最新刊期
      2017 年 第 49 卷 Z1 期

        水利与土木工程

      • 胡旭跃,郭楠,李志威,吴新宇
        2017, 49(Z1): 1-7. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600735
        摘要：中文摘要: 弯曲河流凹岸在近岸水流淘刷作用下发生崩岸是河湾横向迁移的直接动力。2011—2016年野外调查表明，黄河源的若尔盖盆地发育众多的弯曲河流，其河岸上部为泥炭层，下部为粉沙层，可称为泥炭型弯曲河流。通过分析泥炭型弯曲河流的河岸粉沙层淘刷过程，以及崩岸临界力矩平衡条件，从机理上研究泥炭型弯曲河流的横向淘刷速率与崩岸机制。泥炭型弯道的崩岸分为粉沙层淘刷与泥炭层崩塌这两个过程，并将河岸粉沙层的淘刷简化为3个阶段：1）凹岸的弯顶下游处最先受到水流的淘刷；2）开始阶段以横向淘刷直至最大距离；3）逐渐转变以纵向淘刷为主。进而，建立近岸流速与淘刷距离的关系式，近岸流速随淘刷距离增加而减少，推导出粉沙层横向淘刷速率的表达式，提出确定淘刷系数的方法，推导出泥炭层拉张临界破坏的力矩平衡方程，获得了泥炭块的临界崩塌宽度表达式，其计算值与实测值较接近。  
        关键词：弯曲河流;崩岸;横向淘刷;泥炭;若尔盖盆地   
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        发布时间：2023-11-14
      • 郑媛予,王慧锋,王海周,王协康
        2017, 49(Z1): 8-13. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600839
        摘要：中文摘要: 山区河流受季节性水文条件及产沙过程的影响，水沙条件变化频繁。尤其是暴雨山洪频繁挟带大量泥沙进入河道，从而引起河床急剧调整。本文以龙溪河典型河段为研究对象，通过调查天然河道的地形、床沙组成及来水来沙特性，开展系列水沙模型试验，突出分析来水来沙条件变化的河床响应。试验包括不同流量下清水冲刷和恒定流量下改变泥沙补给条件两种对比方案。以泥沙起动条件的沙莫夫公式判定方法，分析比较了不同工况条件下的断面泥沙起动流速和水流运动平均流速的关系，揭示不同断面间泥沙冲淤特性及河床变形特点。在此基础上，探讨河道沿程水位变化及致灾范围，对比分析表明，龙溪河在清水来流条件下，即使通过最大流量300 m3/s，洪水位也未超过龙池镇堤防高程，即清水来流条件一般不会影响龙池镇的防洪安全。若大量泥沙下泄至主河道，龙池镇段由于河床比降变缓与河道展宽等床面形态的变化，水流平均流速显著降低，携沙能力减小，引起大量泥沙淤积，致使水位陡增，甚至出现漫滩现象，存在显著的防洪安全隐患。随着泥沙补给量的不断增加，河床不同区域输沙动力的调整制约了泥沙的输移距离，从而引起局部区域河床的淤堵，并导致洪水位的增加，甚至产生漫滩洪水并诱发洪水灾害。研究表明，山区河流泥沙补给对河床响应及水沙灾害具有重大的影响，来水来沙变化下的水沙运动致灾机理亟需深入研究。  
        关键词：郑媛予,王慧锋,王海周,王协康   
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        发布时间：2023-11-14
      • 黄小利,郭志学,李彬,李果,张婧
        2017, 49(Z1): 14-20. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600820
        摘要：中文摘要: 在河道中存在堆积体大尺度堆积物时，其对水流结构的影响会较丁坝等小尺度岸边结构物发生明显变化。为更深入地认识堆积体对河道水流结构、河床演变等的影响，通过系列水槽试验研究在堆积体影响下的河道3维水流结构，采用ADV测量堆积体影响河段的3维水流流速。通过分析水位及流速在横向、纵向、垂向上的分布得出：在堆积体作用下，堆积体上游段发生壅水，堆积体段水面降低，下游逐渐恢复天然状态；断面纵向最大流速从堆积体段逐渐偏向右岸，且逐渐向河床底部移动，往下游又逐渐上升并恢复至天然状态。主流受收缩加速影响，越过堆积体后，呈水跃流态。受堆积体挤压流路和水流惯性的影响，主流流速在靠近堆积体略下游位置出现最大值，中层和表层的横向流速亦在堆积体下游出现最大值，底层的横向流速在堆积体中心断面出现最大值。横向流速在堆积体段出现了正负值交替，某一水深处的流速为0，在该水深的上层，水流偏向堆积体岸流动，在该水深的下层，水流偏向右岸流动，上下层水流出现了反向流动，同时垂向流速在堆积体段也出现了正负值交替，表明在试验段水流呈类螺旋流流态。受堆积体作用，水流从表层到床面不等宽收缩，在堆积体段水流呈逆时针螺旋流与纵向水跃交互作用，水流呈复杂的3维状态。  
        关键词：堆积体;3维流速;流速分布;螺旋流;水跃   
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        发布时间：2023-11-14
      • 吴美苏,刘长武,蒋源,冯波
        2017, 49(Z1): 21-26. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600928
        摘要：中文摘要: 针对高水材料强度相对偏低、 成本相对较高的问题， 选取粉煤灰和硅粉两种材料作为添加剂， 对高水材料进行改性研究。设置添加剂掺量梯度为5%、10%、 15%和20%， 采用四川大学电子万能试验机和扫描电镜（SEM）两种试验设备， 进行添加剂对高水材料力学性质影响试验， 探究添加剂对高水材料力学性质及微观结构的影响。试验结果表明， 添加剂对高水材料力学性质和微观结构均有较大的影响： 1）掺20%粉煤灰和掺10%硅粉均可使高水材料的抗压强度提高到0.36 MPa， 与未掺添加剂高水材料相比，强度提高了20%， 且能有效提高残余强度。 2）添加剂的掺入改变了高水材料钙矾石晶体的发育形貌、直径大小及空间网状结构的致密程度， 主要包括以下两个方面： 粉煤灰的掺入使晶体形貌由短棒状发展为针棒状， 大直径晶体数量增多， 绒球状的水化硅酸钙及未反应完的残留物填充在晶体结构孔隙中，使晶体空间结构更为致密；硅粉的掺入使晶体形貌发展为枝网状，水化硅酸钙数量增加，起到了充填孔隙和增加晶体交错搭接牢固性的作用，枝网状的晶体和绒球状的硅酸钙共同形成了致密的网状结构。3）证明了抗压强度的大小是由晶体形貌、直径大小、晶体结构的搭接方式及网状结构的致密性共同影响的。  
        关键词：高水材料;改性;粉煤灰;硅粉;抗压强度;微观结构   
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        发布时间：2023-11-14
      • 薛文豪,邓云,李嘉,脱友才
        2017, 49(Z1): 27-34. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600863
