2024, 21(5):1-12. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230412001
摘要:【目的】明确三峡工程运行后洞庭湖北部枯水期延长和枯水位下降对域内闸泵系统供水效率的不利影响,并评估洞庭湖北部分片补水二期工程建成后闸泵系统供水效率的恢复情况,为提出闸泵系统整改和新建方案,以及优化区域重大水资源配置工程规划提供决策依据。【方法】基于1988—2017年研究区主要水文/水位站的逐日水位数据,采用聚类分析、趋势检验等方法,研究三峡工程运行前后研究区枯水期持续时长及枯水位的变化趋势,对比分析洞庭湖北部分片补水二期工程建成前后各垸的水源结构、供水方式及闸泵供水效率的差异。【结果】在三峡工程运行后,研究区枯水期整体提前并延长1.4~13.7 d,枯水期平均水位下降约0.30~0.42 m;在分片补水二期工程实施后,不同供水水源的供水量将趋于均衡,平水年、枯水年和特枯年闸群的平均供水效率将分别提高2.8%、2.1%和12.9%,泵群的平均供水效率将分别下降74.2%、45.5%和47.3%。【结论】自三峡工程运行以来,研究区枯水期的水文情势发生了显著变化,分片补水二期工程的实施可较好地缓解区域缺水问题,建议后续可撤销该区域内低效闸泵,同时完善蓄水工程和跨垸调水工程。
2024, 21(5):13-31. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231210003
摘要:河湖疏浚淤泥产量巨大、成分复杂。经济高效的疏浚淤泥资源化利用技术对促进疏浚污泥资源化利用具有重要意义。目前,经济有效的资源化利用方法依然缺乏。本文结合前人的研究与工程试验,将淤泥资源化技术分为4类,并系统梳理了4类技术的主要进展及其应用现状。固化处理类尚缺乏具有普适性的固化剂配方及固化剂信息数据库,固化效果受到限制,并且缺乏实际应用参考价值;建材利用类的效率不高,限制了淤泥消纳量,需要探索新的优化技术;土地利用类消纳量大,但对辅助介质材料的要求较高,并且无法保证对重金属等污染物的稳定控制;堆肥处理类降低了对辅助介质的要求,但同样存在二次污染的安全问题,以及对时间和空间的占用问题。本文还进一步归纳了现有技术,从两个角度对疏浚淤泥资源化技术的发展进行了思考。从工程化的角度看,固化处理的化学手段与建材利用的物理方法能够有机结合,同时引入工程技术,可能是未来工程化利用淤泥的主要发展方向;从自然化的角度看,应该统一土地利用与堆肥处理两种类的物质转化机理,为有效资源利用和污染物控制策略的提出奠定基础。总体而言,未来研究需要在优化现有技术的淤泥消纳量和拓展新的资源化路线两个方向进行努力,以更高效和更经济地解决疏浚淤泥的去向问题。
2024, 21(5):32-41. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240322002
摘要:【目的】通过探讨洞庭湖枯水期不同水体的蒸发特征,揭示湖区水文循环规律,为湖区水资源管理提供参考。【方法】采用氢氧同位素示踪方法比较枯水期湖区河流、湖泊和地下水氢氧同位素组成及蒸发特征,并利用水量平衡方程和同位素质量守恒方程初步估算了湖水蒸发量。【结果】河水中湘江氧同位素千分偏差值[δ18O]和氢同位素千分偏差值[δD]平均值最大,松滋河的最小,沅江、资江和澧水的与湘江的差别不大;资水的氘过量参数dexcess平均值最大,松滋河的最小,其他河流的相差较小。河水、湖水、地下水的[δ18O]和[δD]变化范围分别为-10.66‰~-2.84‰和-76.27‰~-21.69‰、-6.59‰~-4.66‰和-40.65‰~-28.56‰、-8.33‰~-4.60‰和-57.12‰~-27.50‰。采用最小二乘法拟合的三类水体的蒸发线分别为[δD]=8.04[δ18O]+10.17,[δD]=5.02[δ18O]-6.58和[δD]=8.08[δ18O]+11.32。经比较认为,湖水蒸发作用最强烈,其次为河水蒸发作用和地下水蒸发作用,河水中蒸发作用强度由大到小依次为松滋河、城陵矶、沅江、湘江、澧水、资水。采用水量平衡法和同位素质量守恒法估算湖水枯水期蒸发量为0.173×108 m3/d,占湖水水量损失的4.1%。【结论】枯水期洞庭湖区不同水体、不同河流氢氧同位素组成和蒸发差异是水汽条件、地形和水文特征的差异所致,由蒸发导致的湖水水量损失较小。
