最新刊期
      2020 年 第 52 卷 6 期

        聚焦国家重点研发计划

      • 刘超,聂锐华,刘兴年,许唯临
        2020, 52(6): 1-8. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000859
        摘要：山洪灾害为全球重大自然灾害之一，21世纪全球因山洪灾害造成的经济损失已高达每年460多亿美元。中国山洪灾害防治区面积约占陆地面积的40%，山洪灾害造成的人员死亡约占洪涝灾害死亡人数的70%。近年来，中国全面开展山洪灾害防治项目建设，目前已基本建成了专群结合的山洪灾害防治体系，山洪灾害监测预警技术水平明显提升。山区暴雨山洪灾害实例表明，重大人员伤亡与重大财产损失的山洪灾害事件往往源于洪水和泥沙的共同作用，然而，以往在进行山洪灾害防治时，大多仅关注洪水的作用，忽视了洪水和泥沙共同作用将显著增大山洪灾害的致灾风险，甚至出现“小洪水大灾害”。为了进一步提高山洪灾害防控能力，完善山洪灾害防御体系，亟需深入研究暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术。“山区暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术研究与示范”项目，以洪水和泥沙共同作用为切入点，凝练了4个需攻克的关键科学技术问题：1）山区暴雨作用下流域产流产沙异变机制、水沙过程与沟床剧变耦合致灾机制；2）山区暴雨山洪水沙灾害早期识别与致灾要素一体化智能监测技术；3）山区暴雨山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术；4）基于山洪水沙灾害动力过程的灾害风险动态评估与预警防控技术。围绕关键科学技术问题的内涵，提出5个需开展的重点研究内容：1）山区暴雨产流产沙过程与水沙耦合致灾机制研究；2）山区暴雨山洪水沙灾害早期识别与智能监测技术；3）山区暴雨山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术；4）山区暴雨山洪水沙灾害风险动态评估与预警技术；5）山区暴雨山洪水沙灾害预报预警防控平台构建与示范。研究成果将揭示山区暴雨产流产沙过程与水沙耦合致灾机制，提出山区暴雨山洪水沙灾害早期识别方法、山区暴雨山洪水沙灾害智能监测技术体系、山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术、山洪水沙灾害风险动态评估与预警技术等，构建集早期识别、风险评估及综合防控一体化的暴雨山洪水沙灾害预报预警防控平台，提升中国暴雨山洪灾害监测预警与防控的实时性、精准度和智能化水平。  
        关键词：山洪灾害;山洪水沙灾害;暴雨洪水;监测预警;泥沙补给;风险评估   
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        发布时间：2024-01-08

        青藏高原重大滑坡动力灾变与风险防控关键技术研究

      • 邓建辉
        2020, 52(6): 9. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000934
          
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        发布时间：2024-01-08
      • 朱雨轩,戴福初,梁莲姬
        2020, 52(6): 10-21. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000282
        摘要：高速远程滑坡作为一种特殊的地质灾害，具有运动速度快、滑动距离远、致灾范围广等特征，一旦发生往往给人类的生命财产带来巨大的损失，因此，针对其超强运动机制的研究一直受到国内外滑坡领域的高度关注。液化减阻作为高速远程滑坡发生超强运动的一个重要机制，强调滑坡运动过程中出现超孔隙水压力累积、有效应力降低等液化行为，导致滑坡基底摩擦系数减小，发生高速远程运动。本文根据前人研究结果对液化的影响因素和高速远程滑坡的液化机制进行总结，将不排水加载作用下滑坡的液化机制归纳为结构液化和滑动带液化两种；并基于详细的现场调查对青藏高原地区两类典型的液化型高速远程滑坡（玉树滑坡和乱石包滑坡）的形成机制进行了初步分析。结果表明：玉树滑坡和乱石包滑坡在启动条件、运动和堆积地貌单元及液化机制等方面均有差异。玉树滑坡为发生于山间沟谷中、由强降雨诱发的崩坡积层滑坡，滑坡体积小但运动距离远，滑带土为堆积于沟谷中的饱和松散砂质黏土（细粒土），可忽略颗粒的剪切破碎性；不排水加载作用破坏了松散的土体结构，从而诱发滑坡液化；乱石包滑坡发生于山前盆地，由古地震触发并斜抛启动，滑带土为风化的花岗岩粗砂，具有剪切易破碎性，土颗粒破碎引起滑动带液化是滑坡发生高速远程运动的主要原因。  
        关键词：青藏高原;高速远程滑坡;液化;运动机制   
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      • 崔杰,高春玉,张志龙,姚依凡
        2020, 52(6): 22-29. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000238
