最新刊期
      2019 年 第 51 卷 5 期

        聚焦国家重点研发计划

      • 邓建辉,戴福初,文宝萍,姚鑫
        2019, 51(5): 1-8. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900719
        摘要：青藏高原是全球地质环境最脆弱的地区之一，地质条件复杂，地壳隆升、高地应力、地震、冻融、暴雨等内外动力强烈，重大滑坡频发，链生灾害剧烈。滑坡问题已严重影响川藏铁路、水能资源开发等国家重大工程建设，威胁区域居民人身与财产安全。2018年金沙江上游连续发生的白格“10.10”和“11.3”滑坡堵江事件即为典型案例。然而，目前理论上对青藏高原重大滑坡的孕灾环境与成灾机制认识不清，技术上不能对重大滑坡进行早期识别和有效风险防控，不能有效地为该地区重大滑坡灾害的灾前防控、灾后救灾提供科技支撑。针对上述问题，以地质条件最复杂、内外动力作用最强烈、滑坡灾害最频繁的青藏高原东南三江流域为重点研究区，采用多学科综合交叉融合的方法，从滑坡的成因机制入手，破解其链生演化难题，提出早期识别与风险防控体系；通过解决青藏高原重大滑坡孕育的内外动力耦合作用机制、青藏高原重大滑坡及其灾害链的动力学机制等科学问题，以及青藏高原重大滑坡的遥感早期识别与监测、基于重大滑坡动力过程的动态风险评估与防控等技术问题，最终形成青藏高原重大滑坡成因理论、防控技术和综合减灾技术示范。  
        关键词：青藏高原;滑坡;高速远程滑坡;堵江滑坡;动力灾变;防控技术   
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        发布时间：2024-01-05

        水利与土木工程

      • 戴靠山,罗翔,吕洋,张世明
        2019, 51(5): 9-16. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900223
        摘要：对带有连廊的相邻建筑进行基础隔震改造。运用时程分析方法，考虑了不同地震波入射角度，计算水平双向地震动下建筑的地震响应。地震波根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）进行选取，考虑中震和大震2种不同工况。采用铅锌橡胶支座（LRB）与普通橡胶支座（LNR）组合的基础隔震系统。考虑到相邻建筑动力特性的差异，建立了带阻尼器的隔减震模型（BID）协调建筑运动，并与传统的隔震模型（BI）进行对比。研究结果表明：地震波入射角度对建筑碰撞危险性有影响，且在大震下更为显著；设置阻尼器能够有效地协调相邻建筑的非同步运动，降低其地震碰撞危险性。  
        关键词：基础隔震;相邻建筑;碰撞;地震动入射角;阻尼器   
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      • 覃光华,曹泠然,王文圣,丁晶,李深奇,姚瑞虎
        2019, 51(5): 17-24. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800522
        摘要：水库工程在运行管理期遭遇的洪水，主要由暴雨形成的水量和洪水来临时河流前期水量决定。对小流域而言，后者作用较小可忽略；对于大中流域，后者影响较大应予重视。本文基于全概率公式，提出以前期水量为条件的年最大时段洪量频率分布来定量表征这种影响的方法——直接法和间接法。将前期水量分为少水和多水两种状态，直接法以实测洪水资料为基础，采用单变量频率计算分析原理推求前期水量为少水与多水的条件分布，直接法简单实用，缺点在于对资料条件要求较高。间接法首次以Copula函数描述年最大时段洪量和前期水量的2维联合分布；该方法的关键在于Copula函数的选择，通过分析年最大时段洪量和对应前期水量的相关图特性，选取Clayton–Copula函数推求条件分布。间接法在资料缺乏情况下方便可行，不足之处是要选择适合的Copula函数，计算较复杂。最后将建议的直接法和间接法应用于杂谷脑河管运洪水计算中，分析结果表明水库综合效益比原固定汛限水位时增加。  
        关键词：管运洪水;全概率公式;条件分布;前期水量   
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      • 钟启明,陈生水,梅世昂
        2019, 51(5): 25-32. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800652