2024, 21(5):42-52. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240311003
摘要:【目的】解决传统单层导电沥青混凝土在磁感应加热融冰时出现的加热不集中、能量利用率低的问题。【方法】在沥青玛蹄脂碎石混合料(stone mastic asphalt,SMA)中掺入铁屑与钢砂两种材料制备马歇尔试件,并将其切片后组合为双层位复合式试件。通过磁感应加热效果试验和融冰效果试验,采用正交分析法,确定磁感应加热效果与融冰效果的关系,分析导电材料的掺量和层位分配对磁感应加热效果的影响。【结果】磁感应加热效果与融冰效果成正相关,也与感应加热层铁屑掺量成正相关。当磁场反射层钢砂掺量大于4%时,磁感应加热效果与钢砂掺量成正相关;当磁场反射层钢砂掺量小于4%时,磁感应加热效果与钢砂掺量成负相关。当磁场反射层厚度大于2 cm时,磁感应加热效果与磁场反射层厚度成正相关;当磁场反射层厚度小于2 cm时,磁感应加热效果与磁场反射层厚度成负相关。三因素对磁感应加热效果的影响程度最大的是感应加热层铁屑掺量,其次是磁场反射层钢砂掺量和厚度分配,两者相等。推荐铁屑掺量为8%、厚度为1 cm的感应加热层和钢砂掺量为2%、厚度为3 cm的磁场反射层组合,其感应加热效果和融冰效果最好,平均每秒融化成的水可达0.250 g。【结论】复合式磁感应加热沥青混凝土在感应磁场下,具有良好的加热效果与融冰效果。本研究成果可为复合式磁感应加热沥青混凝土路面的融冰研究提供一定借鉴。
2024, 21(5):53-64. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231223001
摘要:【目的】研究石墨烯纳米片(GNPs)和SiO2复合改性沥青的流变性能和疲劳特性。【方法】本文以机械球磨法制备GNPs和SiO2复合改性剂为核心,选取不同掺量的球磨GNPs/SiO2复合改性剂,通过多应力蠕变恢复(multiple stress creep recovery, MSCR)试验、温度扫描试验、频率扫描试验和线性振幅扫描试验,分析球磨GNPs/SiO2复合改性沥青的高温流变特性和疲劳特性,揭示球磨GNPs/SiO2复合改性机理。【结果】球磨GNPs/SiO2复合改性剂的加入,可使高应力水平重复荷载作用下的改性沥青抗变形能力得到明显改善。当复合改性剂掺量达到9‰时,球磨GNPs/SiO2复合改性沥青的抗变形能力显著提高。在低应变水平下,球磨GNPs/SiO2复合改性剂的添加有利于提高沥青的抗疲劳性能。【结论】球磨GNPs/SiO2复合改性沥青相较于单一改性沥青在高应力水平重复荷载作用下的抗变形能力和低应变水平下的抗疲劳性能更优。
2024, 21(5):65-74. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220602001
摘要:【目的】研究导电沥青混合料的电学性能,推广导电沥青路面。【方法】将石墨烯、碳纤维和钢渣作为导电相,制备多相复合导电沥青混合料并对其进行通电试验,确定碳纤维和石墨烯的最佳掺量,表征导电沥青混合料在交流电下的伏安特性和电热特性。【结果】对于导电沥青,导电相单丝絮状碳纤维和石墨烯的最佳掺量分别为0.5%和0.8%(质量分数);对于导电沥青混合料,导电相针片状碳纤维的最佳掺量为0.35%(质量分数)。导电沥青混合料中的导电相掺量越高,试件尺寸越大,其伏安特性的线性度越高。导电沥青混合料的电热效应主要由碳纤维产生,试件通电后温度分布不均匀,靠近电极两端升温最快。【结论】多相复合导电沥青混合料具有良好的升温性能。本研究成果可为多相复合导电沥青混合料在电热型融雪路面中的应用提供一定借鉴和参考。
2024, 21(5):75-85. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240607001
