水力发电学报
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2021年 40卷 2期
刊出日期：2021-02-25
1
特约论文：近期长江中游枯水河槽调整及其对航运的影响
Hot!
夏军强, 刘鑫, 姚记卓, 周美蓉, 邓珊珊
DOI: 10.11660/slfdxb.20210201
三峡工程运用后，长江中游河段持续冲刷，枯水河槽形态调整显著，对航运条件产生了较大的影响。本文首先采用枯水河槽形态参数计算方法，确定了长江中游各固定断面的枯水河槽形态参数；然后采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的河段平均方法，计算了2003—2016年长江中游4个子河段的平均枯水河槽形态参数。计算结果表明长江中游枯水河槽宽深比总体呈减小趋势，河床趋于窄深，对航运条件有利。此外还建立了各子河段枯水河槽形态参数与前期多年平均水沙条件之间的经验关系：当滞后响应年数n = 5时，经验关系在宜枝及荆江河段的决定系数达到最大；而当n = 7时，经验关系在城汉及汉湖河段的决定系数达到最大。总体而言，各河段枯水河槽形态参数调整（除河宽外）均可对进口水沙条件的改变做出较好的响应，且越靠近三峡大坝，响应程度越高。
2021 Vol. 40 (2): 1-11 [
摘要
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12
资料缺乏地区水系连通工程效益评价方法研究
朱诗洁, 毛劲乔, 戴会超
DOI: 10.11660/slfdxb.20210202
在资料缺乏地区，常规的指标体系法难以用于水系连通工程的效益评价，是生态水利工程管理中的难题。本文借助易于获取的卫星遥感数据与常规水质监测数据，提取并融合水系连通度、景观脆弱度、水质污染度三个特征指标，建立了适用于资料缺乏地区水系连通工程的综合效益指数（CEI），进而运用德尔菲法确定指标权重，采用模糊综合评价法定量评价了鄱阳湖典型滨湖城市共青城市2018、2019年河湖水系连通工程的综合效益。结果表明：2018和2019年共青城市水系连通工程CEI分别为2.014和1.906，水系连通度和景观脆弱度无显著改变，水质污染度为主要压力因子。CEI评价方法不仅能够在统计资料缺乏的情况下对水系连通工程效益进行定量评价，而且能阐明各指标结果的时空特性，为水系连通工程建设提供参考。
2021 Vol. 40 (2): 12-19 [
摘要
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20
悬移质挟沙能力水槽实验方法探讨
袁强, 张曼, 周建军
DOI: 10.11660/slfdxb.20210203
水流挟沙能力是研究悬移质泥沙输移的核心问题之一。对不均匀泥沙，由于细颗粒调整的滞后性，传统循环水槽实验较难获取悬移质与河床泥沙相对应的输沙平衡条件，需要大量精度不高的浓度测量和无法避免细沙在系统中循环影响实验精度。本文通过改进水槽进口加沙和增加出口过滤系统，并采用不平衡淤积方式逼近平衡输沙进行实验和研究挟沙。实验得到从淤积趋近平衡的水沙条件，将实验结果与传统实验测量结果及挟沙能力公式计算结果进行比较，结果初步表明：（1）改进系统能更准确控制进口加沙和得到近似平衡的悬移质泥沙浓度、提高悬移质输沙实验的可靠性；（2）解决了传统水槽实验难以获得平衡泥沙浓度的问题，并避免了频繁而且不准确的浓度测量；（3）初步显示传统实验测量泥沙浓度可能较大地偏大于真实挟沙能力。
2021 Vol. 40 (2): 20-30 [
摘要
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31
汛期水位波动对香溪河库湾热分层特性及水质的影响
赵星星, 纪道斌, 龙良红, 黄亚男, 成再强
DOI: 10.11660/slfdxb.20210204
本文以三峡水库典型支流——香溪河为研究对象，研究汛期水位波动对热分层特性及其对水质的影响。于2019年6月5日—8月30日对香溪河中游进行定点气象、垂向水温及水质监测，并同步获取香溪河上游及干流水文数据。结果表明：香溪河热分层时期日循环特征显著，垂向水温差异明显，混合层深度在0 ~ 19.37 m之间变化，水位与混合层深度呈显著负相关关系（P = -0.468**）。底层水温增长缓慢，且受上游低温来流影响显著。垂向对流作用及异重流侵入改变水层掺混强度，水体不存在稳定的温跃层，溶解氧饱和度在69% ~ 175%之间，垂向溶解氧差异明显，且与垂向叶绿素a浓度显著相关，表明浮游植物是影响溶解氧垂向差异的原因；水位波动过程对混合层深度的影响关键取决于是否改变倒灌异重流潜入方式，中上层倒灌有利于表层水温分层加剧，进而有利于水华爆发；利用水位波动（水库调度）抑制支流水华取决于水位波动过程是否能改变库湾水环流模式并有效增大混合层深度。本研究为有效利用水位波动（水库调度）改善三峡水库支流水质提供了新的认识。
2021 Vol. 40 (2): 31-41 [
摘要
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42