        摘要：尼续滑坡发育于藏南亚东—谷露裂谷带中段开阔的半地堑盆地边缘，滑坡物质堆积分布区为平坦河谷地貌，是青藏高原腹地发育的一处典型“平敞型”高速远程滑坡。该滑坡堆积区具有十分完整的堆积结构与典型碎屑流形态，研究该滑坡有助于揭示“平敞型”岩质高速碎屑流运动与堆积分异机制。本文通过对尼续滑坡及其堆积区各组成部分开展了详细地面调查，结合地球物理方法揭示了源区斜坡破坏基本特征与破坏机理，通过高分辨遥感解译与堆积物颗分试验揭示了滑体演化各阶段碎屑物质的空间展布规律。通过对尼续滑坡碎屑流堆积物质结构及空间形态演化特征的研究提出：“平敞型”高速碎屑流转化过程可划分为3个阶段，即在源区斜坡段的滑坡结构碎裂化阶段、中部滑动区的物质结构碎屑化阶段；前缘区域的碎屑流流态化运动与堆积阶段，相对应的滑体结构具有碎裂化—碎屑化—流态化的阶跃式转化过程，中部与前缘区域的碎屑流以内部或底部的层状剪切破碎为主，使得碎屑流在“摊薄效应”下继续运动与纵向扩展，碎屑流运动由“干”的高速流态化转为固态静止的过程极为迅速，从而保留有连续脊丘与线槽等特殊流体性质下的堆积地貌形态。研究认为，地震发生后尼续滑坡源区坡体结构控制了滑坡解体与破坏过程，并按照由前至后的顺序依次下滑运移，受自身势能条件控制，自源区而下的滑体在前缘堆积区产生自左至右依次叠加堆积作用，这是尼续滑坡堆积范围向下游明显偏转的主要原因。  
        关键词：平敞型滑坡;碎屑流;反序结构;基底液化   
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        发布时间：2024-01-08
      • 陈剑,陈瑞琛,米东东,郑欣欣,高春玉
        2020, 52(6): 30-39. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000237
        摘要：岩石的碎裂化作为高速远程滑坡中的一种重要现象，其不仅是颗粒流假说的基础，也涉及到滑坡能量的耗散与传递作用。以西藏八宿县瓦来滑坡为例，通过遥感影像解译、野外调查和粒度试验等方法，对山谷型高速远程滑坡的地貌特征、堆积结构、运动学过程及碎裂化特征进行分析和探讨。基于无人机航测数据构建的高精度数字高程模型，对瓦来滑坡的地貌结构进行定量化分析。依据等高线特征与基岩分布特征重建滑坡前地形，并对瓦来滑坡的体积进行估算。结果表明：瓦来滑坡是一个受层面和两组节理控制的碎屑流型高速远程滑坡，其水平运动距离为3 480 m（H/L=0.32），堆积方量约为5.1×107 m3。瓦来滑坡的主要地貌结构为修剪线、巨型丘、纵向脊和压缩脊，这些地貌结构指示了滑坡启动后朝NE48°方向运动，遇到山体阻挡后偏转向北。瓦来滑坡的外壳相较薄，明显受到岩层节理控制；滑体相中的堆积结构以分层结构、拼图结构、块石定向排列、块石剪切破坏为主，这些结构指示瓦来滑坡具有层流运动特征，且其运动过程中，内部存在碰撞作用与剪切作用。滑体相中，粒度沿程的变化特征表明瓦来滑坡的内部破碎主要发生在从滑坡源区经过流通区到坡脚的撞击过程中，为强破碎阶段；细颗粒的粒度分布特征和发育不明显的细粒剪切带指示该滑坡在径向运动阶段的破碎作用相对前者较弱，为弱破碎阶段。  
        关键词：高速远程滑坡;地貌特征;堆积结构;粒度分布;碎裂化特征   
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      • 郜颖超,位伟,姜清辉
        2020, 52(6): 40-48. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000213
        摘要：高速远程滑坡碎屑流具有极高的动能和超远移动距离，是一种危害范围广、破坏力极大的地质灾害。为完善高速远程滑坡减灾体系，研究碎屑流拦挡结构的减灾作用，采用数值流形方法对牛圈沟强震诱发滑坡所形成的高速碎屑流运动过程进行模拟，分析其堆积状态及运动特性。通过数值试验研究了碎屑流运动路径上植被覆盖、拦挡墙高度、位置及布置方式对高速远程滑坡碎屑流堆积状态的影响，并对拦挡墙的减灾作用进行评价。模拟结果表明：尽管在碎屑流运动路径上增加植被覆盖可降低碎屑流运动距离，为达到更好的拦截碎屑流的效果，仍需在运动路径上布置拦挡墙，以有效降低碎屑流的沿程位移及远程堆积量；当拦挡墙布置于不同位置时，对滑坡碎屑流有不同的截流阻滑作用，并确定了拦挡墙的最优位置；相对于增加拦挡墙高度，设置多排拦挡墙可更加有效地拦截碎屑流，以减少对下游的危害。  
        关键词：高速远程滑坡;拦挡结构;数值流形方法   
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      • 刘星洪,姚鑫,於开炳,戴福初,王世锋,姚佳明
        2020, 52(6): 49-60. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000242
        摘要：G4218高速公路所处的巴塘—芒康段位于金沙江河谷至高原的过渡带，新构造活动强烈，岩体破碎，地质灾害问题频发，该地区高速公路的修建和维护面临着巨大的挑战。传统地面地质调查手段在公路选线和地灾评价分析及稳定性评价等多方面面临诸多困难，利用光学遥感对地质灾害点解译，并与InSAR变形观测技术相结合，有望能高效、准确地调查区域内地质灾害点，并揭示其发育和分布规律。在青藏高原高山峡谷区特殊的地质条件下，总结了该区域常见的地质灾害类型，针对研究地区灾害类型特点，结合遥感技术提出公路遥感综合识别技术方法。利用该方法对巴塘—芒康段进行灾害调查，在充分掌握了光学遥感目视解译技术与InSAR技术的情况下，辅以野外地质调查、GIS空间分析、工程地质类比等工作，得到如下结论：1）研究区内光学目视遥感解译出固有地质灾害670处，结合4种SAR数据的InSAR技术解译出活动地质灾害数量220处；2）研究区不同类型地质灾害的发育规律随着地形地貌、地质条件和地质灾害等影响因子的变化存在较大差异，光学遥感解译和InSAR解译出的地质灾害在空间分布上和地层岩性上均存在一定差别；3）根据野外工作对比分析，判断光学遥感解译结果和InSAR解译结果与二者的解译方式、影像的成像条件及滑坡的活动性存在一定的关系，二者不能直接进行检验互查；4）综合遥感技术方法的使用在青藏高原高山峡谷区的公路建设中具有普适性，其充分利用了光学遥感解译技术和InSAR变形观测技术的互补性，在节约时间成本的基础上，对区域的地质灾害发展情况有了更加全面、准确的了解。  
