2015年10月第5期（总第153期）

(双月刊)

目  次

高桩码头Pushover 分析影响因素研究 ……………………………… 高树飞,贡金鑫,冯云芬(1)

土石坝坝基覆盖层动力特性参数试验研究…………………………………何亮,李国英,杨杰(15)

桶式基础气压模型试验和有限元分析……………………… 贡金鑫,高树飞,陈浩群,沈雪松(21)

浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟

……………………………………………… 魏炳乾,严摇培,庞摇洁,刘摇洋,周双明,李摇强(30)

基于数据驱动的区域水资源智能配置研究…………刘国良,顾正华,赵世凯,尚淑丽,李永强(38)

基于SDSM的疏勒河流域气候变化统计降尺度研究……………………代慧慧,杨汉波,胡庆芳(46)

长龄期外掺氧化镁混凝土自生体积变形分析……………… 陈昌礼,赵振华,李维维,李良川(54)

“达维冶台风作用下连云港海域台风浪数值模拟

………………………………………………齐庆辉,朱志夏,王志国,熊摇伟, 陈允才,庞摇亮(60)

基于多种方法的太湖综合水质评价比较…………………………… 胡雅杰,马摇 静,黄国情(67)

变化水位下温度荷载对大坝工作性态的影响………………… 程中凯,陈勋辉,黄耀英,高俊(75)

象山港岸滩演变和海床冲淤变化分析………………………… 陈尊庚,董文强,倪云林,杨辉(82)

异构多种群粒子群优化算法在水位流量关系拟合中的应用……………………………崔东文(89)

采用拟静力法的新型桶式基础防波堤结构稳定性分析 ……………………………… 杨立功(96)

某船闸驳岸挡墙修护加固方案优化分析 …………………………………… 徐志峰,赵晓明(103)

高掺量钢纤维自密实混凝土梁抗弯性能分析 ……………………………周俊敏,吴禹,薛瑞(109)

HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING

(Bimonthly)

Oct. 2015       No.5 (Total No.153)

 Contents

 Influencing factors of Pushover analysis for open type wharf with standing piles

………………………………………………………GAO Shu-fei, GONG Jin-xin, FENG Yun-fen(1)

Experimental studies on dynamic characteristic parameters of covering layer of earth rockfill dam foundation

…………………………………………………………………HE Liang, LI Guo-ying, YANG Jie(15)

Pneumatic experiment and finite element analysis of bucket foundation model

…………………………………GONG Jin-xin, GAO Shu-fei, CHEN Hao-qun, SHEN Xue-song(21)

Two-dimensionl numerical simulation of riverbed evolution of Taohuatan in the Chan River

……………… WEI Bing-qian, YAN Pei, PANG Jie, LIU Yang, ZHOU Shuang-ming, LI Qiang(30)

Research on intelligent allocation of regional water resources based on data-driven approach

…………………LIU Guo-liang, GU Zheng-hua, ZHAO Shi-kai, SHANG Shu-li, LI Yong-qiang(38)

Prediction of climate change over Shule River basin based on a statistical downscaling method

………………………………………………………DAI Hui-hui, YANG Han-bo, HU Qing-fang(46)

Analysis of autogenic volume deformation of MgO concrete at long age

…………………………………CHEN Chang-li, ZHAO Zhen-hua, LI Wei-wei , LI Liang-chuan(54)

Numerical simulation of storm surge induced by typhoon Dawei in Lianyungang seas

………QI Qing-hui, ZHU Zhi-xia, WANG Zhi-guo, XIONG Wei, CHEN Yun-cai, PANG Liang(60)

Comprehensive evaluation of water quality in Taihu Lake based on various methods

………………………………………………………… HU Ya-jie, MA Jing, HUANG Guo-qing(67)

Impacts of temperature loads on working behavior of arch dam during changing water level

………………………………CHENG Zhong-kai, CHEN Xun-hui, HUANG Yao-ying, GAO Jun(75)