        摘要：水库大坝的溃决对下游人民生命及财产带来巨大威胁，而中国已溃大坝中有85%以上为均质黏性土坝，且50%以上为漫顶溃决，因此有必要深入研究均质黏性土坝的漫顶溃决机理，提高溃坝洪水流量过程的预测精度，为溃坝应急抢险提供理论与技术支撑。基于均质黏性土坝大尺度漫顶溃决模型试验，揭示了漫顶水流作用下溃口在3维空间的发展机理，在此基础上提出了一个模拟均质黏性土坝漫顶溃决过程的数学模型。该模型基于坝体形状和漫顶水流特征确定“陡坎”的形成位置，采用宽顶堰公式计算溃口流量；选择可考虑坝料物理力学特性的溯源冲刷公式模拟“陡坎”的移动，并通过力学分析判断“陡坎”上游坝体的坍塌；引入坝料冲蚀系数，通过分析水流剪应力与坝料临界剪应力建立坝料的冲蚀率方程，模拟坝顶与下游坡溃口的发展；采用极限平衡法模拟溃口边坡的失稳，并假设滑动面为平面。模型考虑了不完全溃坝与坝基冲蚀，以及坝体的单侧与两侧冲蚀。选择国内外3组具有实测资料的大尺度均质黏性土坝漫顶溃坝模型试验对模型进行验证，实测值与计算结果的比较表明，溃口峰值流量、溃口最终平均宽度及溃口峰值流量出现时间的相对误差均在±25%以内，并且计算获得的溃口流量过程线与实测结果基本吻合，验证了模型的合理性。  
        关键词：均质黏性土坝;漫顶;溃决机理;数值模拟   
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      • 石胜伟,刘建康,蔡强,周路旭
        2019, 51(5): 33-40. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800860
        摘要：坝下冲刷是拦砂坝满库后存在的主要隐患问题之一，在泥石流巨石冲击和流体冲刷作用下，以护坦、副坝、潜坝为主的常用坝下防冲消能措施逐渐损毁失效，所形成冲刷坑的溯源侵蚀作用诱发坝基悬空，极易导致拦砂坝主体失稳倾覆或冲毁失效。为解决这个难题，延长拦砂坝服役期限，提高工程经济效益，提出了一种小口径钢管桩修复加固泥石流拦砂坝坝基土的技术方法，其主要作用原理是在拦砂坝坝趾至集中冲刷区段范围以内的松散层埋设小口径钢管桩，并利用桩身孔眼注入水泥浆进行渗透扩散，将桩间松散层和钢管桩结合形成固结体，达到同时减少越坝泥石流直接冲击冲刷破坏和提高坝基土抗冲能力的目的，以防止泥石流的溯源侵蚀破坏，确保拦砂坝主体结构的安全运行。通过理论分析和简易模型试验手段，介绍了技术方法中小口径钢管桩埋设位置、埋设深度、埋设间距和埋设排列4项关键参数的设计原理和计算依据；通过实施绵竹市清平镇雍家沟泥石流工程案例示范，验证了修复加固技术的良好效果，为泥石流拦砂坝坝下冲刷缺陷问题的修复加固方案提供了技术参考。  
        关键词：泥石流;拦砂坝;坝下冲刷;小口径钢管桩;修复加固   
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      • 钱龙霞,王红瑞,张韧,焦志倩
        2019, 51(5): 41-48. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800311
        摘要：气象水文要素极值预测是预防自然灾害、控制和降低灾害损失的重要基础性工作，然而传统极值水文频率分析模型需要大量样本资料，在资料稀少地区无法进行水文频率分析研究。本文构建一种小样本条件下的耿贝尔水文频率分析模型，提出最大熵估计方法，只需要水文变量的最小值和最大值这两个数据。耿贝尔水文频率分析模型建模步骤如下：1）首先定义耿贝尔分布熵；2）基于最大熵原理建立优化模型估计耿贝尔分布的未知参数；3）对耿贝尔分布模型进行K–S拟合检验。以黄河流域4个站点的最大日降水量的水文频率分析为例，验证最大熵估计的效果，结果表明：最大熵估计的拟合效果与传统参数估计方法几乎一样，而传统参数估计方法需要大量数据。为验证最大熵估计在小样本条件下的拟合效果，共进行了33次模拟实验。结果表明最大熵估计具有如下潜力：1）当样本长度大于25时，3种参数估计方法的拟合效果几乎一致；当样本长度小于15时，最大熵估计表现出非常大的优越性，极大似然估计的拟合效果最差。2）最大熵估计对最小值准确性的敏感性小，对最大值准确性较敏感。  
        关键词：小样本;分布熵;最大熵估计;取值范围;最大日降水量   
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      • 谢湘平,韦方强,王小军,杨红娟
        2019, 51(5): 49-59. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900131
        摘要：为了深入了解鱼脊型水石分离结构对泥石流的调控效果，展开了系统的试验研究。根据鱼脊型水石分离结构的特点，分析了该结构对泥石流具有控制性且定量分离粗颗粒、减小泥石流容重和泥沙含量、减小泥石流流速等物质与能量调控功能，提出了相关表征参数；并通过试验得到以下结果：鱼脊型水石分离结构对固体物质不同粒径段的分离作用不同。其中，大于格栅间距的粗颗粒分离比可达0.8～1.0，而小于格栅间距的细颗粒分离比可用格栅间距及细颗粒平均粒径之比（$ D/d_{\rm fm}$）幂函数关系表达。基于此，推导单个结构和多级结构的泥沙总分离率的经验计算公式。总体而言，鱼脊型水石分离结构分离出来的固体颗粒具有较好的分选性，可为分离物的二次利用提供可能；经过水石分离结构调控后流体携带的固体颗粒平均粒径减小，容重降低，流速减小，经结构调控后的泥石流容重的计算公式也得到了验证。研究成果为鱼脊型水石分离格栅和梯级水石分离结构系统的设计及工程应用提供依据。  
