最新刊期
      2019 年 第 51 卷 4 期

        特约稿

      • 王协康,刘兴年,周家文
        2019, 51(4): 1-10. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900261
        摘要：全球山地面积占陆地面积的30%，每年有超过5 000人死于山洪灾害。中国山洪灾害防治区面积占陆地面积的48%，居住人口占全国人口的44.2%。2000年以来，中国每年约1 000人因山洪灾害死亡，山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数的70%左右。山地区域地形险峻，地表破碎，表层风化层厚，局地暴雨频发，洪水陡涨猛落，沟床冲淤调整剧烈，山洪水沙运动耦合致灾突出。山洪灾害防治已成为中国工农业、能源、交通、国防安全等国家重大工程基础建设、区域社会经济发展和人民生命财产安全面临的突出难题，暴雨山洪灾害研究仍是中国当前防洪减灾工作的重点和难点。面对严峻的山洪水沙灾害风险形势，传统忽略泥沙运动影响的防灾理论与技术难以解决山洪水沙耦合致灾问题，无法满足目前重大山洪水沙灾害防治的实际需求，突出表现为泥沙补给突变对重大山洪灾害的成灾效应认识不够、山洪水沙运动耦合成灾区识别不清、山洪水沙灾害防治技术针对性不强、山洪水沙运动防灾减灾的区域联动性考虑不全等。因此，急需通过系统梳理暴雨山洪水沙运动规律，实现山洪水沙耦合成灾理论创新，提出重大山洪水沙灾害的源头治理和区域全面防范的有效措施，显著提高中国山洪水沙灾害防治技术水平，为保障国家重大工程安全和人民生命财产安全提供理论基础和技术支撑。长期以来的暴雨山洪灾害预报预警理论及防治技术研究多以降雨–径流–水位分析为主，以临界降雨/水位阈值条件为判据，较少涉及泥沙补给突变引发的沟床剧烈调整致灾机制，而大量的暴雨山洪灾害现场表明泥沙补给与洪水的耦合作用是重大山洪灾害的关键源动力。“泥沙补给突变下的山洪灾害研究”项目以山区暴雨山洪灾害现场调查与灾害试验反演模拟为基础，采用水文学、土力学、水力学及河流动力学等理论方法和水沙运动数值模拟技术，突出研究山区小流域暴雨洪水、坡地破坏产沙、宽级配卵砾石输沙以及沟床来沙超量补给的水沙运动耦合致灾过程。通过系统研究山地区域暴雨洪水及其产沙特征、复杂沟床输沙动力，以及超量泥沙补给下的水沙运动及其沟床响应规律，以揭示山地区域暴雨山洪过程与泥沙补给突变的沟床响应致灾机理，为山地区域山洪灾害预警及灾害防治提供依据，并及时丰富和完善暴雨山洪灾害所涉及的水沙运动规律与沟床响应致灾防治技术。  
        关键词：山区流域;暴雨洪水;泥沙补给;山洪灾害;成灾机理   
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        发布时间：2024-01-05

        水动力型滑坡灾害机理与防控

      • 周家文
        2019, 51(4): 11. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900628
          