Coastal evolution and scouring-silting variation in seabed of Xiangshan bay

……………………………………CHEN Zun-geng, DONG Wen-qiang, NI Yun-lin, YANG Hui(82)

Application of convergent heterogeneous particle swarm optimization to fitting stage-discharge relation

………………………………………………………………………………………CUI Dong-wen(89)

Stability analysis of new bucket foundation breakwater structure based on quasi-static method

………………………………………………………………………………………YANG Li-gong(96)

Optimization analysis of repair-reinforcement scheme for shiplock revetment retaining wall

XU Zhi-feng

…………………………………………………………………………………ZHAO Xiao-ming(103)

Flexural behavior analysis of self-compacting concrete beam reinforced with high content of steel fiber

……………………………………………………………… ZHOU Jun-min, WU Yu, XUE Rui(109)

高桩码头Pushover分析影响因素研究

高树飞1， 贡金鑫1， 冯云芬2

（1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室， 辽宁 大连 116024； 2. 聊城大学 建筑工程学院， 山东 聊城 252059）

摘要：非线性静力分析方法或Pushover分析方法是近年提出并在高桩码头抗震设计中得到应用的位移计算方法，该方法将Pushover曲线与反应谱相结合对结构位移进行估计。探讨了影响高桩码头Pushover分析结果的因素，对Pushover分析的能力谱法和N2法及能力谱法中采用的不同等效线性化方法、等效阻尼比公式和不同反应谱进行了定性和定量分析，同时通过一个实际工程案例，比较了上述不同情况的目标位移计算结果。研究表明，能力谱法与N2法的计算结果之间存在差异，差异的大小与能力谱法采用的等效阻尼比计算公式有关；能力谱法中，不同等效阻尼比公式和反应谱曲线下降段的形状对高桩码头目标位移的计算结果有较大影响；Pushover曲线双折线化方法对位移计算结果的影响不是很大。

关键词：高桩码头； Pushover分析； 目标位移； 等效阻尼比； 线性化方法; 反应谱

土石坝坝基覆盖层动力特性参数试验研究

何亮1,2， 李国英1， 杨杰1

(1. 南京水利科学研究院 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室， 江苏 南京 210029； 2. 核工业南京工程勘察院， 江苏 南京 211102)

摘要：采用室内动力特性试验和现场剪切波速测试，对某水电站土石坝坝基各土层最大剪切模量进行了分析。其中现场剪切波速测试分别采用了单孔法和跨孔法，共获得4组剪切模量随深度变化的曲线，分析表明，4组曲线的变化规律一致，即随深度的增加，土体越密实，剪切模量总体趋势变大；数据的波动性也反应了土性差异对剪切模量的影响。文中还分土层分析了室内试验中的固结比取值、密度取值以及波速测试中土的不均匀性对波速测试和室内试验结果的影响，认为密度取值、土的不均匀性为主要影响因素，固结比为次要因素，试样制备中的密度取值越接近实际土层，所得到的室内试验值与现场测试值就越接近。

关键词：土石坝； 坝基； 动力特性试验； 剪切波速测试； 剪切模量

桶式基础气压模型试验和有限元分析

贡金鑫1， 高树飞1， 陈浩群2， 沈雪松3

（1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室， 辽宁 大连 116024； 2. 中交第三航务工程勘察设计院， 上海 200032； 3. 连云港市港口管理局， 江苏 连云港 222000）

摘要：桶式基础结构是一种适用于软土地基的新型海工结构。为保证结构的可靠性，已对桶式基础使用期的承载力、稳定性和水动力特性进行了大量试验研究，但施工阶段的性状并未得到足够关注。为此制作了1：8的小比尺模型并进行室内试验，研究设计规定的正压和负压下结构模型的内力、变形和气密性，获取了测点应变-加载时间的关系曲线。采用通用有限元软件ABAQUS对模型进行了弹性有限元分析并与试验结果比较。研究表明，桶式基础模型能承受设计规定的正压力和负压力，模型混凝土和钢筋应变变化规律与加压规律大体相符；弹性有限元分析结果与试验结果基本吻合。