        关键词：泥石流;拦砂坝;鱼脊型水石分离结构;颗粒级配;泥沙分离率   
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      • 陈国龙,郜会彩,胡云进
        2019, 51(5): 60-67. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900078
        摘要：压力隧洞衬砌水力开裂的随机性威胁深埋压力隧洞的安全运行。为准确模拟内水压作用下压力隧洞衬砌的随机水力劈裂过程，将混凝土衬砌视为两相介质，借助商业软件ABAQUS与MATLAB，结合用户材料子程序二次开发，基于黏结单元力学参数的随机赋值理论，建立压力隧洞衬砌内水外渗下的随机水力劈裂模型。首先，借助ABAQUS用户材料子程序二次开发，改进传统孔压黏结单元本构关系；利用改进的孔压黏结单元模拟衬砌中的初始缺陷等弱相，采用Weibull分布描述弱相力学参数的随机性；利用实体孔压单元模拟衬砌强相，强相材料参数取混凝土力学参数均值；内水压力按体力施加，建立压力隧洞衬砌渗流–应力–劈裂耦合分析模型；利用MATLAB对模型前处理与后处理。以某大型物理模型试验为例，采用本文模型进行压力隧洞衬砌的水力劈裂全过程模拟。结果表明：压力隧洞衬砌在高内水压下，不可避免发生开裂，出现内水外渗；衬砌裂缝分布稀疏，具有一定随机性；衬砌开裂部位钢筋应力先增长后回缩，与内水压力关系密切，内水外渗改善衬砌受力状况；提出的模型较好地模拟了压力隧洞衬砌在内水压作用下的随机水力劈裂特征、裂缝分布，且钢筋应力计算结果与模型试验实测结果吻合较好，为压力隧洞衬砌水力劈裂分析提供了一种可靠的方法。  
        关键词：孔压黏结单元;压力隧洞;水力劈裂;Weibull分布;随机赋值;渗流–应力耦合   
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      • 赵高文,王萌,杨宗佶,田宏岭,姜元俊
        2019, 51(5): 68-77. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800571
        摘要：强烈地震后的沟内滑坡堰塞坝是泥石流地质灾害的重要物质来源，由于季节性降雨的间歇性和沟道地形的特殊性，泥石流沟内滑坡堰塞坝的侵蚀破坏过程与堵河型滑坡堰塞坝有明显区别，本文以银洞子滑坡堰塞坝为例，对此类堰塞坝的侵蚀破坏特征进行了研究。通过多年的现场地质调查和理论分析，主要得出以下结果：1）银洞子堰塞坝受到的侵蚀效应包括降雨导致的坡面汇流冲刷，溃口水流或泥石流的下切侵蚀、侧向侵蚀和溯源陡坎侵蚀；2）横向巨大高差导致该堰塞坝漫顶溃决时的初始溃口位于坝体侧面，水流或泥石流对溃口边坡的侧向侵蚀过程为单向侵蚀，在这种侧向侵蚀和下切侵蚀共同作用下，堰塞坝的溃口边坡越来越高，堰塞坝的稳定性降低；3）银洞子沟上、下游土体强度不同导致堰塞坝的坡面侵蚀效果不同，下游一侧坝体强度较弱，坡面汇流冲刷导致堰塞坝表面被两道大型拉槽分割，堰塞坝的整体性受到影响；4）银洞子堰塞坝特殊的物质结构导致溯源侵蚀陡坎向上游的发展速度缓慢，堰塞坝的侵蚀过程不一致。在多种侵蚀效应的共同作用下，银洞子沟滑坡堰塞坝下游部分的溃口边坡高度大、完整性差，很可能失稳形成二次滑坡，将导致大量松散物质进入新形成的沟道内，从而为泥石流活动提供物源储备。  
        关键词：滑坡;堰塞坝;泥石流;漫顶破坏;侧向侵蚀;下切侵蚀;陡坎侵蚀   
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      • 李万润,向荣江,杜永峰
        2019, 51(5): 78-86. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801163
        摘要：在预制装配式剪力墙结构中，预制构件之间的可靠连接是学者们关注的焦点。为避免施工过程中接缝处繁琐的后浇过程，提出一种新型预制剪力墙水平接缝连接方式，并对其抗震性能进行研究。通过建立现浇整体式剪力墙精细化有限元模型，对其抗震性能进行分析，并与试验结果进行对比，验证该模型的可靠性。基于此，建立采用新型连接方式的预制剪力墙与同尺寸的现浇整体式剪力墙有限元模型，分别分析轴压比和高宽比的变化对其抗震性能的影响。结果表明：模型YZ–3正向及反向加载的承载能力分别比XJ–3高3.3%和5.4%，模型YZ–1极限承载力比模型XJ–1高4.8%，即相同条件下，预制剪力墙的承载能力比现浇剪力墙的承载能力高，且随轴压比的增大预制剪力墙的承载能力增大越明显。随着高宽比的减小，模型YZ–4及模型YZ–5与YZ–2相比，极限承载力分别提高44.2%和79.0%，初始刚度分别提高18.0%和47.1%。新型预制剪力墙承载能力随高宽比变小逐渐变强，初始刚度逐渐变大；新型预制剪力墙的延性较现浇整体式剪力墙的延性好，抗震性能基本相似。新型连接方式能有效地传递钢筋应力，可以作为一种可靠的连接方式。  