        摘要：中文摘要: 为探索减缓已建水库对下游产生的低温水不利影响的新措施，以某已建大型水库为例，开展不同帷幕布设方式对改善下泄低温水效果的研究。采用立面2维数学模型计算某大型水库坝前垂向水温结构及下泄水温过程，设计不同遮挡高度、淹没深度及距坝轴线距离等6个帷幕方案，并对各方案的流场及温度场进行对比分析。结果表明:帷幕设置将显著影响库区的浮力流动及垂向温度分布，3种局部遮挡方案下取水口的抽吸作用导致底层低温水体绕过帷幕被较多地引用，均不能有效提高下泄水温，底部全遮挡方案的设置对提高水库下泄水温效果明显，但同时由于持续取用表层温水，库区水温显著降低。淹没水深应结合取水层厚度确定，当淹没水深与帷幕上层取水层厚度相近时有较好的低温水改善效果。坝前1 km范围内帷幕轴线位置对下泄水温的影响不明显。建议水温控制帷幕的设计采用底部全遮挡，中底部全遮挡帷幕方案的下泄水温5—8月较无措施时分别升高了3.4、2.1、1.1、0.4 ℃，帷幕提高下泄水温效果明显。  
        关键词：水库水温;分层取水;帷幕   
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        发布时间：2023-11-14
      • 郭文思,李龙国,刘超,李乃稳
        2017, 49(Z1): 35-43. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600916
        摘要：中文摘要: 射流在工程领域具有非常广泛的用途，为得到射流流场的演化过程，深入研究射流的运动机理，采用大涡模拟方法（LES）对淹没射流紊动流场进行数值模拟，采用有限体积法（FVM）和PISO算法进行方程离散和数值计算，得到了淹没射流的瞬态流场。分析压力场的演化过程发现，压力场等值线呈一簇簇同心圆，沿射流轴线方向和垂直射流轴线方向圆心高压和圆心低压交错分布;随着射流的进行，同心圆随射流下移并伴有变形、分裂、融合等现象。在淹没射流区和冲击射流区前部分，同心圆圆心的压力上下波动并呈上升趋势；在附壁射流区，同心圆圆心的压力较为平稳，进行较低频率、小幅度的波动。分析速度场的演化过程发现，在射流的进行中，射流主体左右摆动，轴线处存在高速流体团脱落现象。射流主体上固定点的速度和压力大小有显著的负相关关系。分析涡量场的演化过程发现，两个涡量束呈分段化中间大两端小的“藕”形分布，并随时间进行随机摆动。通过涡量场与压力场的对比看出，涡旋的摆动造成了射流主体的摆动，涡旋的存在导致了压力场圆心低压和圆心高压交错分布。淹没射流流场具有很强的紊动性和随机性，对射流流场演化过程和水力特性内在关系的研究得出了一些规律性的结论，但如射流摆动的定量分析等仍有许多内容有待研究。  
        关键词：淹没射流;大涡模拟;流场结构;压力演化;涡旋运动   
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        发布时间：2023-11-14
      • 顾继一,范念念,刘兴年
        2017, 49(Z1): 44-49. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600777
        摘要：中文摘要: 山区河流不同河段的河床形态常处于基岩暴露与沙卵石覆盖的相间变化中。野外调查发现，至少在青藏高原与四川盆地过渡带，不少河流出现坡度大而沙卵石覆盖多，坡度小而基岩暴露多的现象。为了研究该反常规律，以岷江二级支流陇西河为例，进行多次野外观测与数据采集，通过提取流域地形数据，得到并分析其干流沿程剖面，并结合已有的室内水槽试验研究结果，进一步说明床面沙卵石的运动情况与分布特性，得到以下结论：陇西河流域岩性以砂岩为主，干流从上游向下游依次出现陡、缓、陡、缓交替的4段，平均坡度依次为8.1%、0.2%、6.2%和1.2%;较陡的两段全部沙卵石覆盖,较缓的两段全部基岩暴露。产生这种现象的原因：一是较陡段泥沙颗粒通过两侧山体崩塌滑坡侧向补给，床面大尺寸漂石与周围的较细颗粒会逐渐形成相对稳定且水流阻力大的自锁结构，且床面粗糙，有助于提高床面抗冲刷性，抑制基岩的暴露，因此导致输送到下游较缓段的输沙率很低；二是砂岩颗粒岩性较软，少量被输移到下游的颗粒容易破碎成更小的颗粒，更容易被输移，使得较缓段基岩暴露现象突出。较陡段被沙卵石覆盖，将有效抑制窄深处基岩河床的侵蚀下切速率，从而进一步影响相关流域地貌的演化，如增加河流袭夺的机率。  
        关键词：基岩暴露;沙卵石覆盖;沿程剖面;自锁结构   
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        发布时间：2023-11-14
      • 刘广宇,鄢尚
        2017, 49(Z1): 50-65. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600862
        摘要：中文摘要: 水库防洪优化调度不仅能减少洪水灾害，还能实现洪水资源化，提高水库的运行效率。但是以往的流域梯级水库的联合防洪调度研究往往只计算水库泄洪流量过程，没有考虑泄洪闸门的具体操作情况。根据闸门运行要求，总结水电站的闸门启闭条件，并制定泄洪闸门数字化表格。闸门数字化表格用来解决闸门泄流的约束问题，数字化表格过程需要计算若干个子单元，每个单元为计算在给定的水位下，由特定的流量范围内的闸门组合组成，每个单元里面有多种不同类型的组合方式，每种组合方式下有多个代表性闸门组合。应用数字化表格可依据水电站的期望下泄流量，采用二分法搜寻闸门组合方案，选取闸门开度离差平方和最小及闸门开度变化个数最少作为目标函数，并对闸门下泄流量与多步骤逐步优化算法计算的流量间的误差进行修正，进行水电站泄流量的实时分配，更快速准确地对闸门开度进行调整。结合某流域下游梯级水库洪水优化调度进行实例计算，考虑闸门运行的防洪优化调度的下泄流量较原电站实际运行的下泄流量均匀，通过对相邻两时段闸门开度的比较和优化，减少了电站闸门开启次数，获得的优化调度闸门运行优于实际调度情况，结果表明泄洪闸门数字化表格方法正确。  
        关键词：防洪;梯级水库;闸门数字化   
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        发布时间：2023-11-14
      • 李基栋,黄炜斌,湛洋,马光文,刘刚
        2017, 49(Z1): 59-65. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600756
        摘要：中文摘要: 电力电量平衡是电力调度部门进行效益均衡，合理安排电站运行的重要手段。梯级水电站水力联系紧密，经常作为一个整体参与全网电力电量平衡。针对梯级水电站整体参与电力电量平衡后，总负荷在梯级水电站间的协调分配问题，建立梯级水电站短期日总负荷分配模型，为了在负荷分配的过程中同步得到梯级各电站的优化运行方案，提出模型求解的嵌套优化算法，算法以梯级总蓄能最大为外层优化，寻优计算过程中嵌套以发电量最大化为目标的短期优化计算单元为内层优化，外层优化实现了日总负荷在梯级各电站间的合理分配，同时内层优化计算单元实现了各电站优化运行方式的生成。以大渡河大岗山及以下梯级水电站为例选取了典型日进行实例计算，计算结果表明：优化分配方案通过控制性水库的水量调节作用满足日总负荷目标要求，同时其余调节能力较弱的水库日初末水位保持一致，且日内水位变化过程较为合理，有效利用了水库的调节能力；另外梯级各站均无不合理弃水，负荷过程在同一峰平谷时段内平稳，并且满足一定的峰谷比的要求，能为电网制定并下达梯级发电计划提供实用参考。总体来看，本文提出的日总负荷分配模型与嵌套优化计算方法原理简单、易于操作，能够实现梯级电站间水量电量的合理匹配，达到高效利用水能资源的目的。  