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      • 苏立君,梁双庆,王洋
        2019, 51(4): 12-20. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900216
        摘要：地震作用改变了碎石土斜坡岩土体的结构和物理力学性质，导致震后降雨诱发滑坡的数量和规模有明显的增大趋势。现有关于地震和降雨对碎石土斜坡稳定性影响的研究，多采用理论分析与数值分析的方法，缺乏验证手段。地震和降雨的耦合作用对滑坡的影响机理极其复杂，无法定量分析地震和降雨因子对坡体稳定性的影响。以汶川地震灾区震后降雨型碎石土斜坡为研究对象，通过开展一系列的振动台模型试验，并辅以人工降雨和坡顶加载手段，分析了震后降雨型碎石土斜坡的稳定性。试验结果表明：施加地震作用的斜坡表面及内部易形成裂缝，坡体结构上部振松、下部振密，导致坡体上部降雨入渗速度快，饱和区域扩大，岩土体强度下降，滑坡体增重，渗透力增大，坡体稳定性下降。地震与降雨共同作用时斜坡的稳定性要小于地震或降雨单独作用的稳定性。随着地震强度或降雨强度的增大，碎石土斜坡的稳定性呈下降趋势。当地震强度为0或0.1g时，降雨强度为100 mm/h较无降雨时，斜坡极限承载力下降的比例要远大于地震强度为0.2g或0.4g时。即当地震强度较小时，降雨对震后碎石土斜坡稳定性的影响要大于地震强度较大时。研究基于物理模型试验，定量分析了地震和降雨对碎石土斜坡稳定性的影响，可为震后降雨型碎石土滑坡的预测预警提供参考。  
        关键词：地震;降雨;碎石土斜坡;坡顶加载;极限承载力;稳定性   
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      • 殷延洲,崔一飞,刘定竺,雷鸣宇
        2019, 51(4): 21-29. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900253
        摘要：自然界的松散土是泥石流、滑坡等灾害发生的重要物质之一，其结构的松散性和长期降雨渗流作用为细颗粒发生运移、形成内部侵蚀提供了空间和动力条件，颗粒大量流失和孔隙通道堵塞造成土体结构变化和稳定性下降，从而演变为滑坡或坍塌。渗透、水槽和人工降雨等试验方法对认识土体内部细颗粒运移的宏观特征具有重要作用，但无法直接分析孔隙通道内细颗粒分布、位移等随时间的变化特征。作者结合上海同步辐射光源3维CT技术，为获得拟静态下1维柱体渗流过程中细颗粒侵蚀形态特征，以不同粗细颗粒粒径之比为变量设计微观渗流试验，通过耦合离散元与Darcy流体方程计算分析整体和局部区域内细颗粒数量和平均动能的变化特征。结果表明：离散元与Darcy流耦合是计算土体内部细颗粒运移的有效手段。CT扫描和数值计算结果均表明土样入流口和出流口存在优先侵蚀现象。计算至2.5 s时，已分别有37.05% 和31.95% 细颗粒被侵蚀，其他位置侵蚀程度相对较低。在渗流方向上土体内部细颗粒存在流失补给平衡和逐渐侵蚀的现象，细颗粒的平均动能沿渗流方向总体呈逐渐增高的趋势。长期性堵塞形成过程中，细颗粒的平均动能呈现随时间逐渐降低的趋势；临时性堵塞区域内细颗粒数量的增加相对于此区域内细颗粒平均动能的增高存在滞后效应。微观尺度上土体内部细颗粒运移特征主要受流体状态和孔隙特征影响，其研究对于理解松散土坡体破坏机制具有重要价值。  
        关键词：松散土体;细颗粒迁移;CT扫描;成像分析;流固耦合   
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      • 孟永东,万秒,田斌,朱伟玺,卢伟平
        2019, 51(4): 30-36. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900207