        关键词：预制混凝土剪力墙;水平接缝;承载力;螺栓连接;轴压比;高宽比;抗震性能   
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      • 张健,李召峰,李术才,张庆松,杨磊,齐延海,李恒天,都君琪
        2019, 51(5): 87-95. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801354
        摘要：全风化花岗岩遇水极易崩解破坏，受工程扰动后常诱发突水突泥等地质灾害。为实现全风化花岗岩地层注浆加固参数的有效设计，基于响应面试验设计方法，通过注浆模拟试验获得注浆压力、全风化花岗岩初始含水率、黏土含量3因素对注浆后全风化花岗岩土体抗崩解特性及抗压强度的作用规律，并获得三者与抗崩解特性、抗压强度的拟合方程。结果表明：注浆压力、初始含水率、黏土含量对抗崩解特性及抗压强度影响程度大小顺序分别为注浆压力>初始含水率>黏土含量和注浆压力>黏土含量>初始含水率，其中注浆压力与注浆加固效果成正相关关系，但当注浆压力达到1.5 MPa时，抗崩解特性及抗压强度增幅减小；注浆加固效果随初始含水率和黏土含量的升高均呈先升高后降低的趋势，其中最佳含水率为16%，最佳黏土含量为24%。通过分析注浆压力、全风化花岗岩初始含水率及黏土含量三者之间的交互作用，提出全风化花岗岩地层注浆参数设计方法，根据初始含水率及黏土含量将全风化花岗岩分为低压注浆区（0.5～1.0 MPa）、中压注浆区（1.0～2.0 MPa）和高压注浆区（2.0～3.0 MPa）。通过现场工程验证，研究成果可用于指导该地层注浆加固参数设计，对全风化花岗岩及类似地层的注浆加固治理具有指导意义。  
        关键词：全风化花岗岩;响应面法;崩解特性;抗压强度;注浆参数设计   
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      • 李明,王浩然,赵唯坚
        2019, 51(5): 96-106. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800805
        摘要：为研究四边简支带抗剪键双向叠合板的力学性能，进行了该种叠合板的试验，并基于试验结果验证了有限元模拟方法的准确性。通过模拟参数不同的双向叠合板的受力过程，分析了抗剪键剪力分布规律及叠合板的力学性能影响因素，并建立了其屈服弯矩和屈服位移简化计算式。结果表明：预制底板与抗剪键间、预制底板与现浇层混凝土间虽然存在混凝土二次浇筑现象，但整体性仍然较好；竖向均布荷载作用下，抗剪键表现为脆性破坏；只有当抗剪键的破坏数量达到一定程度后，叠合板才发生破坏；结合面间设置为摩擦接触时，随抗剪键行数、列数及横截面面积增加，叠合板的屈服荷载增加，屈服位移减小，当上述3个因素增加至一定程度后，影响不再明显；布置一定数量抗剪键的双向叠合板，现浇层及抗剪键混凝土强度等级、结合面摩擦系数对叠合板的承载力影响很小；建立了带抗剪键叠合板屈服弯矩和屈服位移简化计算式，可供工程参考应用。  
        关键词：叠合板;抗剪键;四边简支;力学性能;影响因素   
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      • 陈上元,何满潮,郭志飚,陈辉,杨军,王炯
        2019, 51(5): 107-116. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801083
        摘要：基于沿空切顶成巷技术原理，以城郊煤矿深部工作面无煤柱开采为背景，综合运用力学分析﹑模拟计算和现场试验等方法，对深部切顶成巷围岩控制关键对策进行深入研究。结果显示：切顶留巷顶板在侧向形成短臂梁结构，降低了巷旁支护体所受压力，切缝范围内岩层垮落后碎胀充填采空区，使留巷顶板下沉量降低了约50%。采空区侧顶板为切顶巷道围岩变形的关键部位，需进行加强支护；深部切顶巷道实体煤帮塑性区范围大，通过煤帮锚索支护技术可将浅部锚杆承载层锚固在弹性区稳定煤体中；深部切顶成巷来压速度快、强度大，巷内单体支柱易造成冲击破断，采用高阻力液压支架巷内临时支护时可较好地抵抗深部强动压；巷旁刚性挡矸装置因无法适应深部围岩大变形而受压弯曲破坏，深部切顶巷道巷旁挡矸结构需实现一定的竖向让位卸压方可与顶底板协调变形。在研究的基础上提出恒阻锚索关键部位支护+可缩性U型钢柔性让位挡矸+巷内液压支架临时支护+实体煤帮锚索补强的深部切顶成巷联合支护技术，并进行现场工业性试验。现场监测结果表明：留巷围岩在滞后工作面约290 m时基本稳定，且稳定后各项指标满足下一工作面使用要求。  