        关键词：梯级水电站;电力电量平衡;负荷分配;短期优化;嵌套优化   
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        发布时间：2023-11-14
      • 姚忠,朱亚军,陈群,陈治伙
        2017, 49(Z1): 66-71. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600828
        摘要：中文摘要: 在中国南方潮湿多雨地区公路工程的路基填筑过程中，高液限填土的使用非常广泛，其力学特性直接影响路基的长期稳定性。由于降雨较多，在实际工程中很难将路基填土完全压实，影响了路基的安全稳定。深入研究高液限黏土的物理特性与工程特性，尤其是研究高液限填土路基的安全稳定，对维护高液限填土路基的安全具有重要的现实意义。目前针对高液限土的水稳定性、抗剪强度指标及其变化规律的研究较少，所以确定其强度的影响因素对于研究路基稳定性、边坡稳定性具有重要意义。为研究某高速公路路基高液限填土的力学性质，选取两个断面路基填土，通过击实试验获得土料的最大干密度和最优含水率，采用不同压实度控制制样干密度进行侧限压缩、回弹和三轴剪切试验，得到路基填土的压缩和强度特性随压实度、含水率大小的变化规律。结果表明：该路基填土为中等压缩性土料；在相同含水率下，黏聚力c 、内摩擦角φ、压缩模量Es、压缩指数Cc随压实度的增大而增大，回弹指数Cs随压实度的增大而略微增大；在相同压实度下，采用含水率大于最优含水率的土样进行试验,压缩模量Es、压缩指数Cc、回弹指数Cs都随含水率的增大而增大，黏聚力c随含水率的增大而减小，内摩擦角φ几乎无变化。  
        关键词：高液限;路基填土;压缩性;抗剪强度   
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      • 邵帅,杨兴国,黄成,黄康鑫,周家文
        2017, 49(Z1): 72-80. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600692
        摘要：中文摘要: 随着水电工程向西南山区的进一步发展，隧洞工程的地质条件也变得更加复杂。为解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题，本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象，探索围岩支护措施，以确保洞室围岩的稳定及施工安全。通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案、工程地质条件的分析及有限元计算等，分析围岩破坏的原因和解决方法。首先，根据泄洪洞工程0~30 m段的现场围岩破坏情况及实际地质条件，结合具体的开挖和支护施工措施，对该段围岩的失稳破坏因素和失稳破坏模式进行研究。然后，建立典型的泄洪洞进口30 m剖面开挖有限元模型，在考虑围岩非线性变形的基础上，采用摩尔-库伦本构关系，利用有限元计算软件，对围岩内部的应力和位移进行分析计算。从对围岩失稳破坏影响因素和破坏模式的分析中可以发现，影响因素可以分为3点：1)该段泄洪洞周围岩体内部裂隙节理发育，岩体结构破裂，围岩稳定性差;2)工程区域内地应力较高，岩体内部储存有一定能量，洞室开挖导致地应力的释放，让围岩变得更加破碎；3)支护措施设计不合理，普通锚喷支护无法有效控制围岩变形，导致围岩破坏。洞室围岩自身物理力学性质差是围岩破坏的主导因素，即围岩破坏模式为岩体结构主导型破坏模式。有限元计算结果表明：经原支护处理的隧洞围岩在受结构面切割部位存在较大的变形，隧洞破碎带处经及时加强支护后，围岩变形得到有效控制。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题，综合采用超前支护、开挖后及时进行“喷锚+钢支撑+锚筋”束联合支护，能有效抑制隧洞围岩变形，保证破碎带围岩不会失稳破坏，现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。  
        关键词：隧洞工程;软弱破碎带;破坏模式;围岩稳定性控制;数值模拟   
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      • 王涵,周成,刘伟,李红梅
        2017, 49(Z1): 81-88. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600400
        摘要：中文摘要: 植物是天然的工程师，拥有防止浅层滑坡和地表侵蚀的潜能，并具备低投入、低养护、绿色环保和生态平衡等优点。植被护坡技术在西南地区浅层滑坡的预防及治理中有着广泛的应用前景，因此深入了解植被护坡机理具有重要的工程意义。影响植被护坡效应的因素有很多，根-土体系的协同作用机制是当前研究的重点。由于根系的分布模式及倾角不同，根-土体系的强度和变形会有较大差异，因此采用人工根系（草根和灌木根）制备试样并设定根系与剪切面的夹角α值为变量,对比不同试样的强度和变形差异。通过直剪试验研究草本根系倾角对土体抗剪强度的影响,通过三轴剪切试验研究灌木根系倾角对土体抗剪强度的影响。试验结果表明:含根系土样的峰值强度及残余强度均明显高于素土，具有τp素土<τp90°<τp45°<τp135°的规律；直剪试验中在α值等于135°时土样抗剪强度最高且表现出应变硬化，其余含根系试样应变软化特征均得到不同程度的抑制；三轴试验中当α值为135°时根系对土体抗剪强度的提高最为明显，其残余强度也最大，其余含根系试样抗剪强度也有不同程度提高。恰当的植物根系倾角能够加强根-土体系的协同作用，从而提高土体抗剪强度。同时由于根-土体系表现出延性破坏的特征，从而保证了土坡安全。研究结果可应用于生态护坡实践。  
        关键词：浅层滑坡;生态护坡;根系倾角;抗剪强度;草根;灌木根   
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      • 尹霄,黄润秋,罗会武,刘恩龙
        2017, 49(Z1): 89-95. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600893
        摘要：中文摘要: 随着国民经济的发展，寒区投入了大量的工程建设，研究冻土体的力学性质对寒区建设具有重大意义，建立能反映水分迁移及分凝冰形成过程的冻胀模型是冻土水-热-力三场耦合求解的关键。基于已有的耦合模型，考虑冰水界面吸力对水分驱动力的影响，推导并修改总水头的表达式；考虑未冻土区导水系数与孔隙比有关，修改渗透系数的表达式。计算结果表明：修改后的模型较原模型，孔隙结构出现不同程度的改变，进而造成冰透镜体形成和分布的差异。修改总水头后，模型的冻胀曲线呈较明显的“S”型，冰透镜体形成的厚度增加，形成冰透镜体时间提前；在未冻土区，由于渗透系数随孔隙比的减小而降低，从而导致水分迁移量大大减小，修改渗透系数后模型冻胀量较原模型明显减少，出现冰透镜体时间延后。基于模拟结果，从理论上分析冰透镜体的形成与分层，指出只要在隔水层形成之前有足够的水分迁移至冻土区，冰透镜体都可以形成，冰透镜体的分层取决于冰晶分离土颗粒贯穿形成冰透镜体的难易程度。结合达西定律，采用补水速率这一指标综合反映总水头及渗透系数对计算结果的影响，现有的分离判据可以用来解释最后一层分凝冰的形成，对于非最后一层冰透镜体，建议采用补水速率作为其形成的判断准则。  