摘要:【目的】探讨蜡基温拌剂对沥青微观特性及蜡析出过程的影响。【方法】选择两种常用的商业蜡基温拌剂——Sasobit和Asphaltan作为研究对象,通过红外光谱试验定性分析温拌剂与沥青的混合机理,通过变温偏光显微镜试验定量分析蜡析出过程中蜡晶体的变化规律,从而深入探讨温拌剂在沥青中的作用机理及其对沥青中蜡析出过程的影响。【结果】相比于Sasobit,Asphaltan温拌剂还具有碳氧双键。蜡基温拌剂与沥青之间未发生复杂的化学反应,仅发生物理共溶。随着温度的降低,沥青的析蜡速率逐渐减小并最终趋于稳定。同时,蜡晶体的数量、平均粒径和面积分数均随着温度降低而增大。在晶体生长过程中,蜡晶体相互连接形成网络结构。此外,温拌沥青蜡析出过程受温度和降温速率的影响,较小的降温速率有助于形成更为完整、有序的蜡晶体。【结论】蜡基温拌剂在沥青中主要通过物理共溶作用影响蜡晶体的析出过程。通过优化降温速率,可以显著改善蜡晶体的结构和性能,从而提高温拌沥青的整体性能。
2024, 21(5):86-103,135. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240618001
摘要:盾构法在隧道工程施工中广泛应用,实时获取盾构隧道围岩特性对于保障施工安全、提高施工效率及控制成本至关重要。本文从钻探技术、渣土分析、物探技术三个方面梳理了盾构隧道围岩特性实时获取技术的主要研究进展,归纳了现有技术并对其未来发展方向进行了展望。超前钻探虽能准确获取围岩信息,但受限于盾构设备和施工条件,其实施难度较大;基于掘进参数和渣土分析实时获取围岩特性的方法,准确性尚待验证;物探法则面临信号传输易受干扰、数据解译难度高以及物探设备与盾构设备适配性不足等挑战。为了实现盾构隧道围岩特性的实时获取,建议优化超前钻探设备与布局,结合多传感器数据和机器学习等技术提升掘进参数与渣土分析方法的准确性,同时提高物探设备的便携性和数据解译能力。在实际应用中,应综合考虑上述方法并根据工程的实际情况进行选择。
2024, 21(5):104-112. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221107002
摘要:【目的】改善原始图像信息丢失及图像分辨率下降的问题,提高图像语义分割的精度。【方法】提出融合注意力模块的双结构金字塔场景解析网络模型,并利用该模型对图像进行语义分割。首先,使用MobileNet V2模块提取原始图像的主干特征;其次,将特征图送入金字塔池化模块1中,获取上下文信息;然后,使用注意力模块关注重要特征,并对浅层信息进行综合,得到中间特征图;接着,将中间特征图送入金字塔池化模块2,融合局部和全局信息;最后,利用丰富的浅层和深层信息对原始图像进行分割。【结果】在PASCAL VOC 2007数据集上进行的试验表明,平均像素精度和平均交并比分别达到85.64%和78.12%,比金字塔场景解析网络的分别提高了4.95个百分点和12.31个百分点。【结论】本文模型有效解决了图像分割中信息丢失和分辨率下降问题。
2024, 21(5):113-122. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230103001
摘要:【目的】推进智慧工地建设,加快企业建造方式转型升级。【方法】引入演化博弈论和系统动力学方法,构建智慧工地建设政企参与行为系统动力学(system dynamics,SD)演化博弈模型,在深入探讨政府补贴与企业参与智慧工地建设两者作用机理的基础上,对设定的系统初始策略和外部变量进行仿真分析。【结果】政企双方参与智慧工地建设的博弈行为存在演化稳定均衡,系统最终稳定状态与双方利益主体选择策略的初始比例有关,且政府补贴存在一个阈值。【结论】政企双方的参与意愿相互影响,当政府选择积极的补贴策略时对智慧工地建设的发展具有正向作用,但需合理控制补贴区间以防止出现负面效应。
2024, 21(5):123-135. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220920002
摘要:【目的】研究锚固于混凝土中的化学螺栓抗拔承载力及其对应理论计算方法。【方法】基于四线性黏结-滑移本构模型,考虑化学螺栓与混凝土界面的残余摩擦强度,对螺栓与混凝土间的黏结受力过程进行分析,推导了化学螺栓在受拉状态下的荷载-位移曲线的解析方程,同时设计并进行了化学螺栓的直接拉拔试验,用以检验理论方法的可靠性。【结果】随着化学螺栓锚固深度增加,锚固体破坏模式逐渐从复杂破坏(混合破坏)转变为螺栓被拉断的单一破坏。与当前常用的三线性黏结-滑移模型计算结果和试验值的标准误差相比,基于四线性黏结-滑移模型计算结果与试验值的标准误差更小,说明本文的理论公式可以更准确地反映在拉拔荷载作用下的螺栓荷载-位移的变化趋势。【结论】研究结论可为采用化学螺栓锚固的构件拉拔受力分析提供对应的理论参考。