关键词：防波堤； 桶式结构； 模型试验; 气密性； 有限元分析

浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟

魏炳乾1， 严培1， 庞洁1， 刘洋2， 周双明1， 李强1

（1. 西安理工大学 水利水电学院, 陕西 西安 710048； 2. 江西省水利规划设计院， 江西 南昌 330029)

摘要：橡胶坝是一种低水头轻性薄壳柔体挡水建筑物，结构简单、施工方便且造价低廉，修建橡胶坝拦水造湖可形成景观水面，但立坝运行会造成库区床面的泥沙淤积，因此遵循河床演变规律，合理运行橡胶坝，可保持库区长期可利用库容。采用MIKE软件模拟桃花潭库区10年水沙条件下的河床演变，综合考察桃花潭河段水流流场、床面淤积厚度、河床比降以及纵断面形态的变化。结果表明：桃花潭河段的冲淤平衡年限约为7年，平衡后主河道淤积较为严重；冲淤平衡后河床纵断面在展宽段呈向上凸起的河床形态；基于桃花潭河段的几何特性、来水来沙条件和由宽入窄的壅水作用，进入该河段的含沙水流会因河道突然展宽，水流挟沙力与水流动能减小，导致泥沙更易淤积，造成床面抬升和洪水位的抬高。

关键词： 橡胶坝； 数值模拟； 河床演变； 淤积厚度； 河床比降； 平衡年限

基于数据驱动的区域水资源智能配置研究

刘国良1， 顾正华1， 赵世凯1， 尚淑丽1， 李永强2

（1. 浙江大学 建筑工程学院， 浙江 杭州 310058； 2. 嘉兴市水利局， 浙江 嘉兴 314000）

摘要：针对目前存在的水资源短缺、水资源利用不合理、水资源配置理论不完善的问题，研究了一种基于数据驱动的区域水资源智能配置方法，以提高区域水资源利用合理度，为区域水资源规划与管理提供技术支持。首先提出由水资源配置决策模型、水资源配置方案评价模型及配置预案库等构成的水资源智能配置模式，其中，水资源配置方案评价模型由基于层次分析-模糊综合评价法的水资源合理配置评价指标体系构建，用于对水资源配置方案进行评价，它一方面对配置方案进行预检验，另一方面为配置决策模型提供配置预案等经验知识；水资源配置决策模型采用人工神经网络在对配置预案库进行学习的基础上建立，用于提供初始配置方案。应用嘉兴市2010年相关数据对该模式的有效性进行了检验，结果表明，在水资源总量不变的情况下，分别考虑嘉兴市整体协调发展和重点发展兼顾整体的两种用水思路，基于数据驱动的水资源智能配置模式均能给出符合预期目标的水资源分配方案，并且具有自适应、容错性、智能化等特征，从而为区域水资源规划与管理提供有效的支撑工具。

关键词： 水资源配置； 数据驱动模型； 层次分析法； 模糊综合评价法； 人工神经网络

基于SDSM的疏勒河流域气候变化统计降尺度研究

代慧慧1， 杨汉波1， 胡庆芳2

（1. 清华大学 水利水电工程系， 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室， 北京 100084； 2. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京 210029）