        关键词：深部;沿空切顶成巷;聚能预裂爆破;控制对策;工程试验   
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      • 成浩,王 　晅,张家生,刘乔,刘稳鹊
        2019, 51(5): 117-125. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800808
        摘要：土与结构接触界面的力学特性对于土体与结构相互作用系统的研究具有重要意义，结构周围土体性质与结构表面粗糙度是影响接触面力学性质的重要因素。为研究结构表面粗糙度对不同土体与结构接触面的剪切力学特性的影响，采用大型直剪试验仪进行了3种土体（红黏土、砂土与碎石土）与混凝土接触面剪切试验。通过在混凝土表面预制不同数量的规则半圆型凹槽来改变表面粗糙度，并采用灌砂法对混凝土表面粗糙度进行定量评价，研究粗糙度对不同类型接触面的剪切应力与剪切位移曲线以及强度参数的影响。结果表明：土体类型对接触面的剪切应力与剪切位移曲线形态具有较大的影响，红黏土与混凝土接触面剪切曲线表现为剪切软化型，砂土与混凝土接触面剪切曲线表现出理想弹塑性特征，碎石土与混凝土接触面剪切曲线主要表现为应变硬化型。粗糙度对接触面的剪切强度有着显著的影响，不同土体与混凝土接触面的剪切强度随粗糙度的增大均有明显提高，但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的影响。不同粗糙度条件下接触面的剪切强度与法向应力之间均存在着良好的线性关系，表明接触面的剪切破坏符合摩尔–库伦准则。粗糙度的增大能显著提高接触面的表观黏聚力，但对接触面内摩擦角的影响较小。  
        关键词：土体类型;粗糙度;接触面;剪切破坏;大型直剪试验   
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        发布时间：2024-01-05
      • 董林鹭,蒋若辰,徐奴文,钱波
        2019, 51(5): 126-136. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801127
        摘要：作为一种3维、实时的监测手段，微震监测通过分析岩体破裂产生的微震信号，评估工程岩体的稳定性，为工程建设和人员安全提供预警。然而，工程现场情况复杂，采集微震信号时通常会混入一定程度的噪声，影响后续微震信号的分析工作。针对这一问题，提出一种基于局部均值分解（local mean decomposition，LMD）和奇异值分解（singular value decomposition，SVD）的LMD–SVD联合降噪法以降低噪声干扰。该方法首先使用LMD分解，获得一系列由高频到低频分布的乘积函数（product functions，PF）；通过计算原始信号与各个PF分量之间的相关系数，确定含噪信号与有效信号之间的分界位置，将分界分量之前的分量剔除，实现初步降噪。然后，针对LMD分解结果中的残留噪声，使用SVD法，以加权能量贡献率（percent of contribution to total energy，PCTE）作为奇异值阶数的确定方法，对分界PF分量进行降噪处理，实现二次滤波。通过上述处理，最终实现微震信号降噪。在仿真实验中，对于同一带噪的Ricker子波，分别使用经验模态分解（empirical mode decomposition， EMD）、LMD、LMD–SVD这3种方法进行降噪处理。其降噪前后信号的信噪比、波形图及频谱图对比结果表明LMD–SVD是一种更好的降噪方法。此外，对于白鹤滩水电站左岸地下厂房的微震监测系统所采集的信号，运用LMD–SVD对含噪微震信号进行降噪处理，表明本文方法能够有效地去除微震信号中的高频噪声，为后续微震分析工作提供帮助。  
        关键词：微震信号降噪;局部均值分解;奇异值分解;相关系数   
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      • 罗铭,丁锐,黄尔,范念念
        2019, 51(5): 137-142. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800807
        摘要：受洪水涨落的水位流量关系呈现明显的绳套曲线，目前的研究大都基于平原河流，由于山区河流比降大、河床组成物质较粗，水流特性受到多方面因素的影响，故有些假设与实际河流情况不符，导致水位流量推求不太精确。因此本文考虑山区河流与平面河流的河床形态、泥沙粒径等方面的差异，引入了河道级别和泥沙粒径以区别山区河流与平原河流，结合简化后的圣维南方程组重新推导水位流量关系。通过山区河流和平原河流水文站的实测资料验证表明：该方法能较好地拟合相应河流横断面实测水位流量；在进行配线时，只需根据变化情况对参数做一些简单更正，具有实用性好、精度高以及适应性强等特点。  