        摘要：以单孔稀释数学模型为理论依据，建立荧光光电流与坡体地下渗透流速的数学关系模型，设计开发适用于库岸坡体观测孔的地下渗透流速的荧光光电监测探头及测试系统。通过开展室内试验，研究不同浓度荧光溶液的光电流特性，以及环境水温、酸碱度、浑浊度等地下水环境因素对荧光光电流强度的影响，进而论证荧光光电法在库岸滑坡地下渗流监测中的适宜性。结果表明：5～25 ℃温度范围内，光电流强度随荧光溶液浓度增大而增大，在0～0.006 5%的低浓度范围内存在显著的线性关系，满足应用荧光光电测速法进行坡体地下渗透流速监测的理论条件要求；在荧光溶液浓度一定的条件下，光电流强度随温度升高而逐渐减小，线性规律明显，且不同浓度的拟合直线呈近似平行分布，斜率不大。温度对光电流强度的影响远低于浓度变化带来的影响，但实际应用时起始量测温度与结束量测温度基本相等，温度对坡体地下渗透流速的监测结果产生的影响可忽略不计。强酸性条件下会降低荧光剂的分子活性，使光电流强度明显下降，但加入碱中和后荧光溶液活性恢复，选用的Luyor–6200荧光试剂可满足常规酸性和碱性地下水环境下渗透流速的监测。浑浊度对光电流影响较大，但浑浊荧光溶液经历长时间静置后，光电流强度可恢复至正常荧光溶液的光电流强度值；依据试验可知，开展现场应用时，测孔成孔后至少需静置4 d以上才能达到观测要求。最后，给出了应用荧光光电测速法开展滑坡体渗透流速现场监测的实施方案。  
        关键词：滑坡;岩土体;地下水;渗透流速;单孔稀释;荧光光电法   
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      • 王琳,段庆伟,孙平,张强,刘立鹏,王乃欣
        2019, 51(4): 37-46. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900271
        摘要：为评估堰塞坝安全，需要分析其受水力驱动溃滑导致的溃决变化过程。传统的分析方法或没有运用极限平衡法，或认为溃滑过程中其滑裂面倾斜角度不变，或没有考虑孔隙水压力。实际中，堰塞坝水力驱动溃滑过程是一个需要由极限平衡理论解决的问题。通过采用岩土工程中圆弧形式的边坡稳定分析方法，考虑孔隙水压力影响，运用总应力法和有效应力法模拟堰塞坝不断溃滑的过程（包含溃口横向的不断扩展过程及其垂直下切过程）；开发DBS–IWHR的电子表格分析堰塞坝溃滑过程，该电子表格已被耦合到溃决洪水分析电子表格DB–IWHR，用于分析其受水动力驱动溃滑导致的溃决洪水变化过程。结果表明：1）DBS–IWHR提出确定堰塞坝水力驱动溃滑过程的模拟步骤：确定特定圆弧滑面的安全系数FS；在各种可能的滑裂面中，确定与最小安全系数Fm相关的临界滑裂面；确定与Fm=1相关的坡脚失稳的临界深度；连续溃滑过程的模拟。以上过程只需手动4步即可进行溃滑过程模拟，基于VBA编制的程序具有良好的交互性，利于读者和使用者进行矫正和二次开发。2）选取唐家山案例，分析了水动力驱动溃滑过程及溃决洪峰流量过程，其洪峰为6 500 m3/s，溃口宽度为150 m；预测的溃决洪峰流量为7 610 m3/s，溃口宽度为139.6 m。预测值与实测值的误差在允许范围内，验证了改进的水力驱动溃滑过程模拟方法的可靠性。  
        关键词：堰塞坝;滑裂面;有效应力法与总应力法;溃滑过程   
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      • 王如宾,夏瑞,徐卫亚,王环玲,祁健
        2019, 51(4): 47-54. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900295
        摘要：降雨强度对滑坡坡面降雨入渗过程有显著影响，进而对滑坡变形稳定起着重要作用，孔隙水压力变化是降雨入渗诱发滑坡失稳的重要因素。为进一步探明降雨入渗过程与堆积体滑坡变形失稳破坏模式之间的内在关系，基于人工模拟降雨室内大型滑坡模型试验，研究了不同降雨强度下滑坡堆积体孔隙水压力变化与土压力的响应规律与变形破坏模式，揭示了降雨诱发滑坡变形破坏机理。结果表明：降雨入渗引起滑坡堆积体内孔隙水压力和土压力增加，且随着降雨强度的增大，滑坡体内孔隙水压力和土压力增长速率随之增大。堆积体滑坡变形破坏与孔隙水压力变化密切相关，滑坡堆积体内孔隙水压力随降雨历时的增加不断变大，进而基质吸力不断减小；滑坡体破坏区上侧会产生拉裂缝，下侧由于挤压作用出现土体隆胀，坡脚处会出现局部流土等现象。降雨强度大小与堆积体滑坡变形破坏模式密切相关，雨强大小为0.44 mm/min时，形成多级后退式滑坡变形破坏；雨强为0.57 mm/min时，滑坡体沿最危险剪切面发生大范围滑动破坏，并最终形成塑性流动。  
        关键词：降雨入渗;滑坡物理模拟试验;降雨强度;孔隙水压力;滑坡堆积体   
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      • 2019, 51(4): 55-68. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900273
          