        关键词：青藏高原;金沙江;川藏公路;光学解译;InSAR;地质灾害   
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      • 周振凯,姚鑫,刘红岩,任开瑀
        2020, 52(6): 61-74. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000243
        摘要：西南山区地质灾害频发，近年来，茂县滑坡、白格滑坡、水城滑坡等多起大型滑坡灾害表明，灾难型滑坡事件的发生不仅与该地区易孕育地质灾害的条件有关，无法准确识别与监控滑坡灾害的发育发展情况也是主要因素之一。本文利用基于主动式微波遥感成像的InSAR技术，针对传统的地面式地质灾害调查手段与光学遥感技术受限的高山地区，以海拔高、地形陡，夏秋季山高林密、多降雨，春冬季天气寒冷、多降雪的澜沧江梅里雪山段为例，开展活动性地质灾害识别的研究。使用多源遥感数据，包括SAR与多时相传统光学遥感影像，以及PALSAR–1/2和升、降轨的Sentinel–1数据，展开多时段、多角度、多波长、多空间分辨率的组合对地观测；结合D-InSAR、IPTA-InSAR和Stacking计算结果，人机交互及目视解译，并利用Google Earth平台多时相光学遥感数据及3维地貌进行核验。针对典型滑坡灾害进行地面核验，结合现场调查结果与InSAR计算结果分析其稳定性，得到如下成果：1）共识别滑坡地质灾害92处，其中：位于澜沧江河谷段的滑坡地质灾害共76处（占总解译数的82.6%），澜沧江支流解译5处，德钦县城周边地区解译滑坡11处；滑坡平面面积大于20×104 m2的有26处，占解译总数的28.3%。澜沧江河谷区二叠系、三叠系软弱地层沿河谷分布，加上地形、降雨、水库蓄水作用等多重因素影响，沿河谷多发育活动性大型、快速活动滑坡灾害。2）梅里水滑坡是河谷中典型的高位变形滑坡，快速变形区位置集中且海拔较高，有较大势能，河谷内发现多处类似的高位变形活动现象。3）亚贡滑坡在数据观测时段（2007—2019年）一直存在变形情况，且规模巨大，发育的次级滑体有更快的变形速率，滑坡体前缘变形破坏严重，变形度率达7～11 cm/a，威胁滑坡中部平台上居民及耕地安全。4）德钦县城观测范围内共识别11处滑坡变形体，包括丁羊丁滑坡、归巴顶滑坡两处蠕变型滑坡，局部变形现象明显，仍处于发展阶段。5）InSAR技术可同时监测多种灾害类型，县城周边发育4条大型泥石流沟，物源区和流通区都有不同程度的变形现象；高海拔区冰碛物活动频繁、变形量大，除冰碛物与冰雪相互作用形成的冰碛物滑坡外，多处高山斜坡风化破碎严重，也存在较强的变形现象。高山地区多轨道、多类型SAR数据组合的方式可有效弥补SAR卫星自身成像缺陷，提高可观测面积。与多种InSAR算法的结合，可以发挥不同SAR数据的长处，提高活动性滑坡的识别精度；在澜沧江高寒、陡峭、多植被的山区，短波长的Sentinel–1数据可以通过大数据量的Stacking计算显著改善计算效果，长波段的PALSAR1/2数据在恶劣条件下有更好的适应性，在IPTA-InSAR的结果中有更好的表现。  
        关键词：澜沧江;地质灾害;滑坡;滑坡识别;InSAR   
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      • 李维朝,仲琦,楚一帆,李少朋
        2020, 52(6): 75-82. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000211
        摘要：堰塞体是由崩塌、滑坡、泥石流、冰碛等形成的结构松散的堆积体，且多由宽级配无黏性土组成，易在上游水位抬升过程中产生渗透破坏，从而导致溃决，对下游居民财产与生命安全造成严重威胁。基于离散元和流体动力学（CFD–DEM）相耦合的数值模拟方法是研究堰塞体渗透破坏过程及颗粒冲蚀规律等的有力工具，但CFD–DEM耦合计算方法需要不断地交互计算及数据传递，导致计算量大，计算速度较慢。基于堰塞体颗粒材料在渗透破坏过程中的受力特征，在分析渗透破坏过程中流体对颗粒作用力的基础上，利用加速度场与拖曳力的简化形式表征流场作用力，提出一种简化的渗透破坏离散元快速模拟方法。该方法可以将堰塞体颗粒在渗流场中所受的作用力，直接以加速度场的方式施加在DEM模块中，减少了传统CFD–DEM耦合方法中的双模块交互迭代所需要的计算量，从而在保留CFD–DEM耦合方法计算效果的基础上，有效提升计算效率。最后，针对宽级配无黏性堰塞体土料，利用简化后的理想不连续级配颗粒模型，对比CFD–DEM耦合方法计算结果，对本文所提出的快速模拟方法的合理性和有效性进行了验证。结果表明：在试样细颗粒流失量随运行时步的变化值与变化趋势方面，简化模拟方法与CFD–DEM耦合方法基本一致，流失量误差不超过3.4%，这表明了本文所提简化模拟方法的可靠性；当对某一具体的堰塞体颗粒采取简化模拟方法进行模拟时，误差的具体量值可能会发生变化。计算速度方面，快速模拟方法在本文模拟中的运行速度约为CFD–DEM耦合模拟方法的3.5倍，且当颗粒数量越多时，简化模拟方法的计算速度提升越明显。  
        关键词：堰塞体;颗粒材料;渗透破坏;离散单元法;数值模拟   
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      • 王秋生,樊俊杰,王心愿,李维朝
        2020, 52(6): 83-94. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000345