        关键词：水热力三场耦合;总水头;渗透系数;补水速率;冰透镜体;形成与分层   
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        发布时间：2023-11-14
      • 傅华,何雷辉,凌华,韩华强
        2017, 49(Z1): 96-102. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600409
        摘要：中文摘要: 土石坝在运营过程中，不同部位往往处于不同的应力水平。坝体在遭遇地震工况下，导致坝体内部不同部位会产生不同的地震附加应力，应力状态是影响粗颗粒材料动力特性的重要因素。为研究地震过程中应力状态的变化对坝体抗震性能的影响，本文开展不同围压、不同固结应力比及不同动应力条件下粗颗粒材料动力特性试验研究工作。研究表明：不同围压下最大动弹性模量值随着围压和固结应力比的提高逐渐增大，随着动应变的增大呈逐渐衰减趋势，衰减率随着围压和固结应力比的增加逐渐减慢；不同围压下阻尼比随着动应变的增大呈逐渐增大趋势；随着围压增加，阻尼比λ呈逐渐减小趋势；各级围压下最大动弹性模量值及阻尼比值均比较分散，不能依靠动应变对其进行归一化描述。在相同围压和固结应力比作用下，随着动应力的提高，动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加；在相同围压和动应力作用下，动永久轴向变形随着固结应力比的提高而增加，动永久体积变形随着固结应力比的提高而略有降低；在相同的固结应力比和动应力作用下，随着围压的提高，动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加；轴向动应变幅值是不均匀的，一般开始几周较大，后期会逐渐变小，在第10次循环左右，轴向动应变幅值逐渐趋向于定值。  
        关键词：应力状态;粗颗粒材料;动力特性;影响因素;试验研究   
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        发布时间：2023-11-14
      • 胡中华,徐奴文,戴峰,顾功开,刘科,李昂,李彪
        2017, 49(Z1): 103-111. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600772
        摘要：中文摘要: 随着中国水电资源开发的推进，越来越多水电站修建于高山峡谷之中，受地形地貌的影响，大量水电站厂房布置于层状岩体之中，定量分析层状节理岩体地下厂房变形并评价其稳定性成为亟需解决的重要课题。本文结合现场监测及数值模拟结果，分析不同密度层状岩体对于地下厂房变形的影响。对多点位移计、声波测试、微震监测等多种监测结果进行整理和归纳，从多角度揭示围岩变形规律及内部损伤情况。另外基于厂区工程地质特性、地应力实测资料，利用通用离散元程序UDEC对7#机组典型剖面进行数值分析，得到地下厂房开挖后的应力场、塑性区、位移场分布规律，揭示围岩潜在破坏区域。数值模拟与微震监测结果共同表明：围岩第Ⅵ层（高程815.40~809.00 m）开挖时，上游边墙812 m高程位移增加最快，微震事件数量大幅增长。水平向应力卸荷程度大于竖向应力卸荷程度；整体上主厂房上游侧位移大于下游侧，最大变形出现在上游边墙812 m高程附近，此处围岩屈服深度最大，围岩屈服集中区域与变形场分布基本一致，上游层状节理比下游密集是造成上下游变形差异的主要原因。围岩变形与层状节理分布关系密切，开挖活动将引起围岩层状节理活化、岩体损伤、围岩整体强度降低。开挖强度越大，微震事件增加越快，变形越大。乌东德地下厂房变形机制的研究对其后续施工及其安全运营具有重要意义。  
        关键词：地下厂房;层状节理;UDEC;微震监测;变形特征;围岩损伤   
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        发布时间：2023-11-14
      • 张正雄,郑路,邓建辉,姚慧婷,涂园,罗军,白雨薇
        2017, 49(Z1): 112-118. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600951
        摘要：中文摘要: 崩塌滚石是山区主要的地质灾害之一，分布范围及其广泛，突发性极强，预测困难，会造成建筑物损坏、交通运输线路堵塞、人员伤亡等严重后果。其防护结构的设计依据主要是边坡滚石的运动轨迹，目前，国内外对崩塌滚石的相关研究较为薄弱，从而导致滚石灾害治理上效果不佳。通过对国内外众多滚石灾害案例的研究，探索3维非连续变形分析方法(3-D DDA)在崩塌滚石中的应用。相比传统的2维模型，3维模型由于能够考虑3维地形效应，分析扩散角，近年来逐步成为主流的研究手段。实例分析中以某岩质边坡建立3-D DDA模型，采用恢复系数法描述滚石碰撞反弹的问题，通过数值模-，分析多块体滚石事件的运动特征。结果表明：是否考虑滚石间相互碰撞所计算出的结果差异较大，虽然滚石间的相互碰撞通常会带来总能量的损失，但部分块体受到碰撞将接受动能，促进其远距离运动，滚石块体间的相互作用不能忽视。与现有方法相比，3 D DDA具有能直接在模-块体间相互碰撞，更符合多块体滚石灾害事件的优点。进一步，基于运动特征分析成果验证了防护措施的效果。该方法可用于斜坡区多块体滚石运动特征的预测，并可为滚石灾害科学防治决策提供参考。  
        关键词：滚石;运动特征;3维非连续变形分析;多块体   
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        发布时间：2023-11-14
      • 李勃,刘长武,谢辉,刘德峰,王超,邹佳良
        2017, 49(Z1): 119-124. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600923
        摘要：中文摘要: 水利工程中的坝基和库岸岩体长期在高应力和高水压的共同作用下会产生蠕变现象，对工程稳定性影响很大。针对水利工程中岩石在流固耦合作用下的蠕变问题，选取某水电站引水隧道线路上震旦系砂岩为研究对象，利用MTS试验机和扫描电镜（SEM）分别对干燥和饱和状态下砂岩的常规物理力学参数和微观结构进行测试，分析砂岩在不同状态下的主要物理参数和微观结构变化；基于此，利用专用的微机控制轴压水压联合作用岩石流变试验系统，通过对砂岩试样施加不同的水围压，对其蠕变过程进行试验研究，分析水压对蠕变变形量、蠕变速率和长期强度的影响。结果表明：砂岩内部存在大量的微孔隙，砂岩在饱水状态下，呈现出软化特性，饱水砂岩的抗压强度与弹性模量均小于干燥砂岩；砂岩在稳定蠕变阶段的变形量随水压的增大而增加,水压的增加降低了砂岩的强度和抵抗变形的能力，导致岩石初期和稳定蠕变阶段蠕变量的增大；水压越高岩石蠕变的初始应变率越大，衰减至稳定蠕变阶段所需时间越长；水压能通过岩石表面的孔隙渗入到岩石内部，在裂纹发展的过程中，孔隙水压力能及时到达裂纹尖端，形成“锲入”作用，促使裂隙的扩展和贯通，加速岩石破坏变形，从而降低岩石的承载能力和长期强度。  