摘要：疏勒河流域属于气候变化敏感区和生态脆弱区，开展该流域未来气候变化研究，对于水资源合理利用及生态环境保护具有重要意义。为预估该流域的未来气候变化，采用SDSM（statistical downscaling model）模型，根据6个地面气象站41年（1961—2001年）的观测数据、NCEP数据和HadCM3模式模拟数据开展未来气温和降水降尺度研究。结果表明： SDSM对气温的月值模拟精度较高，各站月平均气温纳什效率系数均在0.98以上；SDSM对降水的月值模拟值较实测值整体偏高，模拟效果最好的托勒站月累计降水的纳什效率系数达到0.6。SDSM能较好地模拟气温的年际变化，模拟的年际变化趋势与实测值相差不大；但SDSM对降水的年际变化模拟较差，一些站点的变化趋势方向相反，趋势模拟最好的站点为托勒站和瓜州站。根据SDSM预估结果，与1961—2001年平均值相比，2020—2039年各站点的平均气温均有所升高，A2情景下升幅为（0.8~1.9）℃，B2情景下升幅为（1~2）℃；降水在A2和B2情景下差别不大，其中托勒站减少约54 mm，马鬃山站增加6 mm。研究发现，除托勒站外，疏勒河流域与预报变量相关性最高的预报因子并不在站点所在网格，而是其东侧网格，其原因有待进一步研究。

关键词： 统计降尺度； SDSM； 平均气温； 降水； 预报因子

长龄期外掺氧化镁混凝土自生体积变形分析

陈昌礼1， 赵振华1， 李维维1， 李良川2

（1. 贵州师范大学 材料与建筑工程学院， 贵州 贵阳 550025； 2. 贵州大学 土木工程学院， 贵州 贵阳 550025）

摘要：为进一步促进外掺MgO混凝土的研究与应用，分析了是否使用湿筛方法筛除粒径大于40 mm粗骨料对龄期长达1 400 d的标准尺寸和非标准尺寸的外掺MgO混凝土自生体积变形的影响。结果表明，在相同MgO掺量下，不管龄期长短，湿筛后混凝土试件的自生体积变形均大于未湿筛的混凝土，且湿筛后非标准尺寸混凝土试件的自生体积变形增量小于标准尺寸试件（标准尺寸试件增大15×10-6左右，非标准尺寸试件增大12×10-6左右）；不管试件尺寸标准与否，湿筛与未湿筛混凝土试件的自生体积变形差值相对稳定，随龄期的波动不大，尤其是3年以上龄期的波动更小。

关键词： MgO混凝土； 自生体积变形； 试件尺寸； 湿筛； 长龄期

“达维”台风作用下连云港海域台风浪数值模拟

齐庆辉1， 朱志夏1， 王志国2， 熊伟1， 陈允才2， 庞亮2

（1. 江苏省交通规划设计研究院股份有限公司， 江苏省水运工程技术研究中心， 江苏 南京 210014； 2. 连云港港30万吨级航道建设指挥部， 江苏 连云港 222042)

摘要：为准确模拟“达维”台风过境期间连云港海域波浪场分布，采用Jelesnianski风场模式模拟的海面10 m风速作为波浪模式MIKE-SW的驱动风场，再现1210号“达维”台风登陆连云港海域波浪变化过程。模拟计算结果表明，Jelesnianski风场模式成功复演了“达维”台风过境期间风动力变化过程，1210号“达维”台风与1209号“苏拉”台风形成明显的双台风效应；“达维”台风风暴潮期间，连云港海洋站最大风暴增水1.78 m，连云港海域风暴增水现象十分明显；利用三重网格嵌套技术，考虑实时风暴潮增水效应的台风浪模型能够较好地模拟连云港近海波浪成长过程，台风过境期间徐圩海洋站处H1/3波高最大值为3.86 m，近岸海域波高等值线分布较为密集，分布趋势与水下地形等深线基本一致，破波带以内水域衰减速度明显加快，与连云港海域属于淤泥质海岸类型的性质相吻合。