考虑不同压咸等级的西江水库群多目标调度
白涛, 刘夏, 张明, 黄强
DOI: 10.11660/slfdxb.20210205
咸潮入侵一直是影响西江流域供水安全的重要因素，合理的水库调度成为压咸补淡的关键措施。考虑水库群发电效益和下游梧州断面压咸任务，建立以梯级总发电量最大和压咸流量下限最大为目标的实时优化调度模型进行研究。结果表明：流域主要通过抬高岩滩水位、增加岩滩压咸风险的方式来提高发电量，其余水库负责消减岩滩增高的风险，保证压咸流量；流域90%来水频率下，损失0.06%的梯级发电量，可将调度期内梧州断面的压咸流量提高到3163 m3/s；流域95%来水频率下，在将压咸保证程度提高至3天的同时，发电量能够增加33万kW·h。研究成果揭示了压咸风险在水库间的传递规律，对于保障珠三角及大湾区的供水安全具有重要的实际意义和应用价值。
2021 Vol. 40 (2): 42-52 [
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53
大规模水电站群月度跨省外送能力分析
程雄, 唐应玲, 刘冀, 钟浩, 李文武, 吴亚良
DOI: 10.11660/slfdxb.20210206
水电跨省外送能力与送端水电装机规模、调节性能、天然来水、输电通道容量等复杂因素相关。针对此问题，本文提出大规模水电站群跨省外送能力分析模型。该模型首先利用流域丰枯评价方法得到不同月份丰平枯来水过程；其次利用发电量最大模型评估不同来水频率下水电系统月度最大发电能力；然后对全网进行电力电量平衡分析，若系统每日发电量扣除省内和送国外负荷后剩余电量大于跨省直流输电通道总容量，则表明当前输电通道不能够满足跨省外送需求，需要新增更多的输电通道以避免弃水。云南电网实例结果表明，提出的方法能够定量分析不同来水情况下大规模水电站群跨省外送能力及潜力，对提升清洁能源消纳能力及新增输电通道规划建设具有重要理论与现实意义。
2021 Vol. 40 (2): 53-63 [
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64
促进清洁能源消纳的多网联合优化与决策模型
纪昌明, 赵亚威, 张验科
DOI: 10.11660/slfdxb.20210207
针对我国西南地区，弃电量大、清洁能源消纳受阻的问题，考虑清洁能源外送消纳的方式，本文以互联电网各自运行成本最小为目标，建立了多网联合多目标优化模型。基于小生境多目标粒子群算法对模型进行求解，应用基于熵权法的逼近理想解排序法进行最佳均衡解决策。以云南送广东、广西的“一个送端+两个受端”系统为例进行实例分析，结果表明：小生境多目标粒子群算法求解得到了均匀分布的近似Pareto前沿；基于熵权法的逼近理想解排序法决策得到的最佳均衡解显示，送端电网清洁能源消纳率达到100%，外送通道日利用小时数最大，表明多网联合优化计算能够大大提高清洁能源的消纳能力和外送通道的利用程度。
2021 Vol. 40 (2): 64-76 [
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77
基于Copula函数的北京市设计降雨研究
左斌斌, 徐宗学, 叶陈雷, 任梅芳, 陈浩
DOI: 10.11660/slfdxb.20210208
准确描述不同重现期下的设计降雨，能够为水利工程规划设计和防洪减灾提供重要的科学依据。本文以北京市2005—2018年20个站点逐小时的降水数据为基础，采用超定量法提取各分区不同场次强降雨的降雨历时和降雨量，构建了各个分区降雨历时和降雨量的二元分布，并计算了各个分区在不同重现期下的设计雨量。结果表明：北京市城区的强降雨事件明显多于山区，且降雨历时以服从广义极值（GEV）分布和对数正态分布为主，而降雨量则均服从GEV分布；在大多数分区通过Gumbel Copula函数可以更好地表征降雨历时和降雨量二者的联合分布，而在少部分分区运用Frank Copula函数来表征更佳；运用二元Copula函数可以较好地推求不同重现期下的设计雨量。
2021 Vol. 40 (2): 77-88 [
摘要
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89
水库容积特性曲线定线及其在调度中的应用
贾本军, 周建中, 陈潇, 田梦琦, 张勇传
DOI: 10.11660/slfdxb.20210209
发电调度模型中水库容积特性的离散化表征导致调度模型数学解析变得困难和模型求解效率低，而已有研究对水库容积特性的函数化表征缺乏统一性，有必要开展水库容积特性曲线定线研究。本文基于水库水位-库容实测离散数据点，通过线性和非线性最小二乘拟合获取不同线型的水库容积特性曲线，并对不同线型容积特性曲线的拟合优度及工程应用效果进行综合评价。长江流域23座水库的实例研究表明，幂函数型容积特性曲线在描述水库容积特性方面具有广泛适用性和良好可靠性，可作为表征水库容积特性的一种通用性线型。研究可在促进各类发电调度模型解析优化求解方法的内在统一性以及提升模型求解效率方面发挥效用。
2021 Vol. 40 (2): 89-99 [