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        水利与土木工程

      • 蒋明杰,朱俊高,何顺宾
        2019, 51(4): 69-74. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800678
        摘要：静止侧压力系数是土体重要的力学参数，深入研究粗颗粒土静止侧压力系数有重要的理论意义和应用价值。关于初始相对密实度对粗颗粒土静止侧压力系数影响的研究几乎空白。为研究粗颗粒土在不同初始相对密实度条件下静止侧压力系数的变化规律，针对某堆石料及砂卵砾石料，利用新近研制的大型静止侧压力系数试验仪，对这两种粗颗粒土不同初始相对密实度试样进行大型静止侧压力系数试验。试验结果表明：土体静止侧压力系数随着竖向应力的增加呈减小趋势，而且这种趋势随着竖向应力的增大趋于平缓；粗颗粒土的静止侧压力系数与初始相对密实度存在线性负相关关系；土料类型对土体静止侧压力系数有一定影响，在正常固结状态下，砂卵砾石料静止侧压力系数可比堆石料大4.0%～7.5%。超固结状态下，砂卵砾石料静止侧压力系数可比堆石料大0～12.4%。通过分析堆石料静止侧压力系数试验结果，验证了笔者之前提出的静止侧压力系数与竖向应力关系式也适用于初始相对密实度不为0的粗颗粒土，并在该关系式的基础上，总结出一个能同时反映粗颗粒土静止侧压力系数与初始相对密实度以及竖向应力之间关系的经验公式。最后，利用砂卵砾石料静止侧压力系数试验结果验证了该经验公式的准确性及适用性。  
        关键词：静止侧压力系数;粗颗粒土;初始相对密实度;竖向应力;土料类型   
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      • 桂成中,宋国华,柯在田,齐法琳
        2019, 51(4): 75-83. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800419
        摘要：拉索结构在铁路桥梁中运用越来越广泛，现有铁路桥梁检定规范中无拉索结构的检定要求。现有桥梁规范或理论研究的检定方法大多基于索力或频率校验系数，鲜有文献或规范对拉索的索力增量校验系数进行可行性研究或规定。此外，在计算校验系数时，拉索索长应如何合理选取、索力理论计算采用的有限元计算模型如何确定，仍有待于进一步研究确定。基于此，作者建议了索力增量校验系数的检定方法，并通过案例分析比较确定了拉索索长的合理计算方式和索力理论计算模型。首先基于弦张理论和能量法分别推导了不同边界条件下拉索索力精确计算公式，并考虑振动频率比建立了外载作用下拉索索力理论简化模型，在简化模型基础上推导了索力增量校验系数。试验表明：索力精确求解方法计算结果分别与有限元计算结果和简化求解方法求解结果吻合较好；通过索力、索力差和频率比较发现，实测频率转换为实测索力过程中应选择合理的拉索索长。理论索力可按全桥有限元模型确定，拉索理论振动频率可按与全桥有限元模型索力等效的局部模型确定。与振动频率校验系数、索力偏差率以及索力校验系数相比，索力增量校验系数反映出的各吊杆变化幅度显著，能评定拉索结构技术状况，可作为拉索结构检定标准，适用于评价考虑抗弯刚度的影响参数$\mu$ >80的中长吊杆。  
        关键词：索力增量;校验系数;精确求解方法;简化求解方法;案例分析   
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      • 钟亮,姜彤,张建梅,刘珺洁
        2019, 51(4): 84-93. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800495
        摘要：明渠紊流的脉动流速结构对动量传递和能量耗散具有重要影响，基于光滑床面和加糙床面明渠紊流PIV流场测试资料，探讨了近壁区脉动流速的概率分布，分析了紊流事件概率的垂线分布特征，研究了雷诺应力和紊动能的象限分布及其与紊流事件概率的关系。结果表明：床面加糙会改变近壁脉动流速的概率分布和组织结构，加糙后纵向脉动流速概率分布变得尖陡且呈高狭峰，垂向脉动流速概率分布逐渐坦化并接近正态分布；光滑床面近壁区呈现清晰的高、低速条带结构，加糙后条带结构逐渐变得不规则甚至完全消失。床面加糙不会改变第2、4象限紊流事件的主导地位，但会改变其概率分布特征，加糙后第2象限紊流事件概率在全水深范围内总体增大，第4象限紊流事件概率仅在内区明显增大，床面加糙对第2象限紊流事件概率的影响范围大于第4象限，加糙后第2象限紊流事件的主导地位相对增强，第2、4象限紊流事件概率差异减小，紊流各向异性减弱。无论对于光滑床面还是加糙床面明渠紊流，第2、4象限的雷诺应力及紊动能总体大于第1、3象限，尤以第2象限最大，该象限紊动能可占总紊动能的39.3%；床面加糙后，第2、4象限的雷诺应力及紊动能绝对值均增大，雷诺应力在内区增幅尤为明显，紊动能在内、外区增幅较为接近；同时，第2、4象限的紊流事件概率、雷诺应力和紊动能变化具有较强的关联性。  