        关键词：岩石力学;水围压;砂岩;蠕变试验;蠕变特性   
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        发布时间：2023-11-14
      • 王塞玉,赵涛,戴峰,沈位刚
        2017, 49(Z1): 125-131. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600451
        摘要：中文摘要: 利用离散单元法研究堆石料的力学和变形性能及数值模拟过程中相关参数对其力学性能的影响。根据离散元基本模型和相关几何理论生成两种不同的堆石料颗粒模型，即球形单颗粒模型和不规则形状的颗粒簇模型，研究材料颗粒形状对堆石料强度的影响。基于颗粒簇模型，运用控制变量法，研究摩擦角和杨氏模量对堆石料剪切强度和变形特性的影响。通过数值模拟，得出不同试验条件下相应的应力-应变曲线，分析其峰值应力、残余强度、最大应变、弹性模量及剪缩剪胀趋势等，从而研究试样的不同力学响应。结果显示：在相同的应变率加载条件下，随着围压从300 kPa增加到500 kPa和更高的1 000 kPa，球形颗粒模型对应的峰值剪切应力从相应的500 kPa增加到1 700 kPa；不规则形状颗粒簇模型对应的峰值剪切应力则从1 400 kPa增加到3 500 kPa，明显高于相应围压条件下的球形颗粒模型所对应的峰值剪切应力。当试样摩擦角从10°增加到50°时，相应的峰值应力从不到1 000 kPa增加到3 250 kPa，相应的最大体积应变从6.5%增加到20%。杨氏模量E从107变化到109 Pa时，峰值剪切应力随之从相应的1 350 kPa增加到2 575 kPa。在此过程中，试样整体应变从剪缩过渡到剪胀。  
        关键词：堆石料;离散元;颗粒簇;剪切强度;变形;三轴压缩试验   
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        发布时间：2023-11-14
      • 李列列,卓莉,邵江,肖明砾,谢红强
        2017, 49(Z1): 132-138. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600831
        摘要：中文摘要: 对Ⅰ-Ⅱ型复合型断裂的力学特征进行研究，选用石膏岩制作单裂纹直切槽巴西圆盘作为室内试验的研究对象。采用位移伺服方式对巴西圆盘进行加载，并对荷载和位移进行监测。根据室内试验得出的峰值应力和复合型断裂力学相关理论，计算出对应的断裂韧度值。选用能模拟裂隙演化的离散元软件PFC3D对室内试验进行模拟，在加载方式上选用更为合理的点墙加载方式，以代替传统的墙体加载方式。根据不同加载角β直切槽巴西圆盘室内试验结果，对数值模拟试验的试件细观参数进行标定，分别从宏观和细观上分析直切槽巴西圆盘的力学特性，PFC3D数值试验破坏过程中展现出与巴西圆盘试验一致的细观特征。研究结果表明：当0°β75°时，断裂韧度差值KⅠ-KⅡ与加载角β呈线性关系；根据试验结果建立荷载峰值与加载角β的关系表达式，可预测不同加载角β下的荷载峰值；3维数值模拟分析结果显示裂隙尖端拉压临界角大于2维经典理论结果，误差范围在4%~7%之间，且拉压临界角具有显著的空间特征，由圆盘边面到跨中截面逐渐增加，增加幅度为0.7°；随着加载角β的增加，直切槽周围最大张拉应力点由尖端向圆盘中心偏移，且偏移量单调增加，全截面由受压逐渐转变为受拉；不同断裂形式的空间效应存在差异，Ⅱ型断裂的空间效应最小，巴西劈裂最显著。  
        关键词：直切槽巴西圆盘（CSTBD）;复合韧度（Ⅰ-Ⅱ）;加载角;空间效应   
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        发布时间：2023-11-14

        信息工程

      • 石杰,李银伢,戚国庆,盛安冬
        2017, 49(Z1): 139-145. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600821
        摘要：中文摘要: 为了提高跟踪系统对水面机动目标的跟踪能力，本文将水面目标建模为椭圆形面目标，提出一种模糊化模型概率的交互多模型(interacting multiple model,IMM)强无迹粒子滤波算法。首先，利用现代高分辨率雷达获得的面目标扩展测量，给出了基于面目标的跟踪测量方程。其次，将强无迹粒子滤波(strong unscented particle filter,SUPF)算法引入到IMM中得到IMM SUPF。该SUPF算法利用强跟踪无迹卡尔曼滤波(strong tracking unscented Kalman filter,STUKF)产生粒子建议分布。由于STUKF采用渐消因子调整UKF的状态模型协方差和观测模型协方差的比例，使得建议分布更符合真实状态的后验概率分布，从而提高了IMM算法中子模型滤波器的估计精度。最后，基于模糊隶属度函数对粒子的模型概率进行模糊化，从而在提高真实模型滤波器中粒子模型概率的同时，减小非匹配模型滤波器中粒子模型概率，进而提高IMM算法的估计融合精度。Monte-Carlo仿真实验表明，相比于传统的基于质点目标的IMM-UPF算法，文中所提的基于面目标的IMM算法跟踪精度更高，且所提算法的误差超调量更小，收敛更快。此外，所提面目标IMM算法的跟踪精度也要高于面目标IMM-UPF算法。不同于传统的质点目标IMM算法，文中将水面目标建模为椭圆形面目标，并利用面目标扩展测量信息设计了模糊化模型概率的IMM-SUPF算法。该算法进一步提高了跟踪系统对水面机动目标的跟踪能力。  
        关键词：交互多模型;机动面目标;强无迹粒子滤波;模型概率   
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        发布时间：2023-11-14
      • 王莉莉,付忠良
        2017, 49(Z1): 146-152. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600830
        摘要：中文摘要: 针对心脏瓣膜疾病模糊分类问题，提出基于多标签AdaBoost的模糊分类改进算法。结合模糊集理论，采用隶属函数将疾病的严重程度映射到区间[0,1]内的实数值，将超声诊断结果用模糊标签向量表示。利用余弦相似性分析疾病之间的复杂关系，计算标签相关性矩阵并对模糊标签向量进行补充。结合实际问题选取合适的阈值，将标签空间划分为标签集、标签相关集和标签无关集。本文算法以最小化排序损失为目标，针对不同的标签给予不同的权值调整因子，调整样本权重更新速度，强迫弱分类器关注与样本标签相关性较高的标签。在临床超声心动图（TTE）测量数据集上的实验结果表明：在对超声诊断结果模糊化时，通过隶属函数将疾病严重程度中的“无病”映射为0，“轻度”映射到区间[0.8,0.85]，“中度”映射到区间[0.85,0.9]，“重度”映射到区间[0.9,1]，构造模糊标签矩阵，并通过标签相关性矩阵对其进行补充，此时所构造的分类器性能达到最优。将本文算法与AdaBoost.MLR算法、AdaBoost.MR算法、BPMLL算法、RankSVM算法和ML KNN算法进行对比分析，在多标签分类的5种评价指标上，本文算法的分类性能均优于其他对比算法，分类结果更接近超声诊断结果。  