        摘要：堰塞体冲刷模型参数是堰塞湖应急处置中溃决洪水评估的重要依据。目前，通常使用过剪应力模型和Wilson模型预测土体的冲刷速率，但对模型参数的取值范围尚没有统一认识。为研究两种模型冲刷参数与常规土性参数的关系和各类土体冲刷参数的范围，快速确定堰塞体冲刷模型参数，本文共收集279组冲刷试验数据，并根据土的统一分类标准将数据分为粗、细颗粒土两类；通过相关分析和回归分析得出了冲刷参数与常规土性参数的关系式，并根据关系式的拟合优度、可信度和泛化能力进行筛选，得出了粗、细颗粒土冲刷参数关于常规土性参数的回归方程，并对比试验数据得到的冲刷参数与回归方程预测得到的冲刷参数，得出不同土料的冲刷参数范围；最后，以白格堰塞体为例，依据本文建立的冲刷参数数据库及统计关系，对其冲刷参数和冲刷速率进行了分析。研究成果可以用来快速确定堰塞体的冲刷参数，为应急处置条件下快速评估溃决洪水风险提供理论和数据支撑。  
        关键词：冲刷参数;堰塞体;相关分析;回归分析;应急处置   
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      • 杨仲康,魏进兵,高云建,赵思远,邓建辉
        2020, 52(6): 95-101. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000205
        摘要：金沙江上游白格滑坡于2018年10月10日和11月3日连续发生两次滑坡堵江–溃坝事件，给沿岸居民带来巨大灾害。滑坡发生之后，在滑坡体后缘形成3个裂缝区，存在再次滑坡堵江的可能。鉴于白格滑坡岩土体试验数量有限，试验成果难以反映坡体抗剪强度参数的统计特征，本文针对白格“11·3”滑坡，采用基于极大似然估计的优化算法，对滑坡岩土体的抗剪强度参数进行了反演；并利用反演参数，采用蒙特卡洛方法对滑坡后缘裂缝区进行了可靠度计算和稳定性评价。研究表明：1）将响应面法与基于极大似然的概率反分析方法结合起来对滑坡体参数进行反演，计算过程简便，计算方法适应性强。2）根据白格“11·3”滑坡反演得到的滑坡岩土体抗剪强度黏聚力后验分布为N（13.05 kPa，32），内摩擦角后验分布为N（0.64，0.042），计算结果表明通过反演可以降低先验参数的不确定性。3）采用自动搜索最危险滑动面方法得到各裂缝区的局部破坏模式。计算得到的最危险滑动区范围与现场调查及监测得到的失稳区范围基本一致，且局部破坏模式下的破坏概率均明显大于整体破坏模式，表明裂缝区破坏以渐进牵引破坏为主，与实际的裂缝发展规律及破坏模式一致。4）白格滑坡后缘3个裂缝区的潜在失稳区域C1–1、C2–1和C3–1的体积分别为7×105 m3、3.2×106 m3和1.3×106 m3，对应的失稳概率分别为21.70%、33.90%和27.30%，均为极高危险性。因此，有必要对滑坡堵江–溃坝洪水灾害链进行风险评价，并提出合理的处置措施和应急预案。  
        关键词：白格滑坡;裂缝区;抗剪强度参数;反分析;失稳概率   
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        水利与土木工程

      • 阙云,熊汉,刘慧芬,詹小军
        2020, 52(6): 102-110. DOI: 10.15961/j.jsuese.201901122
        摘要：受地形限制，大量公路、铁路沿库与沿河展线，库（河）水位变化是诱发库岸滑坡的重要因素。目前，边坡渗流研究多集中在非饱和均匀流，对大孔隙边坡非平衡流方面研究仍显滞后。为此，以福建省某一典型库区边坡为例，对比水位上升条件下考虑非饱和渗流和非饱和大孔隙流时边坡水分场和稳定系数随时间的变化规律，并分析了水位上升速率（v）、大孔隙域水力传导系数（Ksf）、两域交界处水力传导系数（Ksa）、土粒中心至大孔隙边界距离（a）、大孔隙体积占比（wf）等对大孔隙边坡稳定系数的影响规律及权重。结果表明：水位上升中，非饱和渗流下边坡内部基质域含水率明显小于非饱和大孔隙渗流下边坡内部基质域含水率。非饱和渗流条件下边坡浅层向内的水力坡度明显大于非饱和大孔隙流边坡，且大孔隙边坡中相同位置基质域含水率远大于大孔隙域（最大达18.9倍）。两种渗流工况下，边坡稳定系数随水位上升均呈现先减小后增大的趋势，并于同一水位（在最高蓄水位高程的一半附近）同时达到最小值。相同渗流工况下，考虑非饱和大孔隙渗流边坡稳定系数更小。增加v、Ksf、a、wf或减少Ksa，坡内两域间水分交换减弱，水分将快速运移至坡体深处，引起地下水位上升，促使边坡稳定性最大降幅达17.7%。v、Ksf和wf对边坡稳定影响占权重较大且相当，Ksa和a所占权重较小且约为前者一半。  
        关键词：水位上升;浸水土坡;非平衡流;力学响应;边坡稳定   
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        发布时间：2024-01-08
      • 王奇,单钰淇,刘超,刘兴年
        2020, 52(6): 111-119. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000322
        摘要：通过水槽试验研究了水库泄流变化对山区河流河床粗化过程的影响。研究开展了流量交替变化和流量逐级增大两种条件下的清水冲刷河床粗化试验。在不同来流条件下，测量了试验过程中的推移质输沙率和水槽断面水深，以及每阶段试验结束后的河床地形。基于衰减函数，模拟清水冲刷河床初始粗化过程的推移质输沙率。分析粗化层形成后的推移质输沙率随流量和冲刷时间的变化趋势，结合各水流条件下的床面切应力，探讨河床的冲刷粗化特点和粗化层破坏临界条件。试验结果发现：河床首次粗化对应的推移质输沙率变化过程可采用衰减函数模拟，模型可较准确地模拟推移质输沙率随时间的变化过程。对于流量交替变化阶段，每阶段出现的第1次极值流量是河床表层粗化和失稳破坏的主要驱动因子，极值流量产生的推移质输沙率总是大于小流量或第2次极值流量产生的推移质输沙率。河床表层粗化或冲刷由各阶段极值流量与河床初始粗化流量共同决定，极值流量相对河床初始粗化流量越大，河床表层冲刷粗化程度越大。对于流量逐级增大过程，当前流量下床面切应力τ与河床粗化层形成时的床面切应力τ0决定河床粗化表层变化规律；当τ<τ0，河床表层无明显变化；当τ≥1.1τ0，河床粗化层开始变得不稳定，推移质输沙率陡增。  