        关键词：脉动流速;象限分析;紊流事件概率;雷诺应力;紊动能   
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      • 吴剑,叶磊,郭良,姬荣彬,李敏,周惠成
        2019, 51(4): 94-104. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800446
        摘要：山丘区小流域暴雨洪水汇流计算是山洪精准预报预警的关键之一。针对山丘区小流域暴雨洪水历时短、成灾快和小流域普遍缺乏实测资料、产汇流非线性特征明显等特点，基于考虑雨强和流域异质性的分布式地貌单位线，开展山丘区小流域单位线峰值经验公式推求的研究。选取甘肃省山丘区26 774个小流域作为研究对象，采用可变模糊聚类方法对小流域单位线进行分类，分类别建立小流域特征因子与单位线峰值之间的经验公式，并进一步探讨所推求经验公式的合理性。结果表明：可变模糊聚类算法能较好地应用于分布式单位线分类，该算法的分类效果非常突出，分类后的单位线经验公式计算效果有显著提升；山丘区小流域汇流过程峰值主要受流域面积、最长汇流路径长度及其坡降的影响，分布式单位线峰值经验公式在山丘区小流域汇流计算具有广阔的应用前景。  
        关键词：山丘区小流域;分布式单位线;汇流;可变模糊聚类;经验公式   
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      • 刘顺青,蔡国军,周爱兆,姜朋明
        2019, 51(4): 105-115. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801209
        摘要：为准确地分析土石混合体边坡的稳定性，提出了一种可考虑不同块石含量、块石随机分布及基覆岩层倾角的边坡稳定性分析方法。该方法根据土石混合体边坡中的块石含量、级配以及基覆岩层倾角，随机生成了含石率从10%～60%、基覆岩层倾角从0°～20°的边坡模型，每种含石率及基覆岩层倾角均考虑8个不同的块石分布位置，最后将生成的模型导入到Optum G2中建立土石混合体边坡模型，采用有限元极限分析法对该类型边坡的稳定性进行了分析，并将计算结果与采用Kalender等效强度参数模型所得的结果进行了对比验证。研究结果表明，由于块石空间分布位置的不同，相同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡的最大、最小下、上限安全系数变化较大；相同含石率下，随着基覆岩层倾角的增加，边坡的下、上限安全系数的平均值变化相对较小；土石混合体边坡坡体中的剪切带呈现出“绕石”、“分流”以及“包含”这3种典型的扩展模式；通过将本文方法与Kalender等效强度参数模型所得的安全系数进行的对比分析，验证了作者所提方法的可行性。研究结果可为土石混合体边坡的设计及施工提供参考依据。  
        关键词：土石混合体边坡;稳定性;极限分析;含石率;基覆岩层倾角   
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      • 李泽发,吴震宇,卢祥,裴亮,杨哲
        2019, 51(4): 116-124. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800952
        摘要：由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性，重力坝坝体混凝土强度具有空间变异性，这一特性会对大坝的抗震性能造成影响，而当前的重力坝地震动力分析中很少考虑混凝土强度参数的空间变异性。应用随机场理论构建大坝抗拉强度的空间变异随机场，采用中心点法离散随机场并构建自相关函数得到相关系数矩阵，对相关系数矩阵进行Cholesky分解和线性变换，结合独立标准正态分布样本矩阵生成相关对数正态分布样本矩阵，实现抗拉强度空间变异性的抽样模拟。考虑混凝土抗拉强度的空间变异性，采用混凝土塑性损伤模型对Koyna重力坝进行地震非线性动力分析，基于统计意义研究了坝体裂缝条数、裂缝深度、上游面裂缝分布范围和坝顶位移等动力响应特征。成果分析表明：考虑抗拉强度的空间变异性后，Koyna重力坝动力响应具有明显的离散性，且上游面裂缝条数增加后导致坝顶水平位移整体偏向下游，垂直位移整体上抬，残余位移增大；同时裂缝深度均值较均质材料情况增大，坝体震损程度总体加剧；Koyna重力坝实际观察到的裂缝位于计算得到的裂缝分布范围之内。对抗拉强度变异系数和水平向自相关距离的参数敏感性分析表明，坝体动力响应的均值和变异性随变异系数的增大而增大，但对抗拉强度的水平自相关距离变化不敏感。  
        关键词：重力坝;空间变异性;地震开裂;动力分析   
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        发布时间：2024-01-05