        关键词：心脏病;瓣膜疾病;多标签分类;模糊分类;AdaBoost算法;标签相关性;隶属函数   
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        发布时间：2023-11-14
      • 熊伟,杨红雨,袁学东
        2017, 49(Z1): 153-161. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600959
        摘要：中文摘要: 为提高双目立体匹配的速度和精度，提出一种基于异构多核构架平台实现的双目立体散斑3维重建方案。在构建双目立体视觉模型基础上，辅助投射白色散斑结构光，然后采集散斑变形图像并进行极线校正。对传统的ZNCC快速计算方法进行改进,运用零均值归一化互相关函数(ZNCC)作为相关算法的匹配代价函数，克服了传统立体视觉算法对弱纹理区域重建效果较差的缺点。将该算法移植到异构多核处理器Myriad2上，实现了物体快速高精度3维重建。实验结果表明借助异构多核构架处理器强劲的并行运行能力，在不损失系统重建精度的前提下，使系统运行时间大大缩短，对系统的重建效率具有较大提升。  
        关键词：散斑;3维重建;Myriad2;零均值归一化互相关   
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      • 邓慧,吴非,邓欢
        2017, 49(Z1): 162-167. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600763
        摘要：中文摘要: 集成成像具有裸眼观看、无立体观看视疲劳、全真再现等优点，是目前主流的一种裸眼3D显示技术。在集成成像3D显示器研制过程中，由于微图像阵列尺寸不等于显示器像素的整数倍，将产生微图像阵列尺寸的缩放，同时由于集成成像3D显示器装配误差或微透镜阵列制作工艺精度不够等问题，将使得微图像阵列相对于微透镜阵列产生一定程度的平移。针对微图像阵列尺寸缩放和平移对集成成像重建的3D图像在图像深度和3D观看视角方面的影响问题，本文基于几何光学原理，采用集成成像图像重建技术和视角分析方法，分别分析微图像阵列尺寸缩放和平移时重建3D图像的深度及3D观看视角的变化情况。通过计算机模拟再现实验和实际的光学再现实验对理论分析进行了验证。模拟再现实验结果表明，3D图像深度随着微图像阵列尺寸的放大而减小，反之则增大；光学再现实验结果表明，3D观看视角随着微图像阵列尺寸的放大而增大，反之则减小，微图像阵列平移对3D观看视角产生了一定的平移，而对3D观看视角大小的影响甚微。根据模拟再现实验和光学再现实验结果得出的结论，微图像阵列缩放将引起3D图像深度畸变和3D观看视角的改变，而微图像阵列平移对集成成像3D显示的影响较小。该研究结果将为集成成像3D显示器的研制和优化起到实际的指导作用。  
        关键词：集成成像;微图像阵列;3D图像深度;3D观看视角   
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        发布时间：2023-11-14
      • 王煜骢,陈兴蜀,罗永刚,王岳
        2017, 49(Z1): 168-174. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601012
        摘要：中文摘要: 针对当前基于软/硬件的流导出技术存在的数据失真、不易扩展等问题，本文提出一种准确、通用、易扩展的高速网络流量处理框架NTCI Flow。首先,基于PF_RING DNA实现了高性能的网络包抓取，采用基于网络包五元组的负载均衡策略对网络包进行分组分发，并利用批处理、无锁队列、多线程等技术将多个网络包封装为单条大消息并行发送，改进与优化网络包转发性能；然后,采用Kafka消息系统作为中间件接收并缓存网络包，从而实现网络包的分布式导入；接着,基于Storm搭建实时流处理平台，开发并部署分布式流重组应用，实现从Kafka中读取网络包，解析并抽取五元组、包大小、时间戳等信息后重组成网络流；最后,增加Hive流数据导入模块，将导出的网络流数据以Parquet格式实时存入HDFS，利用Hive Metastore存储并管理元数据，同时采用基于时间的动态分区机制以减少按时间检索时不必要的磁盘IO。实验结果表明:网络流量采集模块可实现万兆流量的准确采集与转发，即使在万兆流量均为最小包（60字节）的情况下，仍可保证仅有0.03%的丢包率；网络流量导入模块吞吐率与磁盘写入性能相关，在使用7块硬盘缓存数据时吞吐率可达775 MB/s；分布式流重组模块具有良好的通用性及扩展性，通过简单配置即可达到1.26×107 包/s的吞吐率。目前，NTCI-Flow已用于采集与处理某机构的出口流量，该机构平均流量约3.5 Gbps，峰值带宽为6 Gbps，每秒包数最高可达百万级。在该实际应用中，NTCI-Flow运行情况良好，由其得到的流量数据比NetStream更准确。  
        关键词：包抓取;大数据;分布式;Storm;流重组   
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        发布时间：2023-11-14

        电气工程

      • 刘利兵,刘天琪
        2017, 49(Z1): 175-182. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600795
        摘要：中文摘要: 目前，空调负荷参与电网需求侧管理时，负荷运行特性均按照定频空调处理，但定频空调在温度调节中即相同的温度间隔下温度区间不同时，运行状态数会发生变化。为解决此问题，本文研究了空调负荷群的分类方法，并提出空调负荷群参与电网调节的优化调度策略。针对定频空调采用设定温度控制和直接启停控制相结合的策略，有效地解决了在温度调节过程中由于运行状态数变化所引起的负荷波动问题。对于变频空调根据其运行特性分别建立了稳态、动态负荷模型，参与用户侧需求响应。基于定、变频空调的负荷模型，建立空调负荷群优化调度模型，并采用离散粒子群算法对其进行仿真分析。当参与调控的空调负荷为定值时，分别对同一削减目标下不同的调控时长、同一调控时长下的不同削减量两类情况下的5种调控策略进行仿真验证。结果表明：在同一削减目标下，调控标准偏差随着调控时段数的增加而不断增大；在同一调控时长下，调控标准偏差随着削减目标的增加也不断增大；在以上两类情况下其调控的标准偏差与削减目标的比值均小于3%，从而可以得出在同一削减目标或调控时长下，空调负荷群的最大可节约电能。因此，在一定的调节范围内，空调负荷作为需求侧资源可以有效拟合调控目标，进而负荷聚合商可利用空调负荷的调节能力制定合理的削减目标和削减时段，改善电网负荷的峰谷特性。  
        关键词：空调;负荷聚合商;需求侧管理;调度策略   
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        发布时间：2023-11-14

        机械工程