        关键词：粗化层;推移质输沙率;床面切应力;清水冲刷   
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      • 温世儒,杨晓华,郭元术
        2020, 52(6): 120-130. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000221
        摘要：通过人工肉眼对地质雷达探测图像进行判读的方法易受判读人员主观性、经验性影响。为了规避这一不足，提出一种基于Counterlet等高变换和K-Means++均值聚类分析的频谱能量判读方法。以实际公路隧道为依托，经现场探测获取不良地质体的原始探测数据；采用IDSP（interactive detection-surveying prediction）探测数据分析软件生成原始图像，实施背景去除、滤波等时域、频域预处理以提高信噪比；基于子带分布系数采用Counterlet对预处理后的图像进行分解和重构，并采用K-Means++算法将重构后图像中的频率信息转化为颜色特征；利用MATLAB对颜色特征进行提取，并据此建立不良地质体颜色特征样本库，将原始探测图像与样本库进行匹配对比以实现自动判读。结果表明：采用Counterlet等高变换对多方向、多分辨率、多尺度的地质雷达图像进行分解与重构是可行的，曲线边缘逼近效果良好，重构后的图像无信息丢失；K-Means++算法能实现地质雷达灰度图像中能量—频率—色彩的转化，转化后的图像色彩突出、直观；频谱能量的匹配对比能较准确快速地实现自动判读及较好地规避个体主观性。  
        关键词：公路隧道;地质雷达;预报;频谱能量;判读   
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      • 王兰芹,姜琳琳,王鹏刚,赵铁军,焦茂鹏
        2020, 52(6): 131-138. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000419
        摘要：滨海严酷环境下，混凝土内部微环境直接影响到混凝土的碳化、氯盐侵蚀和钢筋锈蚀等耐久性能。混凝土内部微环境温湿度受自然环境温湿度影响而又与自然环境温湿度有所差异。为了研究沿海环境下混凝土内部微环境温湿度响应与自然环境温湿度变化之间的关系，对沿海城市青岛遮挡与暴露两种大气环境温湿度作用和混凝土内部不同深度处的温湿度响应进行了为期一年的现场监测。结果表明：大气环境温湿度均以24 h为周期表现出明显的简谐性周期性波动，温度峰值与相对湿度峰值出现的时间相反。暴露环境的日温湿度变化幅值均大于遮挡环境，夏季暴露与遮挡两环境最大温差达9 ℃，最大相对湿度差达20%。混凝土内部不同深度处温度响应规律一致，数值差距很小；混凝土内部相对湿度随着深度的增加逐渐增加，短时间内，混凝土内部的相对湿度响应值波动变化不大。经过理论分析，建立了大气环境温湿度作用谱和混凝土内部温湿度响应谱，现场实测结果验证了所建模型可以较好地表征环境温湿度作用及混凝土内部的温湿度响应规律，为准确评估和预测混凝土结构耐久性能提供了依据。  
        关键词：混凝土;大气环境;温度;相对湿度;响应谱   
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        发布时间：2024-01-08
      • 崔正龙,张含
        2020, 52(6): 139-144. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000199
        摘要：为了研究再生粗骨料的释水特性，将粘贴应变片的再生粗骨料埋入C30强度等级混凝土中，直接测试混凝土在干燥收缩过程中内部再生粗骨料的收缩应变，通过不同湿度环境下再生粗骨料的应变与释水率之间的关系推算出混凝土内部再生粗骨料的释水特性，建立再生混凝土释水率与再生粗骨料释水率之间的关系。研究结果表明：再生粗骨料与天然粗骨料在吸释水过程中应变及饱和度曲线的趋势相对接近，且两种骨料干湿产生的应变变化具有相互可逆趋势；再生粗骨料与天然粗骨料的释水率与应变呈线性关系；混凝土内部粗骨料的收缩应变要小于试件的收缩应变，再生粗骨料及再生混凝土的收缩应变要大于天然骨料及混凝土的收缩应变；再生混凝土的释水率要大于内部再生粗骨料的释水率。  
        关键词：再生混凝土;再生骨料;干燥收缩;收缩应变;释水率   
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      • 韩同春,苏钰钦,张宇
        2020, 52(6): 145-152. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000179
        摘要：天然土质边坡在地质和人为因素的作用下，通常呈现一定层状结构，在强降雨作用下会产生入渗和坡面径流。研究降雨条件下坡面径流与地表入渗相互影响过程，对山地洪水和滑坡灾害防治具有重要意义，为了研究层状土边坡地表与地下渗流的相互作用机制，针对上粗下细型层状土边坡降雨入渗忽略坡面径流影响导致入渗分析不符合实际这一问题，基于Moore双层入渗和坡面径流控制方程建立耦合模型，并通过Python编制相应的计算程序分析耦合条件下双层结构边坡降雨产流及停雨后雨水重分布全过程。数值分析结果表明：边坡土体降雨入渗过程与坡面径流深度有关；降雨初期降雨强度<坡面入渗能力，入渗速率等于降雨强度，坡面产流后入渗速率随降雨持时逐渐减小趋于稳定；当湿润锋跨过土层交界面时，入渗速率急剧减小，最终等于次层土的渗透率，表明上粗下细型层状土入渗速率主要由次层土控制，同时降雨停止后径流快速衰退，已入渗的雨水在重力和湿润锋下方土体基质吸力的作用下继续向下推移，湿润锋入渗深度随雨水重分布历时趋于平缓。算例表明，该计算模型与计算方法可行，能够较好地反映实际层状土边坡的降雨入渗过程，为类似的层状土边坡研究提供计算依据。  