        信息工程

      • 唐贤伦,林文星,杜一铭,王婷
        2019, 51(4): 125-132. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801160
        摘要：针对短文本数据特征少、提供信息有限，以及传统卷积神经网络(convolutional neural network，CNN)和循环神经网络（recurrent neural network，RNN）对短文本特征表示不充分的问题，提出基于串并行卷积门阀循环神经网络的文本分类模型，处理句子特征表示与短文本分类。该网络在卷积层中去除池化操作，保留文本数据的时序结构和位置信息，以串并行的卷积结构提取词语的多元特征组合，并提取局部上下文信息作为RNN的输入；以门阀循环单元（gated recurrent unit，GRU）作为RNN的组成结构，利用文本的时序信息生成句子的向量表示，输入带有附加边缘距离的分类器中，引导网络学习出具有区分性的特征，实现短文本的分类。实验中采用TREC、MR、Subj短文本分类数据集进行测试，对网络超参数选择和卷积层结构对分类准确率的影响进行仿真分析，并与常见的文本分类模型进行了对比实验。实验结果表明：去掉池化操作、采用较小的卷积核进行串并行卷积，能够提升文本数据在多元特征表示下的分类准确率。相较于相同参数规模的GRU模型，所提出模型的分类准确率在3个数据集中分别提升了2.00%、1.23%、1.08%；相较于相同参数规模的CNN模型，所提出模型的分类准确率在3个数据集中分别提升了1.60%、1.57%、0.80%。与Text–CNN、G–Dropout、F–Dropout等常见模型相比，所提出模型的分类准确率也保持最优。因此，实验表明所提出模型可改善分类准确率，可实际应用于短文本分类场景。  
        关键词：特征表示;短文本分类;循环神经网络;门阀循环单元   
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      • 杨晓元,涂广升,孔咏骏,周潭平
        2019, 51(4): 133-139. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801281
        摘要：针对传统的身份基全同态加密方案只能对同一身份下的密文进行同态运算和访问控制的问题，提出了一个基于LWE问题的多身份全同态加密方案。首先，使用工具矩阵得到新的加解密形式，约减噪音，并改变身份基加密中底层格基的维度，对身份基全同态加密方案进行优化。其次，利用多密钥全同态转化机制，构造身份基全同态加密方案的屏蔽系统，生成辅助密文。最后，将多密钥全同态加密中的多用户场景延伸到多身份场景，构造多身份全同态加密方案，实现对不同身份下密文的同态运算和访问控制。结果表明，本方案实现了身份基加密与多密钥全同态加密的结合，并证明为选择身份下的IND–CPA安全。与其他方案相比，本方案加密单比特明文消息时密文规模更小，对密文进行同态运算时噪音扩张率更低，并且允许多个PKG参与密钥的生成、分发。同时，给出本方案的门限解密过程，据此可以构造一个2轮多方计算协议。  
        关键词：身份基加密;全同态加密;多身份;门限解密   
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        发布时间：2024-01-05
      • 朱敏,王建华,李晓伟,田伟
        2019, 51(4): 140-146. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900003
        摘要：为了在较低的时间开销下生成高质量的软阴影，提出一种快速的百分比靠近软阴影（percentage closer soft shadows，PCSS）绘制算法。该算法基于百分比靠近软阴影算法，首先使用多尺度阴影图技术对阴影图进行预处理，同时去除其中对阴影图查询贡献较小的像素，降低预处理的开销；然后基于快速遍历方法，使用一种有效的采样方式，对部分搜索区域进行采样，并利用采样信息提高快速遍历结果的准确性；接着设计一种复用方案，对于多个相似像素组成的相似像素组，只对其中一个被称为代表像素的像素进行耗时的计算，组内其它像素复用代表像素的计算结果，降低了计算总量，提升算法性能。最后对生成的软阴影进行模糊处理，使其边缘更为平滑。此外，通过对比不同设置下的实验结果，确定出较为合理的参数。为验证算法的有效性和通用性，使用随机生成的场景进行测试，并与主流算法进行对比，对比指标为软阴影质量和算法运行时间。实验结果表明，该算法在保证软阴影质量的条件下，拥有更高的性能，并且虚拟场景中阴影部分所占比例越大，性能提升越大。  
        关键词：软阴影;百分比靠近软阴影;多尺度阴影图;快速遍历;像素复用   
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        发布时间：2024-01-05

