最多的为草地(1373.22km2)，转入面积最多的为耕地（2141.51km）。②2000～2020年，研究区ESV呈波动下降趋势，2020年ESV总值较2000年减少了15.96%；ESV总体上呈由北向南逐渐减少的趋势。③协同关系为研究区生态系统服务功能之间的主要关系，权衡关系主要表现在食物、原料生产与其他服务功能之间。④气温和降水是影响研究区ESV变化的主导因子，且气候因子对ESV的影响力普遍较高；交互探测结果表明多因子协同作用共同影响了阿克苏河流域ESV的变化，年均降水、气温和地温之间的交互作用q值普遍较高（最高达0.54），且任意两驱动因子之间的交互作用要强于单个因子的作用。

关键词：土地利用生态系统服务价值(ESV) 时空演变地理探测器空间分异

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工程安全综合评价模型研究及数字孪生应用

人民长江 2024年第4期55卷 239-243,261页

作者：牛广利胡雨新胡蕾李天旸方豪文长江科学院工程安全与灾害防治研究所湖北武汉430010 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心湖北武汉430010 国家大坝安全工程技术研究中心湖北武汉430010 长江水利委员会智慧长江创新团队湖北武汉430010 南水北调中线水源有限责任公司湖北十堰442700

工程安全综合评价是实现工程安全“四预”的核心和关键,然而传统方法存在着难以全面、可靠、实时获取工程安全状态的问题。结合数字孪生水利工程建设,开展工程安全综合评价模型研究工作,提出了工程安全综合评价的总体技术路线,通过构建... 详细信息

工程安全综合评价是实现工程安全“四预”的核心和关键,然而传统方法存在着难以全面、可靠、实时获取工程安全状态的问题。结合数字孪生水利工程建设,开展工程安全综合评价模型研究工作,提出了工程安全综合评价的总体技术路线,通过构建工程安全综合评价体系,制定了测点评判规则和逐级评判规则,通过融合安全监测数据、结构计算成果和巡视检查信息,综合判别工程安全运行性态;同时基于数字孪生平台框架,集成开发了工程安全综合评价功能模块。目前,研究成果已在数字孪生丹江口工程中实现了初步应用,模型评价结果合理,功能集成方案可行,可为同类数字孪生水利工程建设提供参考。

关键词：工程安全综合评价模型数字孪生丹江口水利枢纽

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超高延性水泥基复合材料耐久性研究进展

人民长江 2024年第1期55卷 175-183页

作者：王玉璞李家正石妍长江科学院材料与结构研究所湖北武汉430010 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心湖北武汉430010

普通混凝土在特殊环境下容易出现性能劣化、耐久性不足的问题。超高延性水泥基复合材料(ECC)是一种纤维增强水泥复合材料,在拉伸载荷作用下产生微裂纹后具有应变硬化和自愈合能力,使ECC在各种环境条件下比普通混凝土有更佳的耐久性。综... 详细信息

普通混凝土在特殊环境下容易出现性能劣化、耐久性不足的问题。超高延性水泥基复合材料(ECC)是一种纤维增强水泥复合材料,在拉伸载荷作用下产生微裂纹后具有应变硬化和自愈合能力,使ECC在各种环境条件下比普通混凝土有更佳的耐久性。综述了近年来国内外关于ECC耐久性的研究进展,总结了ECC在抗渗性、抗冻性、耐化学侵蚀性能、耐高温性、耐磨性相关方面的特点,并与普通混凝土进行了对比。研究发现:目前关于多因素耦合条件下ECC的耐久性研究、耐久性微观层面解释以及设计耐高温、耐磨性好的ECC等方面研究还不充分,基于此提出了几个未来研究方向。

关键词：超高延性水泥基复合材料耐久性裂缝纤维自愈合

递增式连续降雨条件下典型山区坡面径流产沙水动力学特征

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农业工程学报 2024年第9期40卷 88-97页

作者：童晓霞崔远来邵东国李建明张冠华路良伟刘纪根武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 长江水利委员会长江科学院武汉430010 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心武汉430010 长江水利委员会水旱灾害防御创新团队武汉430010