2024, 21(5):136-145,155. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231120004
摘要:【目的】砌体结构震害裂缝严重影响结构安全。在震后应急响应阶段,对结构各部位进行裂缝检测是结构安全鉴定的重要依据。为提高检测效率,提出一种改进的多目标语义分割算法,即双重注意力U-Net(dual attention U-Net,DA U-Net)。【方法】首先,为支持模型的训练,创建一个手工标记的数据集,并采用数据增强策略保证网络学习到更多的裂缝细节特征;其次,使用VGG16 (visual geometry group 16-layer)网络替换U-Net主干特征提取网络,并且在跳层连接处嵌入卷积块状注意力模块和非局部注意力机制,有利于改善裂缝边缘分割不完整和全局特征信息利用不充分的问题,以及有效利用浅层特征信息来加强特征表示;最后,用亚像素卷积取代原上采样操作,补充低分辨率像素缺失的语义信息。【结果】改进DA U-Net网络在分类准确率和分割精度上均达到最佳表现。精度评价指标F1分数(F1 score)指标[EF1]、平均像素精度(mean pixel accuracy,MPA)指标[EMPA]和平均交并比(mean intersection over union,MIOU)指标[EMIOU]达到84.66%、91.57%和81.50%,相比U-Net网络的分割精度均提高5.00%以上。选择合适的主干网络能更好地捕捉和表征数据的复杂特征,同时对全局空间位置信息关注度也更高。【结论】改进算法可显著提升对裂缝识别和定位的准确性,以及对裂缝的整体形态、走向和交融情况的分割完整性,增强多组合裂缝分割精度,为震后砌体结构房屋安全鉴定提供一种有效的检测方法。
2024, 21(5):146-155. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221012001
摘要:【目的】随着城市化进程不断加快,城市交通拥挤、环境污染、用地紧张等问题日趋严重。城市交通拥挤的主要原因之一在于交通供给与土地利用之间的不协调。地铁站点周边交通与土地利用的协调性分析有利于促进城市交通建设的可持续发展。【方法】本文基于节点-场所模型(Node-Place Model,N-P Model),考虑使用节点价值与场所价值的比值对传统模型进行优化,同时通过运用地理信息系统(geographic information system,GIS),选取站点场所功能和节点功能多个评价指标,并结合熵权-TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)评价法构建站点协调度评价体系,最后获得站点排名情况、轨道交通站点周边交通与土地利用的协调水平。【结果】本文对长沙市轨道交通二号线部分站点进行协调性分析。其结果表明,优化后的模型与传统的模型存在差异,且大部分站点地区协同程度较高,但协调性存在差异。本文对协调性差的站点提出了相应的优化策略。【结论】轨道交通站点区域交通与土地利用的协调性分析能为城市轨道交通发展提供理论参考,有利于城市交通可持续发展。
2024, 21(5):156-164. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221215001
摘要:【目的】探究考虑残疾乘客优先的多车场定制公交路径优化问题,为定制公交路径决策提供理论依据。【方法】构建以车辆行驶时间成本、车辆固定派遣成本、残疾乘客等待时间成本之和最小为目标,包含多起终点、多停车场、多车型、多乘客类型、残疾乘客上下车优先等诸多要素的定制公交路径优化模型。改进Benders分解算法,并采用多平面割约束策略及引入松弛变量的方式提高算法求解效率,最后通过案例对模型和算法进行分析和验证。【结果】与未考虑残疾乘客优先相比,在考虑残疾乘客优先的情况下,残疾乘客的等车时间和乘车时间分别减少了30.6%和1.3%;与传统分支定界算法相比,改进的Benders分解算法在获得满意解的同时,运算时间缩短了20.6%。【结论】本文提出的模型有效减少了残疾乘客等车时间和乘车时间,改进的Benders分解算法同样有效。本研究对解决残疾人出行问题具有重要的现实意义。