        电气工程

      • 沙强益,王维庆
        2019, 51(4): 147-156. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800971
        摘要：为了解决公共储能在含高比例可再生能源输电网中选址定容的问题，提出了一种基于机会约束的虑及N–1安全约束的公共储能规划方法，用于计算公共储能的安装地点、额定容量和功率配置，在确保输电网安全运行的前提下，提升输电网的经济效益和新能源消纳比例。该方法综合考虑常规电厂、可再生能源电站和储能投资者三方利益，以输电网发电成本、弃风光惩罚最小和储能收益最大为目标函数，在考虑常规发电机组开、停状态和出力约束的同时考虑储能的充、放电状态及充、放电功率约束，在考虑输电网正常状态下安全约束的同时考虑输电网N–1状态下的安全约束。针对发输电可靠性测试系统IEEE RTS–96建立了仿真算例，以典型日负荷、风电和光伏预测出力数据作为依据，利用改进广义Benders分解法进行求解，并使用灵敏度分析法对优化结果进行对比分析，分析结果表明，所得储能优化方案可有效消除N–1故障时的支路潮流越限，能够保证输电网N–1状态下的安全运行，相较于不考虑N–1网络安全约束，本文方法所得优化结果虽然经济性略有降低，但是在线机组最大容量、负载率均衡度等安全指标均得到明显提高，提升了储能整合后输电网运行的安全性。所得储能规划方案实现了确保输电网N–1安全性的经济性最优，可用于指导对安全性要求较高的储能规划，具有一定的工程实用价值。  
        关键词：储能优化;机会约束;机组组合;N–1安全约束;Benders分解   
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        发布时间：2024-01-05

        机械工程

      • 罗红波,施显阳,魏鹏,王昊
        2019, 51(4): 157-162. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801361
        摘要：液压凿岩台车在现代隧道掘进施工中发挥了重要作用，现有液压凿岩台车在进行寻找孔位时，需要对6个液压缸和2个液压马达分别进行控制。主要研究了电液比例阀控制液压缸的位置控制系统，以电液比例阀对支臂缸的位置控制为例，其余各个关节控制系统可以以此类推，不进行详细叙述。电液比例阀控制液压缸位置控制系统实际上是一个对液压缸的位移量在钻孔作业中进行实时校正的系统，并对液压缸的期望位移和实际位移产生的偏差进行控制，并在控制环节中添加一个控制器。设计了模糊控制系统的构成，并对模糊PID参数整定的方法与过程进行了论述，然后通过MATLAB的Fuzzy工具箱和SIMULINK模块对电液比例阀控制液压缸的模糊控制器进行设计与仿真。仿真结果显示，在此阀控液压缸控制系统中，模糊PID控制器的抗干扰能力很强，响应速度快，性能也十分稳定。  
        关键词：液压凿岩台车;电液比例阀;控制器;模糊PID   
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      • 裴欣,张立华,周广武,张振华,胡如康
        2019, 51(4): 163-170. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800517
        摘要：动态传动误差是谐波齿轮传动装置质量的一个重要指标，也可以为进一步改善谐波减速器的设计和加工提供依据，因此对传动误差的研究具有重要的理论意义与工程价值。为了确定影响谐波齿轮传动精度的因素，通过传动实验平台对谐波齿轮传动的运动精度进行分析研究。从谐波齿轮传动的误差源入手，首先分析了误差产生的原因，然后测试了减速器在不同负载与转速下的传动误差曲线，对测量的数据进行插值滤波消除“噪声尖峰”后，通过离散傅里叶变换以及希尔伯特黄变换对误差信号进行处理。对比时频域下的表现，研究了转速、载荷对谐波减速器传动误差的影响，分析了传动误差以及传动误差各频率分量随着转速、载荷的变化规律。对日本SHF–25/120–2UH减速器的实验结果表明：在额定负载下，谐波减速器的传动精度稳定性比空载以及轻载时高。谐波减速器的传动误差曲线会随着负载的改变而改变，但是由于不同误差分量的耦合作用，总的传动误差变化并不明显。同时传动误差在不同转速下的表现几乎相同，说明转速对传动误差的影响较小。该款谐波传动装置动态传动误差主要来源为2倍频的单次啮合误差，1/3倍频的多次啮合累积误差，以及刚轮旋转1周产生的累积误差，其中1/3倍频处的多次啮合累积误差对传动精度的影响最大。  
        关键词：谐波减速器;齿轮;传动误差;传动精度;频谱分析   
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      • 文均,雷基林,于跃,王东方,邓晰文,李浙昆
        2019, 51(4): 171-175. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801435
        摘要：为了探究活塞顶面热状态变化规律，以某型增压中冷柴油机为试验对象，采用薄膜热电偶测温法和引线式传输系统对发动机过渡工况下活塞顶面测点瞬态温度场变化规律进行了试验测试研究，并对试验数据计算得到标定功率工况点和最大转矩工况点活塞顶面不同位置测点温度值。研究结果表明：在过渡工况下活塞温度场发生剧烈变化，其中冷启动过程活塞温度变化幅度最大，达到180 ℃；其次是急加速过程活塞温度变化幅度达到140 ℃。急减速工况下活塞各测点温度先迅速升高，约20 s时达到最大值，4个测点A、B、C、D分别为346、341、314、343 ℃，然后温度缓慢降低，约60 s后趋于稳定。在标定功率工况点，活塞顶面最高稳定温度为331 ℃，顶面各测点温差31 ℃；在最大转矩工况点，活塞顶面最高稳定温度为336 ℃，顶面各测点温差29 ℃。  
        关键词：柴油机;活塞;热状态;过渡工况;瞬态温度场   
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      • 孙雪剑,宋鹏云,毛文元,邓强国,许恒杰
        2019, 51(4): 176-184. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800788
        摘要：离心式压缩机在实际生产运行中，因故障停机时会发生反转，要求配置的干气密封具有一定的抗反转能力。针对双列螺旋槽干气密封，选用CO2作为密封介质。用R–K方程表达实际气体效应，修正气体润滑Reynolds方程，分析在反转情况下，不同转速、膜厚、压差以及反向螺旋槽径向尺寸与正向螺旋槽径向尺寸之比（$\varepsilon $）对密封性能的影响。分别获得了正转、反转和静止3种状态下的端面开启力、泄漏率、气膜刚度和开漏比等密封性能参数。以气膜零刚度反转速度为抗反转能力性能指标，结果表明：CO2实际气体端面开启力和泄漏率大于理想CO2气体，而开漏比小于理想气体，分析CO2气体润滑的双列螺旋槽干气密封性能需要考虑实际气体效应。双列螺旋槽干气密封具有一定的抗反转能力，当反转速度小于气膜零刚度反转速度时，干气密封可以正常操作。以气膜零刚度时的反转速度为最大值，本计算案例最大反转速度为2 524 r/min。  
        关键词：干气密封;螺旋槽;状态方程;反转能力;数值法   
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        发布时间：2024-01-05
      • 张彦斐,贾国朋,宫金良,王志文
        2019, 51(4): 185-191. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800605
        摘要：分辨率和最大输出位移是微定位系统互相矛盾的两个关键性能指标，传统以柔度为目标的结构优化设计不能满足系统的这些性能要求。因此，作者建立了综合考虑两者的优化设计模型，并针对该模型含非线性矛盾目标的特点，提出了相应的求解方法。首先，选取对系统性能影响较大的参数作为优化变量，根据各变量间的相互制约关系及设计要求建立约束条件；然后，建立只含优化变量的最大输出位移和分辨率的参数表达式，分别作为目标函数和约束条件函数。最后，采用综合分支定界法、内点法和外点法的合成算法用于求解该类优化模型。该合成算法以应用内点法获得的优化模型的任一可行解为搜索起点，并根据外点法的求解结果，应用分支定界法逐渐缩小最优解的搜索范围，最终求得最优解。将该方法应用于一种微夹持系统，对求解结果分析可得，在分辨率要求的不同取值范围内，分辨率要求对最大输出位移的约束作用的强度是不同的。该综合方法直接考虑系统矛盾目标变量，进行微定位系统参数优化，实现了全局优化。  
        关键词：分辨率;最大输出位移;微夹持系统;参数优化;优化算法   
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        发布时间：2024-01-05