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100
基于可变核的月径流改进非参数解集模型研究
吴昊昊, 宋松柏
DOI: 10.11660/slfdxb.20210210
径流序列模拟可为水资源系统规划和管理提供可靠依据。现行非参数解集模型模拟存在难以保持首尾自相关结构一致性，可能会产生大量负径流值的边界问题等不足。本文应用核密度估计理论，综合考虑年径流量和前期一阶月径流量与模拟月径流量的关系，采用可变核带宽方法减小边界影响，构建了月径流改进非参数解集模型，并将该模型与传统相关解集模型进行对比验证，应用于黄河流域兰州站1932—2010年天然月径流资料。结果表明：改进模型能较好地保持原径流序列的概率分布和统计参数，克服了首尾自相关结构不一致性问题，避免了大量负径流值的产生，用于月径流随机模拟是可行的。
2021 Vol. 40 (2): 100-110 [
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111
基于高分卫星数据多时相重建的水体信息提取
白亮亮, 曾超, 盖长松, 黄琦, 龙笛
DOI: 10.11660/slfdxb.20210211
基于我国高分一号卫星WFV数据，利用其较高的时空分辨率特性，建立库区高分影像时间序列与水体“检测?重建?提取”的流程框架，以提高面向三峡库区的水体分布及面积变化的动态监测能力。研究结果表明：基于多特征联合的面向对象的云检测总体精度高达96.8%，且云阴影的生产者与用户精度均高于76%。多时相重建算法可以对云覆盖区域进行有效的填补，且重建后的影像可反映出完整的空间变化和差异性。从2013—2017年的水体面积提取结果可知，三峡库区水体面积并未出现明显增大或减小的趋势，多年平均水体面积为540.6 km2。研究结果为三峡库区综合治理提供了数据和技术支撑，提高了高分卫星数据在三峡库区水体面积提取中的应用价值和能力。
2021 Vol. 40 (2): 111-120 [
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121
基于Landsat卫星遥感资料的河流水温反演研究
石希, 孙健, 史立地
DOI: 10.11660/slfdxb.20210212
River surface temperature (RST) is a crucial factor of river environment and ecology. Currently, methods to retrieve the surface temperature of large waterbodies in oceans and shallow lakes are relatively mature, but RST estimation lacks widely accepted approaches since its accuracy depends on the boundary effect of river banks and the stochastic factors of river channels. This study converts Landsat thermal infrared images to RST data using the radiation transfer model for two study areas, Cuntan and Miaohe in the Three Gorges reservoir region, and eliminates the boundary effect of the data through an enhancing water body retrieval method. We adopt three data windows of different types for RST data extraction and compare them with in-situ measurements. Results show that the removal of the boundary effect reduces the errors in RST by 0.2 ℃; and that compared with the single raster selection, the square data window selection method reduces the errors by 0.1 ℃. The RMSEs for the two study areas are comparable, and Landsat-5 that is more accurate than Landsat-7 has errors in the range of 0.87 - 0.91 ℃. This study helps RST analysis in river engineering and promotes application of Landsat thermal infrared images.