关键词： Jelesnianski风场模式; MIKE-SW波浪模型; “达维”台风; 波浪场

基于多种方法的太湖综合水质评价比较

胡雅杰1， 马静1， 黄国情2

（1. 中国水利水电科学研究院， 北京 100038; 2. 南京水利科学研究院, 江苏 南京 210029）

摘要：水污染是太湖主要的水环境问题之一，准确合理地评价太湖水质状况对该地区水环境治理具有至关重要的作用。利用单因子水质标志指数法、综合水质标志指数法、改进的综合水质标志指数法及基于污染物权重的灰色关联分析法对2004—2013年典型断面的水质进行评价，水质单项指标评价表明太湖东部及东南部污染较严重且主要污染物为NH3-N，与该地区水体富营养化现状一致，综合水质评价表明近年来太湖水质呈逐年转好的趋势；对比研究结果表明，综合水质标志指数和改进的综合水质标志指数更接近太湖水质的真实情况，其中改进的综合水质标志指数法考虑了最差污染因子对综合水质的影响，克服了单项指标算术平均带来的误差，能真实反映流域的污染状况，为水环境治理工作提供更可靠的依据。

关键词： 太湖； 水污染； 单因子水质标志指数法； 综合水质标志指数法； 灰色关联分析法

变化水位下温度荷载对大坝工作性态的影响

程中凯1, 陈勋辉2, 黄耀英2, 高俊2

(1. 温州市水利局, 浙江 温州 325000； 2. 三峡大学 水利与环境学院, 湖北 宜昌 443002)

摘要：现有拱坝设计规范的温度荷载假定上游库水位固定在正常蓄水位，而实际上游库水位在运行中是不断变化的。研究表明，固定水位与变化水位条件下的温度荷载存在较大的差异。以西南某拱坝为例，对同一高程处温度年变化采用傅立叶级数展开，开展变化水位下拱坝温度荷载的研究，对比分析了固定水位和变化水位下两种温度荷载及温度荷载作用下应力与变形的差异。结果表明：变化水位下温度荷载同固定水位下温度荷载的差值随深度的增加基本呈先增大后减小的趋势。在其他荷载一定时，固定水位温度荷载作用下的变形值稍大于变化水位温度荷载作用下的变形值，最大应力均要大于变化水位温度荷载作用下的最大应力。

关键词：固定水位； 变化水位； 温度荷载； 应力； 变形

象山港岸滩演变和海床冲淤变化分析

陈尊庚1， 董文强1， 倪云林1， 杨辉2

（1. 浙江海洋学院 海运与港航建筑工程学院， 浙江 舟山 316022； 2. 国家海洋局第二海洋研究所 工程海洋学重点实验室，浙江 杭州 310012）

摘要：基于象山港海域1935年、1962年和2005年3个年份的海图资料，应用GIS技术，计算分析了不同时段象山港的岸线变化、海床平面冲淤变化和滩槽平面变化，结合实测水文泥沙资料，探讨了该区域的冲淤变化趋势。分析结果表明，在1935—2005年间，象山港岸线总体上保持稳定，仅在部分凹湾岸段和岛屿周围由于围海筑堤而向海推进，速率约13.8 m/a，受此影响，潮滩细颗粒泥沙的沉积空间趋于减小，潮滩发育尚不完全；海床平面则经历了由冲转淤的调整过程，并呈现出湾顶附近轻微冲刷、口门附近轻微淤积、口门东侧缓慢淤积的冲淤分布特征。总体而言，象山港岸滩表现为轻微淤积，年均淤积速率0.54 cm/a，可以认为这主要是受人类活动影响所致。

关键词： 象山港； 岸滩演变； 冲淤变化； 滩槽

异构多种群粒子群优化算法在水位流量关系拟合中的应用

崔东文

（云南省文山州水务局， 云南 文山 663000）

摘要：通过8个复杂函数对一种异构多种群粒子群优化算法进行仿真验证，并与传统单种群粒子群优化算法进行对比。针对水位流量关系拟合中相关参数难以确定的不足，利用异构多种群粒子群优化算法优化水位流量关系相关参数，以云南省龙潭站、西洋站水位流量关系拟合为例进行实例研究，并与粒子群优化算法、最小二乘法拟合结果进行对比。结果表明：异构多种群粒子群优化算法收敛精度远远优于粒子群优化算法，具有较好的计算鲁棒性和全局寻优能力。该算法对龙潭站和西洋站水位流量关系拟合的平均相对误差绝对值分别仅为0.27%和0.50%，拟合精度优于粒子群优化算法和最小二乘法。利用异构多种群粒子群优化算法优化水位流量关系可以获得更好的拟合效果。 