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山... 详细信息

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山河小流域作为研究对象,基于室内模拟递增式连续降雨试验方法,研究了坡度、土层厚度分布和土层底部透水性等山区坡面下垫面特性共同作用下的坡面径流产沙水动力学特征。结果表明:1)连续降雨条件下,雷诺数、水流剪切力和径流功率随着产流时间和雨强增加呈现增加趋势,Darcy-Weisbach阻力系数呈降低趋势。2)雨强增加使雷诺数均值和径流功率均值显著增加(P研究坡面产流产沙规律时,除考虑雨强和坡度外,还应兼顾考虑土层厚度分布和土层底部透水性及其交互作用的影响。该研究结果可为山区坡面复杂下垫面条件下的坡面产流产沙机理提供一定的理论支撑,并为改进山区小流域水文过程分布式模拟提供参数率定依据。

关键词：降雨坡度侵蚀土层厚度分布土层底部透水性径流产沙水动力参数

剪切大变形条件下心墙沥青混凝土渗透特性研究

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水利学报 2024年第6期55卷 686-697页

作者：何建新李豪杨武刘亮新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052 堤坝工程安全及灾害防治兵团重点实验室新疆乌鲁木齐830052

为研究心墙沥青混凝土在大剪切变形条件下的渗透特性,基于自主研发的三轴剪切轴向渗透试验系统,对70号、110号沥青混凝土开展了不同围压、渗透压组合的三轴剪切渗透试验,并提出了基于全局优化算法的沥青混凝土渗透系数反演最优模型。试... 详细信息

为研究心墙沥青混凝土在大剪切变形条件下的渗透特性,基于自主研发的三轴剪切轴向渗透试验系统,对70号、110号沥青混凝土开展了不同围压、渗透压组合的三轴剪切渗透试验,并提出了基于全局优化算法的沥青混凝土渗透系数反演最优模型。试验结果表明:剪胀效应引起裂隙的张开与扩展,使沥青混凝土的渗透系数大幅增加。低围压下,轴向应变从8%增加至30%,渗透系数变化幅度可达2个数量级;应变状态和应变增量影响沥青混凝土的渗透性,渗透系数随应变场的变化而改变。压密阶段,随轴向应变的增加,体积增量比为负值,渗透系数减小。裂隙发育阶段,体积增量比为正值,渗透系数增大;围压对沥青混凝土的渗透性有显著影响。两种标号沥青混凝土试样的防渗安全轴向应变阈值在低围压时较小,随着围压的增加呈递增趋势。当围压加载至1.0 MPa,轴向应变增加至30%后,沥青混凝土的渗透系数仍满足规范要求。

关键词：水工沥青混凝土大剪切变形渗透特性轴向应变反演模型

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数字孪生小浪底大坝安全监测管理平台建设与应用研究

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水利发展研究 2024年

作者：魏立巍胡凯牛广利黄河水利水电开发集团有限公司长江科学院工程安全与灾害防治研究所国家大坝安全工程技术研究中心水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心

基于数字孪生小浪底总体框架，开展了小浪底大坝安全监测管理平台建设，打破了多套原有业务系统的技术壁垒，构建了安全监测数据底板、模型平台和业务应用，已在小浪底水利枢纽高水位运行、调水调沙、汛期防洪运用中发挥了关键作用。文... 详细信息

基于数字孪生小浪底总体框架，开展了小浪底大坝安全监测管理平台建设，打破了多套原有业务系统的技术壁垒，构建了安全监测数据底板、模型平台和业务应用，已在小浪底水利枢纽高水位运行、调水调沙、汛期防洪运用中发挥了关键作用。文章详细介绍了小浪底大坝安全监测管理平台的建设背景、总体架构、建设内容和应用成效，可为同类工程建设提供借鉴与参考。

关键词：小浪底数字孪生大坝安全监测智能分析预警

1990—2020年塔里木河流域土地利用变化及其对碳储量的影响

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环境科学 2024年

作者：田梓祎高凡何兵韩方红新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆农业大学水利与土木工程学院