      • 蒙林涛,殷勤,文豪,谢罗峰,殷国富
        2017, 49(Z1): 183-188. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600902
        摘要：中文摘要: 安全棒驱动机构是核反应堆的重要组成部分，其抗震性能是反应堆安全性评价中的重要指标。在设计初期预知地震载荷下的应力分布情况有助于提高该机构的高抗震性能。针对某型安全棒驱动机构的设计特征,建立一种基于反应谱原理的驱动机构外套筒抗震性能分析模型。基于国内外相关抗震设计标准确定地震反应谱，通过分析实际工况的载荷分布情况，确定模型的边界条件；通过对驱动机构整机、单独内部机构与外套筒3种模型的分析计算，获得了相同载荷及边界条件下的3种模型各自的应力分布。再根据3种模型的特点创建具有代表性的节点路径，通过提取路径上的应力分布并进行对比，清楚反映出该3种不同模型的应力分布情况，研究了外套筒对控制棒驱动机构抗震性能的影响。分析结果表明外套筒的结构参数直接决定驱动机构整机的抗震性能，外套筒可有效减小内部机构在地震载荷作用下产生的应力，整机外套筒上应力分布情况与整机内部机构应力分布情况基本一致，单独的外套筒与整机的外套筒应力分布趋势一致。这种分析技术可用于在结构设计初期对驱动机构抗震性能设计是否合理进行核算评价。这样可以有效提高设计效率，降低地震载荷带来的风险。  
        关键词：安全棒;驱动机构;抗震分析;反应谱法   
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        发布时间：2023-11-14
      • 刘俊波,熊计,郭智兴,黄悦,苏志伟,夏玉琪
        2017, 49(Z1): 189-194. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600909
        摘要：中文摘要: Ti(C,N)基金属陶瓷材料具有优良的耐磨耐蚀性能，被广泛应用于制造刀具、模具、轴承等各种耐磨零件，但Ti(C,N)基金属陶瓷做成的滑动轴承自配副在干式摩擦工况中却受到严重的摩擦磨损。为进一步提高Ti(C,N)基金属陶瓷材料的耐磨耐蚀性，采用粉末冶金的方法，制备不同AlN含量的Ti(C,N)基金属陶瓷，并对其抗弯强度、硬度、相对密度、磨损性能等力学性能进行测试，使用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对AlN加入后的试样显微组织进行观察，结果表明：当AlN加入时，Ti(C,N)基金属陶瓷形成典型的芯-环结构，随着AlN含量的增加，内环逐渐变得模糊，外环厚度逐渐变薄，晶粒的平均尺寸减小，孔隙度增加。在0～1.0%范围内，随着AlN的增加，Ti(C,N)基金属陶瓷的相对密度降低，硬度、抗弯强度略微升高，Ti(C,N)基金属陶瓷自配副干摩擦磨损性能先增加后减小，当AlN添加量为0.5%得到最优值。AlN的加入造成了晶粒细化强化，且其中固溶于粘结相中的Al元素对粘结相也有一定的强化作用，但AlN的添加使得Ti(C,N)基金属陶瓷的脱氮倾向增加，孔隙度增加，相对密度减小;当AlN加入量为0.5%，Ti(C,N)基金属陶瓷基体中包覆相的厚度适中，脱氮倾向不严重，基体的孔隙率较小;AlN的加入造成的晶粒细化强化与Al元素加入粘结相的强化作用占绝对主导，表现出了最优的摩擦性能。  
        关键词：Ti(C,N)基金属陶瓷;AlN;自配副;干摩擦   
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        发布时间：2023-11-14
      • 陈飞宇,梁尚明,徐毅,曾龙,周建钦
        2017, 49(Z1): 195-201. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600759
        摘要：中文摘要: 摆盘式活齿传动作为一种轴向活齿传动，具有径向尺寸小的突出特点，但其应用受到自身结构复杂及载荷与力偶不平衡等因素的限制。作者通过理论计算、建模仿真、作图分析与控制变量等方法，运用Pro/E与MATLAB等软件，对摆盘式活齿传动进行了结构改进与齿形研究。在摆盘式活齿传动现有研究成果的基础上，通过理论计算推导出了摆盘式活齿传动的二齿差形式及相应的运动方程与齿形方程，设计出两相激波器的新结构；对特征零件端齿轮进行了3维建模并对齿面的曲率分布进行了仿真分析，分别研究了曲率沿分度圆柱面的变化情况及曲率在空间全齿面上的分布情况；通过质点的瞬时圆周运动模型确定了空间全齿面上的齿顶位置，推导出了齿顶处的坐标向量与曲率半径的计算式；研究了平面活齿传动中的顶切现象及原理，由此计算出二齿差摆盘式活齿传动中顶切的边界条件；用控制变量法分别分析了分度圆半径、传动比、振幅及活齿半径等参数对齿形的影响情况，运用相对偏差的概念在同一坐标系中研究各参数对齿形的影响程度的大小。研究发现：二齿差摆盘式活齿传动中端齿轮的实际齿顶点位于分度圆柱面的内部而不在柱面上；4个重要参数的变化如分度圆半径减小、传动比增大、振幅增大、活齿半径增大均将导致齿形收窄变尖并引发顶切，其中前两者的变化实质是改变了齿形的周向分布周期，且影响程度较大，是主要影响因素，而后两者的变化实际上改变了齿形的轴向分布范围。  
        关键词：二齿差;摆盘式活齿传动;齿形;顶切   
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        发布时间：2023-11-14

        化学工程与材料工程

      • 张古承,张静,张永丽,卫陈默
        2017, 49(Z1): 202-206. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600969
        摘要：中文摘要: 采用溶胶凝胶法制备不同金属元素比例素比例的前驱体，并将得到的前驱体分别在400、500、600 ℃焙烧得到铁镍双金属氧化物(Fe-NiOx)催化剂。以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)降解率为标准衡量焙烧温度、金属元素比例制备的Fe-NiOx催化剂活化过硫酸盐(PMS)的能力，同时探讨体系中PMS与DMP浓度比、Fe-NiOx催化剂投量对异相催化体系氧化能力的影响。结果显示:前驱体焙烧温度为400、500 ℃时，催化剂能力基本相同，DMP降解率分别为16.54％、17.84％;当温度上升至600 ℃，DMP降解率显著提升至35.35％，表明600 ℃得到的催化剂具备更强的活性。在600 ℃条件下焙烧制得的不同金属元素比例的Fe-NiOx催化剂，c(Fe)∶c(Ni)=1∶4、1∶2、1∶1、2∶1、4∶1，DMP降解率分别为22.61％、32.63％、35.35％、38.60％、39.14％， Fe相对含量的增加提升了体系氧化能力，可能是催化剂表面成分因Fe增加而发生改变及多价态之间的循环促进反应。PMS与DMP浓度比例由5∶1上升至20∶1时，DMP降解率达到45.79％， 继续提升浓度比促进作用不显著， 增加催化剂投量DMP降解率与改变反应物浓度比具有相似的趋势，确定最佳实验条件为PMS与DMP浓度比为20∶1、Fe-NiOx催化剂投量为200 mg/L。投加自由基抑制剂叔丁醇(TBA)、乙醇(EA)，DMP降解率由49.85％分别降至21.44％、19.24％，表明体系中产生氧化物的主要为羟基自由基(·OH)及少量硫酸根自由基(·SO-4)。  