关键词： 水位流量关系； 异构多种群粒子群优化算法； 参数优化； 盘龙河； 西洋江

采用拟静力法的新型桶式基础防波堤结构稳定性分析

杨立功1,2

(1. 同济大学 地下建筑与工程系， 上海 200092； 2. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029)

摘要：三维情况下，桶体稳定性是一个复杂的空间结构与土相互作用的问题。结合工程实例，建立了三维新型桶式基础防波堤有限元模型，对其稳定性进行分析。从而，动力作用下桶体结构位移与目前静力计算的结果相差较大，针对这个问题，分析提出等效拟静力法，通过与动力作用后相等的孔压等效成与之对应的静荷载，然后计算桶体位移。该方法的关键是找出桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的关系，同时找出此处土体孔压与动荷载之间的关系，从而建立静荷载与动荷载之间的关系。经数值模拟与试验对比，结果证明所提的等效拟静力法比较合理。在模拟与分析原型桶体基础上，进一步分析了不同尺度及不同荷载作用点高度时，桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的近似直线关系。

〖HT5H〗关键词： 新型桶式基础防波堤； 稳定性； 静荷载； 动荷载； 等效拟静力法

某船闸驳岸挡墙修护加固方案优化分析

徐志峰1， 赵晓明2

（1. 南京水利科学研究院， 江苏 南京 210029； 2. 中国水利电力对外公司， 北京 100120）

摘要：京杭大运河某船闸工程位于山东与江苏交界的苏北地区，是运河上的重点船闸建设工程。由于工程所在地岩土地质勘察资料不完整和船闸驳岸挡土墙结构设计时采用了较低的安全系数，因而在运行期间发生局部滑移变位，使得整个船闸的安全性受到很大影响,必须对原有驳岸挡土墙进行修护加固。主要针对船闸出现的驳岸挡土墙滑移事故，采用理论分析对比和建立数学模型简化计算的方式，进行修护方案的设计与可行性研究，提出阻滑板和加筋土两种方案。从安全性角度对该方案对比分析，最终确定驳岸挡土墙的修护加固方案，为类似工程提供技术参考。

关键词： 驳岸挡土墙； 抗滑移稳定性； 阻滑板； 加筋土； 安全性

高掺量钢纤维自密实混凝土梁抗弯性能分析

周俊敏1， 吴禹1， 薛瑞2

（1. 重庆市计量质量检测研究院， 重庆 401123； 2. 重庆交通大学 土木建筑学院， 重庆 400074）

摘要：通过不断试配，获得体积掺量为3.0%的高掺量钢纤维自密实混凝土的配置方法,并在混凝土力学性能测试中得到相应配合比下混凝土的力学性能指标。利用ANSYS有限元软件，对所设计的试验梁以实测材料参数为依据进行数值模拟。计算结果表明，体积掺量为3.0%的钢纤维钢筋自密实混凝土梁与普通钢筋自密实混凝土梁相比，其开裂荷载、屈服荷载、弯曲韧性及结构刚度得到明显提升。通过对3.0%的高掺钢纤维自密实钢筋混凝土梁与普通钢筋自密实混凝土梁在裂缝宽度随荷载的变化规律及同一截面不同高度处混凝土应变的分布情况的对比分析，发现钢纤维具有良好的阻裂作用，并能有效提高混凝土的极限拉应变。

关键词： 高掺量； 钢纤维自密实混凝土梁； 抗弯性能； ANSYS； 黏结滑移