2021 Vol. 40 (2): 121-130 [
摘要
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131
透平式能量回收一体机水力特性数值分析
刘子实, 肖业祥, 汪程鹏, 朱逸林, 刘思晗, 崔永康, 尹禧龙
DOI: 10.11660/slfdxb.20210213
反渗透式海水淡化是目前工业化应用规模最大的海水淡化技术。反渗透式海水淡化装置工作时，反渗透膜的工作压力约为6 MPa，淡化过程持续供给高压原海水所需的能耗较大；淡化后的浓海水仍维持高压状态，蕴含大量余压能，透平式能量回收一体机将此余压能驱动泵侧加压供水侧，可大幅降低反渗透海水淡化装置的运行能耗。本文以三沙岛海淡装置中运行的一体机为研究对象，建立透平侧和泵侧整体流道的三维模型，采用SST湍流模型对透平侧和泵侧在不同运行工况下的流动特性进行三维定常数值计算，分析了透平式能量回收一体机透平和泵侧的水力性能及流动特性。数值计算结果表明，一体机的整体能量转换效率与实测结果较为吻合。透平侧和泵侧的水力效率在最优工况点都有较大提升空间，相对而言，透平侧的高效率运行区较宽；在偏工况下，透平侧和泵侧的水力效率都会相应降低，内部流动状态复杂。
2021 Vol. 40 (2): 131-140 [
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141
白莲河抽水蓄能电站机组功率振荡分析
夏自平, 晏文杰, 杨桀彬, 程永光, 黄高鹏, 杨建东
DOI: 10.11660/slfdxb.20210214
针对白莲河抽水蓄能电站在低水头大开度下发电运行时发生的机组功率振荡现象，本文旨在探究其产生原因并分析功率振荡与系统相关参数之间的关系。首先构建了包括尾水管空腔涡的机组一维时域分析模型；其次采用特征线法对该现象进行了数值模拟及与实测结果对比分析，最后对空腔涡参数、调速器参数、导叶最快启闭速率、调节模式与机组功率振荡之间的关联进行了敏感性分析。结果表明，功率振荡是由空腔涡引起的；调速器参数和导叶最快启闭速率对空腔涡作用下的功率振荡几乎没有影响，功率振荡主要取决于空腔涡空化柔性系数和质量流量增益。这为抽水蓄能电站安全运行提供了相关的理论依据。
2021 Vol. 40 (2): 141-148 [
摘要
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149
弱爬振现象对平板闸门振动的影响研究
刘昉, 吴敏睿, 李文胜, 盛传明, 徐国宾
DOI: 10.11660/slfdxb.20210215
本文基于巴塘水电站几何比尺为1：25的闸门水弹性模型，为研究闸门在动水闭门过程中可能出现的弱爬振现象，改变其上游水位使闸门产生微弱爬振，分析平面闸门下落过程中发生爬振前后门体不同部位局部应力、整体加速度和位移的变化，研究闸门微弱爬行振动特性。研究结果表明：（1）弱爬振不改变闸门原有的整体振动类型；弱爬振时闸门垂向振动加速度能量增加了2.6倍。（2）闸门垂向振动位移在弱爬振时约为无爬振的11倍，其均方差幅值已超出标准，属于严重振动，可能会对闸门及其连接结构产生不利影响。（3）弱爬振情况下，受影响最大的是吊耳正下方测点15#，闸门在高水头运行时有可能发生吊耳撕裂；应力主频增大约10倍，门体在微弱爬振的影响下，闸门局部受迫振动转变为周期性振动。因此，应该对闸门主纵梁上侧及吊耳等受爬振影响较大的部位进行加固强化，避免发生破坏。
2021 Vol. 40 (2): 149-157 [
摘要
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158
混流式水电机组开机方式优化研究
吴双杰, 亓劼, 安学利, 潘罗平, 郭曦龙, 张建明
DOI: 10.11660/slfdxb.20210216
通过对大型混流式水电机组分别采用导叶大加速开环启动、导叶小加速开环启动、机组加速度控制闭环启动和开环+闭环启动等4种开机方式时，机组运行稳定性试验研究，全面分析比较了机组在不同开机方式时的机组稳定性。结果表明，综合考虑开机时长和机组稳定性等因素，机组的最佳开机方式为导叶小加速开环启动。该研究成果为混流式水轮机开机方式的选取和优化提供了依据。
2021 Vol. 40 (2): 158-166 [
摘要
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167