土地利用是引起生态系统碳储量变化的重要因素之一.研究土地利用变化驱动下碳储量时空演变特征，对于增强陆地生态系统固碳能力、减缓气候变暖效应、助力“双碳”目标实现具有重要意义.以塔河流域为研究对象，基于1990—2020年4期土地... 详细信息

土地利用是引起生态系统碳储量变化的重要因素之一.研究土地利用变化驱动下碳储量时空演变特征，对于增强陆地生态系统固碳能力、减缓气候变暖效应、助力“双碳”目标实现具有重要意义.以塔河流域为研究对象，基于1990—2020年4期土地利用数据，运用InVEST模型Carbon模块估算并分析流域碳储量时空演变特征，探讨土地利用变化对流域生态系统固碳能力的影响及碳储量空间分异驱动规律，结果表明：①草地和未利用地是塔河流域主要的土地利用类型，占土地类型总面积的90%以上，其次为耕地、林地、水域和建设用地.1990—2020年间耕地、建设用地和未利用地呈增加趋势，草地、林地和水域面积呈减小趋势；1990—2020年流域土地利用类型总转移面积2.19×105km2，草地为主要转出类型(占总转出面积的44.22%)，主要转换为未利用地与耕地；②塔河流域碳储量空间分布整体特征表现为中部偏低，四周偏高，碳储量高～高聚类、高～低聚类主要位于林地与草地等分布区域，碳储量低值地区主要分布在塔河流域中部未利用地类型区.1990—2020年塔河流域碳储量呈持续下降趋势，近30年间累计损失9×107Mg，碳储量变化重心向东南方向偏移，碳储量减少区域大部分为耕地与未利用地向周围扩张，侵占了碳密度更高的草地与林地；③不同土地利用类型对碳储量贡献大小依次为草地、林地、耕地、未利用地、建设用地、水域；④塔河流域碳储量的空间分异性受地形、气候、环境及人口等多种驱动因子及其之间协同作用的影响

关键词：土地利用碳储量 InVEST模型地理探测器塔里木河流域

基于3类空间变化的阿克苏河流域碳排放轨迹及生态环境效应

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环境科学 2024年

作者：高凡曹燕韩方红何兵新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室

干旱区内陆河流域生态本底脆弱敏感但生态区位非常重要，针对该类地区科学评估人工绿洲扩张引起的农业、城镇和生态“3类空间”变化引起的碳排放和生态环境效应问题，对于把握各土地利用类型的碳排放特征、制定土地利用减排策略、促进... 详细信息

干旱区内陆河流域生态本底脆弱敏感但生态区位非常重要，针对该类地区科学评估人工绿洲扩张引起的农业、城镇和生态“3类空间”变化引起的碳排放和生态环境效应问题，对于把握各土地利用类型的碳排放特征、制定土地利用减排策略、促进生态文明建设、优化国土空间格局具有重要意义.以新疆干旱区内陆河流域-阿克苏河流域为研究对象，基于土地利用数据和社会经济数据，采用碳排放系数法测算土地利用碳排放，利用空间自相关分析法和标准差椭圆分析阿克苏河流域3类空间碳排放的空间演化特征，基于生态环境质量指数和生态贡献率探究阿克苏河流域3类空间变化对生态环境效应的影响.结果表明：①农业空间和城镇空间规模呈持续上升趋势，生态空间总体规模缩小.农业空间和城镇空间提供的碳源呈持续上升趋势，生态空间提供的碳汇呈先上升后下降的趋势，总体呈下降趋势；②流域净碳排放和3类空间提供的碳排放具有空间正相关性，流域碳排放的重心在总体上除生态空间向西南移动，其他空间及净碳排放均向东南移动；③流域内生态环境质量指数呈先上升后下降，总体呈下降趋势，1990～2000年生态环境质量总体好转，2000～2010年生态环境质量总体严重恶化，2010～2020年生态环境质量总体缓慢恶化.

关键词： 3类空间碳排放空间自相关标准差椭圆生态环境质量指数阿克苏河流域