        关键词：过硫酸盐;邻苯二甲酸二甲酯;硫酸根自由基;双金属氧化物   
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        发布时间：2023-11-14
      • 魏灿,尹德强,杨刚,刘剑,杨屹
        2017, 49(Z1): 207-212. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600874
        摘要：中文摘要: 随着粉末冶金技术的发展，金属粉末被广泛用于金属-氧化铝基陶瓷复合材料的制备，具有提高烧结活性、增强增韧的作用。为了从原子尺度研究金属元素对氧化铝陶瓷结构的力学性能影响，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算手段，建立合金元素Cu替代α-Al2O3中Al3+的掺杂晶胞模型与纯净α-Al2O3晶胞模型，通过第一性原理计算模拟拉伸试验方法（FPCTT）研究二者的拉伸变形过程与断裂机制，该方法能够模拟晶胞沿单轴方向的理想拉伸变形过程。借助电荷密度分布图及差分图、Mulliken电荷布居分析等方法，从原子构型与电子结构方面研究合金元素Cu对陶瓷材料α-Al2O3的影响作用与机理。研究发现：纯净α-Al2O3晶胞在应变为0.18时达到理论拉伸强度（55.51 GPa），并且伴随着Al原子向邻近的O原子层弛豫，具有明显的屈服效应。在合金元素掺杂模型中，由于Cu与O较弱的键合作用，变形过程伴随着Cu—O键的衰弱断裂，杂质体系在应变为0.12时发生断裂，拉伸强度为40.33 GPa，其断裂方式为脆性断裂。结果表明：纯净的α-Al2O3结构单向拉伸变形过程伴随着较弱Al—O键的断裂且Al原子向O原子层弛豫，合金元素Cu进入基体结构后形成了键能更弱的Cu—O键，并在单向拉伸变形过程中率先断裂，导致体结构的断裂。说明合金元素Cu以原子替代方式进入α-Al2O3体结构中弱化了体结构的粘附性能，导致整体结构拉伸强度的降低。  
        关键词：Al;2;O;3;第一性原理;拉伸强度;电子结构   
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        发布时间：2023-11-14
      • 王坤,刘明洋,余启钰,余睽
        2017, 49(Z1): 213-219. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600952
        摘要：中文摘要: 不同于半导体常规纳米晶（RNCs），魔尺寸纳米晶（MSNCs）由于其精确的结构及超窄的带边荧光发射引起了广泛关注。然而MSNCs的合成常为不同种类的MSNCs和RNCs的掺杂混合，这使得高纯度、单一尺寸的MSNCs的合成往往十分困难。作者以醋酸镉和三辛基碲化膦为镉前驱体和碲前驱体，长链烷基酸为表面配体，利用高温热注的方法在1-十八烯中成功合成了两种单一尺寸的CdTe MSNCs。实验结果表明，适当链长的配体酸及相对较低的酸量是抑制RNCs生长，合成单一尺寸CdTe MSNCs的关键。反应温度很大程度上决定了生成的MSNCs的尺寸。采用TEM、EDX、XPS和XRD分析了所合成的CdTe MSNCs的形貌、组成及结构，结果显示其呈现为均一的点状形貌、且具有富镉表面的纤锌矿型结构。通过对升温处理过程中CdTe MSNCs所呈现出来的非连续生长模式进一步分析，提出一种类似Ostwald ripening的生长机制，即部分的CdTe MSNCs在高温下直接分解成单体，沉积在另一部分CdTe MSNCs上，使其“跳跃式”地生长成了尺寸更大的MSNCs。  
        关键词：碲化镉;魔尺寸纳米晶;高纯度;生长机理;有机酸   
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        发布时间：2023-11-14
      • 李苗苗,解立平,莎莉,杜金山,费学宁,王嫚嫚
        2017, 49(Z1): 220-225. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600884
        摘要：中文摘要: 通过光催化降解12 mg/L的酸性红B废水，研究水热法制得的TiO2纳米管在光催化-膜分离三相流化床耦合反应装置(简称耦合反应装置)中的光催化降解性能及其对膜污染的影响。结果表明：酸性红B废水的降解率随水热时间和煅烧温度的增加而呈现先增加、后降低的变化趋势，膜污染则呈现先减轻、再增加的变化趋势，最佳的水热时间和煅烧温度分别为12 h和400 ℃。膜污染随气冲洗时间间隔的增加而降低，最佳的气冲洗时间间隔为30 min。耦合反应装置间歇运行时的膜污染比连续运行时的轻。与商业TiO2相比，TiO2纳米管的光催化降解性能更优，对膜污染的影响更小。  
        关键词：TiO;2;纳米管;光催化;膜分离;膜污染   
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        发布时间：2023-11-14
      • 李粒珲,王志宇,张宁
        2017, 49(Z1): 226-233. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600900
        摘要：中文摘要: 疲劳损伤是钢结构失效的重要原因，传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接、螺栓连接等，这些加固方法容易产生应力集中现象。碳纤维复合材料（CFRP）具有比强度和比刚度高的特点，在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳试验，描述不同类型钢板的破坏形态，并绘制疲劳寿命曲线和变形曲线,比较3组钢板在疲劳寿命、裂纹扩展情况、断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明：粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载，弥补钢板表面缺陷，减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率，增加钢板的延性，从而有效地提高钢板的疲劳寿命；随着粘贴层数的增加，疲劳寿命提高效果明显，发现粘贴1层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%，粘贴3层碳纤维布，其疲劳寿命提高77.80%；粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异，CFRP层数越多，这种差异就越小；同时，CFRP的粘贴层数越多，钢板破坏时的极限变形越大，粘贴3层碳纤维布的钢板极限变形在0.9 mm以上。  
        关键词：开孔钢板;疲劳寿命曲线;CFRP;疲劳变形曲线   
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