        关键词：山区河流;水位流量关系;绳套型曲线;扩散波;数学模型   
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        机械工程

      • 石慧荣,赵冬艳,李宗刚
        2019, 51(5): 143-148. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800763
        摘要：斜齿轮是机械装备的重要传动元件，其啮合刚度的准确计算和传动系统的稳定性分析具有重要的实际意义。根据斜齿轮轮齿接触线的变化规律，结合斜齿轮单对齿单位长度啮合刚度变化规律和ISO刚度计算准则，提出一种斜齿轮啮合刚度计算方法，分析了不同参数下斜齿轮传动的啮合刚度波动特性；基于分析所得的啮合刚度变化规律建立了斜齿轮传动的动力学模型，并利用多尺度法对动力学模型进行了求解，研究了外加载荷和啮合刚度波动对斜齿轮传动主共振的影响。结果表明：给出的斜齿轮啮合刚度计算方法能够较快速、准确地获取啮合刚度波动变化规律，将其引入斜齿轮动态特性分析中，能够更加准确地反映斜齿轮啮合刚度波动和载荷波动对系统主共振稳定性的影响规律；在其他条件不变时，斜齿轮主共振稳定性随静载荷和啮合刚度波动增加而增加，但较大静载荷会导致主共振频率增大，而且在高频激励下，即使较小的啮合刚度波动也会触发主共振的不稳定；载荷波动增加会使斜齿轮主共振幅值增大，使系统稳定性变差。  
        关键词：啮合刚度;斜齿轮;主共振;非线性   
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      • 陈法法,杨蕴鹏,汤宝平,肖文荣,陈保家,张发军
        2019, 51(5): 149-156. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800427
        摘要：机械设备的运行可靠度反映的是机械设备在预期服役环境中正常工作的能力，传统的机械设备运行可靠度评估方法通常是建立在大量历史样本信息的基础上，然而针对没有历史样本信息的机械设备，传统方法难以对机械设备的实际运行状态进行准确评估，也很难对其未来的性能退化趋势进行有效预测。为此，提出通过构建归一化EEMD信息熵与组合核函数相关向量机对机械设备的运行状态进行评估和预测。首先采集机械设备运行过程中的振动信号，采用经验模式分解方法（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）对振动信号进行分解，获得多个本征模态函数（intrinsic mode function，IMF）分量，并分别计算其相对能量和归一化EEMD信息熵，构造表征机械设备运行状态的特征指标。随后，构建组合核相关向量机对机械设备的运行状态指标量样本进行学习，并采用粒子群算法对组合核相关向量机中的权值参数和核函数参数进行优化，建立反映机械设备运行状态的可靠度预测模型。最后，将所构造的运行状态特征指标输入给相关向量机进行可靠度的性能退化预测。滚动轴承运行状态评估及预测的结果表明，所提出的机械设备运行状态评价方法能够充分提取反映滚动轴承运行状态的特征信息，运行可靠度预测方法也充分考虑了滚动轴承性能退化状态的历史规律性，相对于单一核函数相关向量机智能预测模型，组合核相关向量机提高了滚动轴承运行状态的预测精度和鲁棒性，为机械设备的运行状态评估和性能退化趋势预测的工程应用提供了一种新的方法。  
        关键词：组合核;相关向量机;信息熵;运行状态;机械设备   
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        发布时间：2024-01-05
      • 朱伟,李寒冰,王传伟,顾开荣
        2019, 51(5): 157-164. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800853
        摘要：与传统刚性机构不同，张拉整体机构是一种由受压构件（杆）和连续受拉构件（索）构成的新型机构，具有质量小、惯性力低、柔顺性好、可折叠等优点。根据4杆12索张拉整体结构构型，设计一种4–SPS型空间张拉整体并联机构，由上平台、下平台、4根弹性支链和4根刚性驱动支链构成。根据机构位置关系，推导出各支链的矢量方程；考虑机构各刚性构件的质量，推导出静态平衡方程；对于欠驱动机构，存在欠约束自由度，运动学方程难以求解，由于静态平衡时机构势能最小，以最小势能法和位置方程联合求解机构的运动正反解，并采用变步长搜索法求解出逆解方程和正解数值解；最后，推导出平衡条件下机构的速度和加速度方程，并给出运动线图。  
        关键词：张拉整体;并联机构;运动学;静态平衡   
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      • 李文洋,甘芳吉,周永杰,何晓明