湿度和密度变化下伊犁黄土的压缩和湿陷特性
牛丽思, 张爱军, 王毓国, 任文渊, 张婉
DOI: 10.11660/slfdxb.20210217
为揭示西风区伊犁黄土的变形特性，利用YS-I高压固结仪，开展了不同干密度和含水率下的双线法湿陷试验，探究了伊犁黄土的压缩特性和湿陷特性。研究结果表明：含水率越大、干密度越小，压缩屈服应力越小，压缩系数a1-2越大，δs-p曲线的软化性越强；湿陷系数与含水率、干密度均近似呈线性负相关；当干密度大于1.6 g/cm3时，伊犁黄土的湿陷性基本消失；可采用e/e0-lg(p/pc)的指数关系表征不同含水率下的归一化压缩曲线，并提出了考虑干密度影响的表达式；针对典型的湿陷曲线提出了一个能较好反映湿陷变形曲线软化特征的4参数模型，并给出了考虑干密度和含水率的模型公式，为中亚西风区黄土地区的工程建设提供借鉴。
2021 Vol. 40 (2): 167-176 [
摘要
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177
基于水平相关距离的土层厚度区域评价方法研究
段贵娟, 李飒, 孙立强, 刘小龙, 陈文炜
DOI: 10.11660/slfdxb.20210218
近年来随着海上大型工程建设项目逐渐增多，建设场地的区域工程地质条件分析越来越得到重视。本文以南海海域的侧扫声呐数据为基础，采用递推空间改进法和相关函数法进行水平相关距离的计算，以计算所得的水平相关距离为基础选择数据，采用普通克里金方法对土层厚度进行插值，得到土层厚度分布图。结果表明：利用侧扫声呐数据对土层厚度进行空间自相关性和变异性分析是可行的；采用递推空间改进法计算所得水平相关距离值更加平稳且计算较简便，计算表明研究海域土层厚度的水平相关距离在400 ~ 600 m范围内；依据水平相关距离确定测线间距选择插值数据，基于普通克里金方法对土层厚度进行插值可获得一定精度的区域土层厚度分布；误差主要出现在相关距离值较小的位置，表明此周围土性变化较为明显，后续可根据工程需要在这些位置加密测线、适当增加钻孔数量。
2021 Vol. 40 (2): 177-186 [
摘要
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187
土石混合料固结流变试验研究
张延亿, 邓刚, 温彦锋, 王俊鹏, 万其微, 王晓慧
DOI: 10.11660/slfdxb.20210219
堰塞坝料大多为土石混合料且具有级配分布范围较宽的特点，其流变变形将影响堰塞坝的长期运行安全。本文选择典型的反映宽级配特征的三组试验材料，采用大型固结仪开展固结流变试验。根据试验结果，分析了竖向应力对流变应变的影响规律，发现流变应变随竖向应力的增大呈对数趋势增大，且在高应力范围内应力增大时流变变形增量更为显著；探讨了级配特征对流变变形的影响，认为级配良好且不均匀系数较大的材料，流变量值相对较小，而对于级配特征值均较小且细颗粒含量较高的材料，流变量值更为显著；基于流变试验时程规律，建立了四参数双曲线型的固结流变模型。模型结果较为准确，能较好地反映宽级配粗粒料固结流变特征。
2021 Vol. 40 (2): 187-194 [
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195
沥青混凝土心墙摊铺厚度及平整性实时控制研究
刘东海, 张翼飞, 刘强
DOI: 10.11660/slfdxb.20210220
针对沥青混凝土心墙摊铺质量控制的要求，本文研制了基于GNSS和高精度超声波测距的摊铺厚度实时检测与定位装置，提出了摊铺厚度和平整度实时计算方法，开发了相应的实时监控系统，实现了心墙摊铺厚度和平整度的动态监测与精准定位，可沿心墙纵断面自动显示摊铺厚度和平整度；当摊铺质量不合格时发出报警，以提醒施工管理人员及时纠偏。实例应用表明，心墙摊铺厚度和平整度误差都很小，能满足工程要求的控制精度；开发的系统可实时远程同步监控心墙摊铺过程，从而能够为沥青混凝土心墙摊铺质量的精细管控提供有效的技术手段。
2021 Vol. 40 (2): 195-203 [
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204
颗粒破碎对碎屑流运移和堆积的影响机制研究
申智好, 郭宇泰, 江汇, 周元德
DOI: 10.11660/slfdxb.20210221