        关键词：层状土;边坡;降雨;坡面径流;耦合;Moore模型   
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      • 刘恒杰,李宗利,谭聪,张锐,童涛涛
        2020, 52(6): 153-161. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900686
        摘要：为研究不同含水率混凝土断裂过程的差异性，将干燥试件浸泡不同时间，使其达到不同含水率，基于声发射技术，对三点弯曲梁的破坏过程进行监测。通过比较声发射信号撞击计数、能量计数和振铃计数等不同发射信号来研究不同含水率对混凝土断裂过程力学性能的影响规律，并结合撞击计数、振铃计数和能量计数捕捉起裂荷载，进一步分析水分对起裂韧度和失稳韧度的影响。试验结果表明：相比于P–CMOD曲线，声发射参数变化能更加直观地分析水分对混凝土断裂过程的影响。随着含水率的增加，起裂前，撞击计数累计值呈现增大趋势；起裂后，声发射参数值、峰值及累计值均呈现减小趋势。损伤演化起始门槛值随含水率的增大而降低，饱和试件较干燥试件最大下降64%；饱和试件断裂过程区宽度较干燥试件最大增大20.8%。  
        关键词：混凝土;含水率;声发射;起裂韧度;失稳韧度   
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      • 杨世玉,赵人达,靳贺松,李福海,胡丁涵
        2020, 52(6): 162-169. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900754
        摘要：为探讨粉煤灰基地聚物砂浆力学性能和微观孔结构的影响因素，利用正交设计和单一变量法研究了养护温度、高温养护时长、水相含量${\textit{z}}$、水玻璃模数n、胶砂比J和溶胶比R对砂浆强度的影响，获得了其数学关系模型。同时，借助压汞法分析了微观孔结构和砂浆宏观力学性能的关系。结果表明：提高养护温度可以显著地增加砂浆的抗压强度，并且最佳温度为70～80 ℃；高温持续养护4 d可以获得砂浆抗压强度和抗弯强度的最大值，养护24 h可分别获得最大抗压强度和抗弯强度的91.9%和71.3%。砂浆强度的敏感性因素从大到小依次为水相含量${\textit{z}}$、水玻璃模数n、胶砂比J、溶胶比R；砂浆强度随着水相含量z的增大而急剧降低，两者几乎呈线性关系；砂浆的抗压强度和抗弯强度随着水玻璃模数n的增加先增大后减小，满足二次函数关系；胶砂比和溶胶比对砂浆的强度影响较小。孔隙率越小，砂浆强度越高；孔隙率对强度的影响要明显大于孔径分布；在孔隙率相近时，胶凝孔隙（≤10 nm）和过渡孔隙（10～100 nm）的体积百分数越大，砂浆强度越高。  
        关键词：粉煤灰;地质聚合物;抗压强度;压汞法;正交试验   
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      • 常召群,邢国华,白涛,刘林伟,刘伯权,武名阳
        2020, 52(6): 170-176. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000640
        摘要：在古旧混凝土建筑中，光圆钢筋混凝土梁在荷载作用下随着服役时间的增长将由正截面受弯破坏演变为斜截面剪切破坏，但已有光圆钢筋混凝土梁的承载性能分析模型尚不能区别这两种破坏模式。作者以光圆钢筋混凝土梁为研究对象，提出光圆钢筋粘结强度计算公式，深入分析了光圆钢筋粘结强度低对混凝土梁承载力的影响。基于拉压杆模型和标准桁架模型分别对光圆钢筋混凝土梁的承载力进行了计算，理论分析结果表明梁体承载力的试验值与理论计算值之比的平均值分别为1.460和1.309，方差分别为0.858和0.781，上述模型因未能充分考虑箍筋与弯剪段混凝土的抗剪贡献，致使计算结果与试验结果之间误差较大。进一步提出了可辨别光圆钢筋混凝土梁发生多种失效模式的变角桁架计算模型，并通过32根光圆钢筋混凝土梁的试验数据对修正后的变角桁架模型进行验证。结果表明：光圆钢筋混凝土梁承载力的试验值与理论值之比的平均值为1.034，方差为0.100，二者吻合较好，且可准确预测光圆钢筋混凝土梁的破坏模式。因此，本文建议的修正变角桁架模型可用于光圆钢筋混凝土梁的承载力计算与破坏模式预测分析。  
        关键词：拉压杆模型;变角桁架模型;光圆钢筋;粘结;混凝土梁   
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        发布时间：2024-01-08
      • 王正,邓永婷,杨正丽,邓军
        2020, 52(6): 177-182. DOI: 10.15961/j.jsuese.201901087
        摘要：通过物理模型试验，对不同来流条件下燕尾形挑坎近端水流挑射特性进行了研究，分析了挑坎前的断面平均流速、断面水深对近端水流挑射特性的影响，获得了近端水流挑射特性，尤其是近端水流出射角的变化规律。基于不同水流条件下系列试验数据分析，揭示了水流佛汝德数对燕尾坎内缘水流出射角的影响规律；结合自由抛体空中运动，建立了燕尾坎内缘挑距计算方法，计算结果与试验测量及不同研究资料结论的符合较好，说明研究对于近端水流出射角与挑距的计算方法能够为燕尾形挑坎的工程应用和下游水垫消能设计提供必要的参考。  
        关键词：模型试验;燕尾形挑坎;近端水流出射角;內缘挑距   
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        发布时间：2024-01-08