        2019, 51(5): 165-169. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800801
        摘要：管道长期输送含有大量腐蚀成分的原油和天然气，会严重腐蚀管道内壁，产生裂纹缺陷，降低油气管道的工作性能。交流电位降技术可用于检测油气管道的内腐蚀缺陷。该方法的核心是根据交流电流在金属构件内的分布满足趋肤效应，不同的裂纹缺陷对渗透电流场分布存在不同影响，进而改变测量电压值，因此可以通过检测电压值的变化来检测腐蚀情况。但是目前交流电位降技术只能检测固定方向的裂纹缺陷，对位置随机的裂纹求解准确度低，尤其是电极连线方向与裂纹方向夹角小于45°的缺陷不能求解。为了提高随机裂纹的检测精度，提出了多向交流电位降法，即向被测管道施加不同方向的激励电流，使裂纹方向与电流极连线方向的夹角（余角）范围从0°～90.0°变为67.5°～90.0°。仿真和实验结果表明，裂纹方向与电流极连线方向的夹角越接近90°，测得的电压与原始电压的比值越大，此时的电压比值随裂纹深度变化越接近指数分布。所提出的多向交流电位降法能有效地扩大裂纹检测范围，提高随机裂纹的检测精度，为更好地监测输气管道状况，维护管道运输安全提供了新的技术手段。  
        关键词：交流电位降技术;趋肤效应;多向电流;缺陷检测   
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        发布时间：2024-01-05

        信息工程

      • 许力,林如姗,周赵斌
        2019, 51(5): 170-177. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801052
        摘要：为了保障认知无线电网络（cognitive radio networks, CRNs）中次用户之间的安全通信，提出一种基于物理层无线信道特征接收信号强度（received signal strength, RSS）的组密钥提取方案。在网络中并非所有次用户都在彼此通信范围内的情况下，该方案利用中继节点实现组密钥的提取，即在链式通信拓扑结构下，组内所有节点将链上除头节点和尾节点以外的其他节点作为辅助中继节点，提取链上所有相邻节点间的RSS测量值。之后，提出一种新的量化方法对提取到的RSS测量值进行量化。首先，给所有RSS测量值找到相应的量化区间；其次，为每个RSS测量值找到相配对的值，使得生成的密钥与多位RSS测量值相关，保证最终密钥生成的随机性；最后，利用格雷码编码对量化后的RSS测量值进行编码。使用MATLAB仿真软件模拟用户在高斯信道中建立组密钥的过程，信噪比在0～30 dB变化，实验结果表明，密钥建立过程中比特不一致率随着组内节点个数增加而增加，随着信噪比的增大而减小。此外，数值计算分析了该方案在不同条件下能够达到的组密钥率，结果表明，该方案的组密钥率随着组内节点个数和信噪比变化所呈现的变化趋势与比特不一致率相反。与现有方案相比，本方案能够大幅地降低用户建立组密钥的通信代价。综上所述，本方案在提高组密钥提取效率和降低用户通信代价方面都具有较明显的优势。  
        关键词：认知无线电网络;接收信号强度;组密钥   
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        发布时间：2024-01-05
      • 王莹,徐振宇,郑豫楠,史雪蕾,刘怡光
        2019, 51(5): 178-184. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800412
        摘要：大型场景3维重建常需融合各局部深度图，故局部3维数据精确度直接关系整个场景重建精确度，且计算量巨大。针对此问题，提出一种旨在提高3维计算效率和精度的图像选择方法。为提高计算效率，提出一种基于位运算的参考图像选择方法，选取可覆盖场景全部3维点的最小标定图像集子集作为参考图像集；根据影响重建精度的尺度评价因子、参考与邻近图像对应相机主光轴夹角及3维点与相机主光轴夹角建立邻近图像选择的评价函数；在邻近图像的具体选择上，先根据参考图像与邻近图像的覆盖率缩小搜索范围，再根据评价函数对剩余图像进行降序排序，并选择前3张图像作为该参考图像的邻近图像。有效的参考图像选择能够极大地减少大场景多视立体3维重建过程中深度图计算量，有效的邻近图像选择兼顾了重建结果的精度和完整度。将本文方法在两组具有真实3维点云数据的公开数据集和两组室外真实场景拍摄的数据集上与另外两种选图方法以及COLMAP方法进行了对比。实验结果表明：本文方法相比于另外两种选图算法时间节省53%～59%，完整性提高4%～6%，精度提高4%～7%；相比于先进的COLMAP算法时间节省16%以上，完整性提高3%，精度提高2.7%左右。实验结果证明了本文方法的有效性。  
        关键词：多视3维重建;深度图;图像选择;重建精度;计算效率   