高速碎屑流滑坡普遍呈现大变形、大位移和碎屑化等特征。本文基于颗粒离散元数值分析方法，通过调控滑体组成颗粒的级配分布实现对岩块碎屑化效应的表征。以一斜坡下接平地场址为例，仿真模拟不同的碎屑化因子对无黏性颗粒料滑体的运移和堆积响应的影响。计算结果表明，考虑不同初始碎屑化程度后的碎屑流运移距离存在显著的差异，滑体堆积形态均呈现出反粒序结构，并在一定程度上维持原有的层序。通过分析碎屑流中的颗粒速度分布特征，提出“二元结构”运移模型，模拟结果符合典型碎屑流滑坡现场及室内模型试验的响应特征。本文为辨识岩块破碎效应对碎屑流滑坡的运移规律及相关灾害防治提供了参考。
2021 Vol. 40 (2): 204-213 [
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214
自然潮差环境粉煤灰混凝土渗透性能的相关性
高延红, 邵鑫杰, 章玉容, 方润华, 张俊芝
DOI: 10.11660/slfdxb.20210222
基于自然潮差环境下粉煤灰混凝土840 d的暴露试验，本文测试并计算得到了粉煤灰掺量分别为水泥质量的0%、20%、30%、40%和50%的混凝土的水渗透系数、气体渗透系数和氯离子扩散系数；同时，计算得到了试验混凝土的水渗透系数、气体渗透系数及氯离子即时扩散系数的时间衰减系数。之后，采用灰色关联分析法分析三种渗透性之间相关性。结果表明，混凝土的氯离子扩散系数、水和气体渗透系数总体上均随着暴露时间的延长和粉煤灰掺量的增大而减小；幂函数形式的时变模型适用于描述混凝土的水、气渗透系数的时变性，水渗透系数、气体渗透系数及氯离子即时扩散系数这三种渗透系数的时间衰减系数也均随着粉煤灰掺量的增加而增加；三种渗透性之间存在一定相关性且相关性随粉煤灰掺量的增加而提高。
2021 Vol. 40 (2): 214-222 [
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223
单向受拉状态下钢纤维混凝土的二次峰值强度
霍琳颖, 毕继红, 王照耀, 赵云
DOI: 10.11660/slfdxb.20210223
不同于普通混凝土在单向受拉实验中的仅有唯一峰值强度，在大量钢纤维混凝土拉伸实验的应力应变曲线中均出现了两次峰值强度现象。本文采用黏结滑移模型考虑纤维在混凝土开裂面上的桥接作用，确定了钢纤维轴向应力与裂缝宽度之间的关系。钢纤维混凝土开裂后，将基体的软化模量与纤维增强作用的切线模量之和，作为判断第二峰值的依据。该值始终为非负时，钢纤维混凝土的应力-应变曲线具有唯一峰值强度；否则，应力-应变曲线中将具有二次峰值强度，并提出了钢纤维混凝土峰值强度的三种可能情况。建立了有限元模型以模拟钢纤维混凝土的拉伸试验，进一步研究了钢纤维掺量、长径比对混凝土开裂后力学性能的影响。并提出了钢纤维混凝土的抗拉强度的计算公式，可以有效地预测钢纤维混凝土的抗拉强度。
2021 Vol. 40 (2): 223-233 [
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水工混凝土裂缝像素级形态分割与特征量化方法
任秋兵, 李明超, 沈扬, 张野, 白硕
DOI: 10.11660/slfdxb.20210224
混凝土开裂问题在水工建筑物主体结构中普遍存在，裂缝检测一直是水工混凝土结构安全鉴定的重要内容。数字图像处理技术因具有效率高、成本低等优势而被广泛应用于结构表面裂缝检测中，形态分割与特征量化是其核心任务。针对传统图像处理人工干预较多、泛化能力较弱等不足，本文提出了一种基于深度卷积神经网络的水工混凝土裂缝像素级形态分割与特征量化方法。该方法以U-net语义分割模型架构为基础，融合迁移学习技术，采用VGG16预训练网络强化编码器，提取多尺度高级语义信息，并通过改进交叉熵损失函数缓解样本类别不均衡问题，从而实现裂缝形态的精准分割。随后根据二值化分割掩膜，集成计算机视觉技术，给出了一整套定量计算裂缝面积、长度和宽度等几何特征参数的算法。以自制水工混凝土裂缝图像数据集为案例，通过仿真对比实验对所提方法的有效性和优越性进行了验证评估。结果表明，所设计深层网络的裂缝分割效果明显优于经典图像分割方法，且裂缝特征参数计算结果满足检测精度要求，以期为水工混凝土结构质量控制提供新的技术手段。
2021 Vol. 40 (2): 234-246 [
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