        机械工程

      • 俞滨,金正国,王相吉,娄文韬,宋颜和,李化顺,秦海兴
        2020, 52(6): 183-189. DOI: 10.15961/j.jsuese.201901057
        摘要：液压伺服控制系统具有功重比大、精度高和响应快等优点，在工业、农业、轻纺织业和交通运输中应用广泛。液压伺服控制系统多采用伺服阀和比例阀作为控制元件，但伺服阀和比例阀的结构复杂、造价高，对油液质量和清洁度要求高。而增量式数字阀具有结构简单、成本低、抗污染能力强且维护方便等优势，在液压伺服控制系统中具有较好的应用前景。以增量式数字阀控缸位置控制系统为研究对象，首先，对增量式数字阀的结构和工作原理进行分析，建立其位置控制系统数学模型，并基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了其位置控制系统仿真模型；然后，利用仿真分析典型输入信号和不同结构参数下增量式数字阀控缸位置控制系统的动态性能；最后，搭建增量式数字阀控缸位置控制系统实验平台，测试了典型输入信号和不同结构参数下的动态性能。通过仿真与实验相结合，验证了增量式数字阀原理的可行性，分析了增量式数字阀控缸位置控制系统的动态响应能力，并对影响其动态响应能力的因素进行分析，为增量式数字阀的后续结构改进和动态性能优化提供了理论和实验基础。  
        关键词：增量式数字阀;位置控制系统;动态性能分析   
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        发布时间：2024-01-08
      • 刘成,谢荣建,吴亦农
        2020, 52(6): 190-198. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900820
        摘要：低温环路热管（loop heat pipe, LHP）是一种高效的两相传热装置，常被用在航天热控系统中。为探究用于空间探测项目中180～230 K环路热管的合适工质，采用乙烯、乙烷和丙烯为工质对LHP在不同热沉温度下的启动特性、工作温度对热负荷增大的响应变化及稳态传热热阻进行了实验研究。实验和分析结果表明：启动前蒸发器和补偿器温度低于工质临界温度至少10 K时，LHP均能以5 W的热负荷成功启动；启动前蒸发器温度相近时，乙烷LHP和丙烯LHP的启动温升均在2 K以内，乙烷LHP启动时间短于丙烯LHP，工质汽化潜热和液体粘度差异是造成LHP启动时间差异的重要因素。工质对LHP工作温度随热负荷增大的响应影响不明显，蒸发器温度均随热负荷的增加而先减小后增大，最低工作温度出现于20～30 W，LHP达到稳定状态的时间随热负荷增大而缩短。工质能明显地影响LHP的稳态传热热阻，工质在外环路的压降是其影响LHP稳态传热热阻的重要因素；工质的气相压降占外环路总压降的绝大部分，小的气相压降对应小的稳态传热热阻，同热负荷下的乙烯LHP气相压降小于乙烷LHP和丙烯LHP，且气相压降均随温度升高而减小，对应的乙烯LHP稳态传热热阻小于乙烷LHP和丙烯LHP，且传热热阻都随温度升高而减小，实验得到的LHP最小稳态传热热阻达到0.21 K/W。  
        关键词：环路热管;乙烯;工质;启动;热阻;压降   
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      • 郭明,张永祥,李宏
        2020, 52(6): 199-205. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900524
        摘要：单晶硅广泛应用于光电系统领域，在激光作用下易于造成热损伤，其性能将发生显著变化。针对高精激光武器和激光精细加工产业的迫切需求，从仿真和实验两方面，研究脉冲串毫秒激光作用单晶硅的热损伤问题，分析激光能量密度、脉冲个数等与热损伤的重要特性参数温度的关系，探索损伤规律和机理。基于热传导方程建立毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤模型，利用有限元、有限差分方法求解脉冲串毫秒激光作用单晶硅的温度场；模型中引入等效比热容的方法处理熔融和汽化后的相变问题，实现了对模型温升的修正。构建毫秒脉冲激光损伤单晶硅的温度测量系统，利用高精度点温仪对脉冲时间内的激光辐照中心点温度进行实时测量。结果表明：脉冲串激光作用单晶硅靶材时，激光辐照中心点及径向、轴向位置具有温度累积效应，径向温升范围远大于轴向；随激光能量密度增加，温度累积效应显著；随着脉冲个数的增加，单晶硅靶材熔融固化时间和从熔点降至常温的时间加长；激光脉冲个数增加90个时，单晶硅热损伤阈值下降到单脉冲损伤阈值的73.8%；当脉冲个数增加后，单晶硅损伤面积增大。实验与仿真研究结果对比可以看出，两方面研究结果的规律基本一致，仿真模型可以合理地描述毫秒脉冲激光损伤单晶硅的过程。  
        关键词：毫秒脉冲;激光;单晶硅;脉冲串;热损伤   
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        化学工程与材料工程

      • 王鹏刚,王缘,郭腾飞,赵铁军,田砾,金祖权,万小梅,王兰芹
        2020, 52(6): 206-214. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900907