        化学工程与材料工程

      • 陈志,杨进飞,唐超,李恋
        2019, 51(4): 192-198. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800945
        摘要：针对膜蒸馏用管式疏水陶瓷膜盐截留率较低的问题进行了实验研究。首先，用自制的氧化物AB与去离子水按一定比例混合，对陶瓷膜管支撑体两端进行均匀涂抹，然后在高温下烧结，对两端进行玻璃化密封，解决了其端面短路流问题。然后，在室温条件下，采用溶液体积为50 mL、浓度为0.01 mol/L的 1H,1H,2H,2H–全氟癸基三乙基氧硅烷（C16H19F17O3Si，简称FAS）的异丙醇溶液对玻璃化后的陶瓷膜管进行疏水改性，制备疏水性FAS–ZrO2–Al2O3复合膜。通过增加接枝改性次数（每次疏水改性时间为3 d），以改性后的疏水陶瓷膜管纯水穿透压力为指标，考察膜管的疏水性能。然后对每根膜管进行AGMD实验，疏水膜管内表面的SEM分析、IR分析和水接触角测试。结果表明：在NaCl热溶液温度75 ℃、流量25 L/h、质量浓度为2%，冷却水温度15 ℃以及流量为50 L/h的实验条件下，综合性能最好的是3#膜管，膜蒸馏通量达到4.29 kg/（m2·h），截留率达到99.83%；使用FAS改性陶瓷膜管内表面的ZrO2膜层，氟硅烷中的两个疏水基团CxF2x+1和Si—CH2CH2·CxF2x+1都成功地接枝聚合到了陶瓷膜表面形成很好的疏水表面，水接触角达到142°。因此，经过FAS疏水改性后的FAS–ZrO2–Al2O3复合膜符合膜蒸馏用膜要求，可以通过AGMD淡化高盐度苦咸水，得到高纯度的水。  
        关键词：膜蒸馏;管式陶瓷膜;氟硅烷;疏水改性;苦咸水淡化   
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        发布时间：2024-01-05
      • 肖军辉,梁冠杰,黄雯孝,丁威,彭杨,吴强
        2019, 51(4): 199-209. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800837
        摘要：针对云南含钪赤泥原矿含TFe 25.68%、Sc2O3 70.66 g/t，钪主要以类质同象形式分散于金红石、辉石、长石、白云母、方解石等矿物中，铁、钪分离困难，提出了氯化钠离析焙烧—弱磁选—盐酸浸出的选冶联合工艺处理该含钪赤泥，使铁从赤铁矿转为以金属铁、磁铁矿为主的新物相，破坏载钪矿物的晶体结构，为铁、钪分离创造有利条件。试验结果表明：在离析焙烧温度950 ℃、离析焙烧时间60 min、氯化钠用量10%、焦炭用量15%、焦炭粒度–0.5～0.25 mm、弱磁选磁场强度H=0.12 T、弱磁选磨矿细度为<0.045 mm占95%、盐酸用量30%、浸出温度55 ℃、浸出时间120 min、浸出液固比R =2∶3的综合工艺条件下，获得了铁品位为73.99%，含钪5.22 g/t，铁回收率为88.99%的铁精矿；钪浸出率为96.78%，浸出渣中的钪含量为6.37 g/t，铁、钪分离效果显著。MLA、SEM、EPMA分析结果显示：含钪赤泥经过氯化钠离析焙烧后，铁从赤铁矿（Fe2O3）转变为以金属铁（Fe）、磁铁矿（Fe3O4）为主的新铁物相及少量的氧化亚铁（FeO）、硅酸铁（Fe2SiO4）；浸出渣主要成分为SiO2、CaO、Al2O3，与浸出前相比较，CaO、Al2O3降低比较明显，浸出渣中没有明显的Sc谱线峰值，这表明弱磁选尾矿经盐酸浸出后，钪绝大部分被溶解掉进入浸出液中，且钪的溶解较为彻底，也进一步验证了含钪赤泥采用氯化钠离析焙烧—弱磁选—盐酸浸出分离铁、钪比较合理，且铁、钪分离效果显著。  
        关键词：钪;含钪赤泥;离析焙烧;弱磁选;浸出   
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        发布时间：2024-01-05
      • 秦杨梅,肖泽仪,曾际颖,郭世蒙,樊森清
        2019, 51(4): 210-216. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800550
        摘要：在化工过程中，过程安全分析是非常重要的。然而，在非稳态条件下，过程工艺参数处于变化状态，并且缺乏系统性的本质安全分析方法，更容易产生危险和事故。作者对二氟一氯甲烷（F22）水蒸气稀释裂解中F22汽化非稳态过程进行了本质安全性分析。首先，利用热量动态平衡方程，对F22汽化过程建立了集总参数数学模型，并对模型进行数值计算，得到与实际相吻合的F22汽化操作温度、操作压力以及F22出口气体流量的非稳态时间过程曲线。然后，系统地分析了影响四氟乙烯（TFE）生产过程本质安全的因素，从物质、工艺和设备3个方面建立TFE生产过程本质安全指标体系，并根据相关标准与文献将指标分级并建立隶属函数。将选取的相应指标值和计算所得数据输入MATLAB模糊逻辑工具箱，利用IF-THEN规则建立模糊推理规则，用面积重心法逆模糊化求得各指标的本质安全度。分别运用层次分析法和变权思想的方法计算得出各指标的初始权重和变权权重。最后，计算得出F22汽化非稳态过程的系统本质安全度。结果表明：F22汽化过程达到稳态的时间将近1 000 s，前500 s温度、压力及出口气体量升高迅速，稳态值分别为268.55 K、432.405 kPa和1.085 kg/s；初始时本质安全度0.576 4下降至稳态时的0.574 2，显示该过程在非稳态（如启动）阶段表现出稍高的风险。这种方法和计算结果为该工艺中F22汽化节点相关的安全设计、建设、监控和管理提供参考理论依据。  
        关键词：TFE裂解工艺;F22汽化;本质安全;非稳态;模糊逻辑   
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      • 刘巧斌,史文库,陈志勇,闵海涛,章彤,陈科
        2019, 51(4): 217-221. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801148
        摘要：老化性能衰退建模与寿命预测是橡胶等高分子材料腐蚀和防护领域的研究重点之一，探索新型预测理论与方法在橡胶加速老化寿命预报中的应用，能够为橡胶件的性能监测、维护和更换提供理论依据和参考。传统的高分子材料老化建模方法存在模型依赖性强、参数识别难度高和精度不足等弊端。为了快速地对常温下橡胶的老化性能衰退规律进行准确的预测和评估，以室内高温加速老化数据为基础，提出采用插值的方法计算各不同加速温度下的伪失效寿命，在获得的伪失效寿命数据组的基础上，计算了各加速温度相对最低加速温度的性能衰退平移因子。进一步分析发现平移因子满足阿累尼乌斯方程，且各高温下加速老化的数据可以根据平移因子转换至参考温度下。在建立阿累尼乌斯加速模型的基础上，应用时温叠加原理，通过高温平移因子的线性外推获得常温下的平移因子，从而建立了常温下橡胶的老化性能衰退预测方程，并与实测常温下的橡胶老化性能衰退数据进行了对比。结果表明，综合应用插值法和时温叠加原理可以对橡胶加速老化数据进行快速处理，且由加速数据外推获得的常温性能衰退量与真实值的比较可知，结果均分布在2倍分散线以内，很好地满足了工程上的使用要求。其结果可为相关高分子材料加速老化数据处理与寿命预测提供参考。  
        关键词：橡胶;性能退化;加速老化;时温叠加;寿命预测   
        1982
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        发布时间：2024-01-05
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