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        发布时间：2024-01-05

        化学工程与材料工程

      • 黄利华,李雪,华坚
        2019, 51(5): 185-191. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800838
        摘要：为实现低温脱硝催化剂的工程化应用，研究如何进一步提高其活性和抗硫性非常必要。以活性炭为载体负载Ce–Mn制备了Ce–Mn/AC催化剂，采用Sn对催化剂进行掺杂改性，在考察Sn掺杂对催化剂结构性能影响的基础上，探讨和分析了结构性能变化对催化剂低温脱硝活性和抗硫性能的影响。采用XRD、XPS、N2吸附–脱附、NH3–TPD和H2–TPR等技术分别对催化剂的晶相结构、表面元素组成及化学位、结构性质、表面酸性和氧化还原性能进行了表征分析，并在固定床反应器上对催化剂的脱硝活性和抗硫性能进行了测试。结果表明：Sn的掺杂显著影响了催化剂的结构和性能，掺杂Sn后催化剂的结晶度增加，比表面积下降，活性组分的分散性降低；表面吸附氧和Ce3+比例下降，氧化还原性能降低；表面中强酸位数量下降，强酸位数量增加；催化剂的低温活性降低，抗硫性能有所提高。当Sn的掺杂量由0增加至1.5%时，催化剂对NO的起燃温度升高了135 ℃，且在整个反应温度区间内对NO的转化率降低了20%～40%，Sn掺杂量为0.5%的催化剂在150 ℃、100 μL/L含硫气氛中反应340 min后活性下降13%，降幅明显低于未掺杂Sn的催化剂，在210 ℃含硫气氛中的活性则随着反应时间的增加略有上升。催化剂低温活性的降低与其氧化还原性能的下降和活性组分的分散性降低有关，抗硫性能的提高则与表面酸性的提高有关。  
        关键词：活性炭;催化剂;Sn掺杂;性能   
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        发布时间：2024-01-05
      • 兰文涛,吴爱祥,王贻明
        2019, 51(5): 192-198. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800502
        摘要：复相凝水膨胀材料是一种新型矿山充填材料。以复相凝水膨胀充填材料的抗压强度、非固相体积率、膨胀率和表征耐水性能的强度损失率为主要研究对象，通过单因素实验法、随机实验法等，调整外加剂的掺量，研究了各外加剂掺量分别对复相凝水膨胀充填材料充填性能的影响规律以及外加剂复合作用下复相凝水膨胀充填材料充填性能的变化规律。以随机实验法所获得的大量实验数据建立3D可视化模型，对多因素复合作用下复相凝水膨胀充填材料的充填性能变化规律进行了研究，并采用多项式逼近法建立了不同充填性能对应的多元非线性回归模型。结果表明：随着非晶相凝水剂（SAP）掺量的增加，充填体抗压强度和耐水性能逐渐降低；增加气相引入剂（GPA）的掺量能显著增加充填料浆的膨胀率，但会降低充填体的强度和耐水性；增大表面疏水剂（HA）掺量能降低充填体的强度损失率；复相凝水膨胀材料的3 d抗压强度性能受GPA掺量的影响最大，非固相体积率性能主要受SAP掺量的影响，膨胀率性能主要受GPA掺量的影响，强度损失率主要受HA掺量的影响。  
        关键词：半水磷石膏;随机实验;复合外加剂;多元非线性回归分析;3D数据可视化   
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        发布时间：2024-01-05
      • 李松,焦楚杰,甘元初
        2019, 51(5): 199-205. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801394
        摘要：为实现城市固体垃圾废玻璃资源化，以不同掺量废玻璃粉取代水泥，按标准试验方法研究了C30与C50两种强度等级的废玻璃粉混凝土（waste glass powder concrete，WGPC）各类强度变形指标。试验发现：C30WGPC在废玻璃粉掺量在25%～30%之间时，抗压强度同比降低幅度最大，达到了21.7%，C30WGPC替代水泥掺量可在0～25%以内，C50WGPC最佳掺量可大于25%；废玻璃粉的掺入改善了混凝土的脆性性能，随着试配强度等级的提高脆性会有所增大，C50WGPC轴压强度与抗压强度关系式可以近似地进行普通混凝土两者关系的换算；另外，WGPC弹性模量公式适用于计算普通混凝土的弹性模量，WGPC泊松比与普通混凝土泊松比相差不大。试验结果表明废玻璃粉可较大掺量试配强度等级较高的混凝土，并为WGPC的工程应用提供基础参数。  
        关键词：废玻璃粉混凝土;抗压强度;劈拉强度;弹性模量;泊松比   
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