        摘要：氯盐侵蚀是影响海洋环境和盐湖、盐渍土地区混凝土结构中钢筋腐蚀最主要的因素。因此，及时、准确掌握钢筋混凝土结构内部氯离子分布状态对于严酷环境条件下钢筋混凝土结构的耐久性评估、防护与修复意义重大。本文采用物理粉压法制备了一种结构致密、性能稳定的可埋入式混凝土用固态Mn/MnO2参比电极。结果表明：加载压力是影响压片法制备Mn/MnO2电极强度、致密度的重要参数。在制备Mn/MnO2电极时，需要控制好加载压力，推荐加载压力为96 MPa。该电极在使用之前必须进行活化，活化后的Mn/MnO2电极响应时间小于60 s，稳定性、重现性和抗极化性能良好。当Mn/MnO2电极在5～65 ℃温度范围内工作时，电极电位与温度线性相关。当Mn/MnO2电极在pH值8.36～13.00范围内工作时，电极电位保持恒定。所以，如果将本文方法制备的Mn/MnO2电极作为氯离子传感器的参比电极埋入混凝土中时，必须同时测试混凝土内部的温度，并作修正。  
        关键词：参比电极;粉压法;性能表征;影响因素   
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        信息工程

      • 蒋俊,张卓君,高明亮,徐立宾,潘金凤,王新越
        2020, 52(6): 215-222. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000101
        摘要：在计算机视觉领域，人群异常行为检测技术可以广泛应用于视频监控、智能视频分析、群体行为识别等领域，因此，受到了学者们的广泛关注。由于视频中人群目标具有尺度变化大、透视形变、标注偏置等特点，人群异常行为检测依然是一个具有挑战性的难题。为此，本文提出了一种基于脉线流卷积神经网络的人群异常行为检测方法（streak flow CNN abnormal behavior detection，SFCNN–ABD）。SFCNN–ABD是一个双域网络，网络结构由两个深度残差网络作为骨干网络，分别为空域网络和时域网络。其中，空域网络的输入是原始视频帧，提取人群行为的表观特征；时域网络利用脉线流提取人群行为的运动特征，脉线流能更准确地识别场景中的空域和时域变化，因此能进一步提升人群异常行为检测的准确性。所提方法是通过卷积神经网络获取显著的人群行为空域特征，并通过脉线流结合卷积神经网络获取人群行为时域特征；最后，将两个网络的输出求取平均值，完成人群异常行为的检测。在UMN和VIF两个公开基准数据集进行了测试，实验结果表明本文方法的检测准确率优于当前主流算法，验证了本文方法的有效性。  
        关键词：人群异常行为检测;脉线流;时空卷积网络;残差网络   
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        发布时间：2024-01-08
      • 张淼,魏国
        2020, 52(6): 223-233. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000394
        摘要：针对多导联腹壁混合信号的胎儿心电信号（FECG）提取方法有很多，建立在统计独立性和非高斯性假设基础上的盲源分离算法是一类普遍被关注的方法。但是，由于混杂在腹部心电信号中的母体心电信号和多种复杂的生物电噪声的影响，以及腹部电极布置的不合理等因素，使得传统的盲源分离算法对FECG的提取结果往往不尽如人意。本文提出了一个基于经验模态分解和准周期成分提取的多通道FECG提取方法EMD–QPCE。首先，对各通道腹壁混合心电信号分别用经验模态分解方法分解为一系列固有模态函数（IMF），消除IMF中母体心电信号的成分，以增强FECG的信息。然后，将各个通道信号相对应的IMF进行组合，用准周期成分提取方法提取FECG的信息。最后，由提取的含有FECG信息的IMF重构出FECG，实现多通道腹壁混合信号中提取FECG的目的。应用本文方法对DaISy数据库、ADFECGDB数据库和Challenge2013数据库中的真实心电信号进行实验，实验结果表明：与传统的独立成分分析、主成分分析和准周期成分提取方法相比，本文方法的成功提取率和提取质量都得到了有效提高；本文方法的FECG提取灵敏度Se为92.31%，阳性预测值PPV为98.77%，准确度指标F1为95.43%，平均胎儿心率误差为0.595%，具有非常好的准确度和精度，充分验证了本文方法的有效性和优越性。  
        关键词：经验模态分解;准周期分量提取;胎儿心电提取   
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        发布时间：2024-01-08

        电气工程

      • 张红涛,韩婧,谭联,刘鹏,张亮
        2020, 52(6): 234-241. DOI: 10.15961/j.jsuese.202000053
        摘要：针对风电输出功率波动大、随机性强等特征引起风功率难以预测的问题，提出了基于模糊C均值聚类（fuzzy C-means，FCM）选取相似日和樽海鞘群算法优化极限学习机（SSA–ELM）的风电场超短期风功率预测模型。首先，采用FCM数据聚类方法，筛选出与预测日相关性较大的历史相似日，将其风速、温度、风向、气压等影响风功率的主要因素组成多输入样本集合；其次，通过训练集在训练过程中确定网络参数，利用樽海鞘群算法在迭代过程中不断优化极限学习机的输入权值矩阵及隐含层偏差值，建立樽海鞘群算法优化极限学习机的超短期风功率预测模型；最后，根据超短期风电并网的相关规定，针对河南省某风电场的实际数据，分别从基于相似日超短期预测、具有代表性的四季预测和滚动误差3方面进行仿真实验，并与传统极限学习机（extreme learning machine，ELM）和BP神经网络模型进行对比分析，结果表明本文提出的模型收敛速度快，预测精度较高。证明了基于FCM和SSA–ELM的超短期风功率预测模型具有良好的追踪性和泛化性。  
        关键词：风功率预测;相似日;樽海鞘群算法;极限学习机   
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        发布时间：2024-01-08
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