2020年, 第60卷, 第7期　
刊出日期：2020-07-15

  

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专题：大型水电站岩石力学与工程
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  金沙江下游大型水电站岩石力学与工程综述

  樊启祥, 林鹏, 蒋树, 魏鹏程, 李果

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 537-556. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.011

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  中国西南地区金沙江下游已建和在建的4座梯级水电站工程规模巨大，地质环境复杂，构造活动强烈，面临诸多岩石力学与工程建设难题。该文结合4座电站建设中的成功经验，对枢纽工程布置、坝基勘察分析及处理、巨型地下洞室群关键岩石力学问题及开挖支护、高边坡稳定以及精细爆破技术等方面进行总结，对建设过程中遇到的问题和处理方法形成的关键技术进行了论述。4座水电工程的坝基、地厂开挖等关键单元顺利建设得益于"认识岩体、利用岩体、保护岩体、监测反馈"的岩石力学与工程的指导思想及严格贯彻实施"开挖一层，分析一层，验收一层，预测一层"的程序，成功经验对类似的大型岩石工程建设具有借鉴意义。
  
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  白鹤滩特高拱坝坝基灌浆时机与抬动控制

  魏鹏程, 林鹏, 汪志林, 王克祥, 黄纪村

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 557-565. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.046

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  开展坝基灌浆时机与抬动控制研究，对防止大坝开裂，保证高坝长期稳定具有重要意义。通过理论、数值模拟和现场监测反馈分析，针对复杂地质条件，提出了分区等效灌浆压力向量及模型，通过控制拱坝的抬动及拉应力，该模型可以较好地控制灌浆压力并选择合适的灌浆时机。结合施工现场监测数据，建立了灌浆压力的反演分析优化函数，通过调整分区等效灌浆压力模型参数，得到最优分区等效灌浆压力向量。白鹤滩工程坝基应用表明：该方法能够较为准确地判断灌浆抬动情况并预测灌浆时机。研究结果对同类工程灌浆时机的选择与抬动变形控制具有借鉴意义。
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  水电工程边坡施工全过程信息模型研究与应用

  谭尧升, 陈文夫, 郭增光, 林恩德, 林鹏, 周孟夏, 李俊平

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 566-574. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.004

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  针对水电工程边坡施工期信息管理及可视化分析存在工程模型及信息动态属性描述片面、信息表达不全面等问题，该文将现代信息技术与工程建设深度融合，以感知、分析、控制的智能建造理论为基础，借鉴建筑信息模型（building information modeling，BIM），提出水电工程边坡施工全过程信息模型的建立方法和实现过程，构建了在线分析、动态跟踪、反馈预警的施工综合管控体系。采用Visual C#网络编程技术，构建了集进度、质量、安全于一体的水电工程高边坡施工全过程的现代化信息模型管理平台。以白鹤滩水电站坝肩边坡为实例应用，实现该边坡设计、施工过程与成果的全面数字化管理，有效改善了传统的水电工程施工信息散乱、效率低、难流动的工作模式，有利于控制施工进度、降低施工过程的安全风险，直接指导现场施工生产，具有较大的工程应用价值。
  
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  复杂河床坝基岩体盖重固结灌浆关键技术

  罗贯军, 王克祥, 郭增光, 谭尧升, 阿旺加措

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 575-581. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.010

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  采用无盖重灌浆技术存在表层岩体灌浆效果难以保证、混凝土盖重灌浆与混凝土施工工序干扰等难题，该文结合白鹤滩坝基复杂地质条件，通过预留岩体盖重、控制灌浆压力与浓度、采用分孔分序灌浆方法及材料等，提出"预留岩体盖重+低压浓浆封闭+盖重固结灌浆"的关键技术，不仅解决了常规固结灌浆技术存在的问题，还有效保护了白鹤滩坝基薄层角砾熔岩，解决了柱状节理玄武岩因固结灌浆裸露而进一步卸荷松弛的难题，白鹤滩水电站河床坝段固结灌浆工程实践表明：灌后检查孔透水率合格率99.3%，各岩性的高波速测点占比91.8%~93.3%、低波速测点占比2.0%~2.9%，总体满足设计要求。研究结果对同类工程的固结灌浆设计与施工具有借鉴意义。
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  特高拱坝全坝基无盖重固结灌浆关键技术

  黄伟, 魏鹏程

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 582-588. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.014

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  为解决特高拱坝坝基加固与混凝土浇筑间相互影响、无盖重固结灌浆质量难以达标等难题，该文结合乌东德坝基固结灌浆工程，通过现场生产性试验研究，提出"表封闭、浅加密、深提压、严监控、少引管"的无盖重固结灌浆成套技术。该技术不仅消除了坝基固结灌浆与混凝土浇筑的干扰，还有效保障了无盖重固结灌浆质量。乌东德工程实践表明：声波测试一次合格率100%，灌后检查透水率全部达标，研究成果对混凝土拱坝和碾压混凝土重力坝坝基加固技术的进步和发展起到了积极的推进作用。
自动化
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  基于微服务的飞行管理系统仿真：体系与方法

  李清, 樊一萍, 李大川, 蒋欣, 刘恩钰, 陈甲

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 589-596. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.043

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  飞行管理系统（flight management system，FMS）是基于轨迹运行的下一代空管体系的核心，也是一个典型的大型多专业复杂产品系统。解决大规模复杂产品研发周期长、成本高、专业多、跨度大的问题，需要灵活、可扩展的分布式仿真系统来支持产品设计、测试、验证、评估。该文设计了基于面向服务的架构（service-oriented architecture，SOA）、云计算与微服务概念和技术的仿真系统框架，开发了仿真单元服务封装、仿真编排和仿真过程建模与控制等关键技术，并搭建了面向多专业协同开发的FMS仿真平台。提供以服务形式封装的仿真微服务单元，根据系统框架和任务要求的不同，编排不同的仿真过程和仿真架构，仿真组件通过代理访问封装的单元服务。工程应用结果表明：该架构能够满足复杂产品开发的灵活性、扩展性和可复用性要求。
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  使用图像数据的动态采光模拟装置

  边宇, 马源

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 597-602. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.038

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  该文提出一种利用人工天空解决现有采光模拟装置在模拟准确性、模拟中未能包含光色信息以及不能实现动态采光模拟的问题。基于图像的采光模拟方法，即使用天空亮度分布图像数据作为模拟装置的输入数据，通过理论分析以及实际测量，针对情况最复杂的多云天天况提出了划分日面范围及通过计算推导其亮度值的方法，解决了太阳直射光难于准确模拟的问题。发现所提出的采光模拟装置机械结构、天穹半球内发光部分设计方案以及控制方案具有合理性，而且该装置具有模拟准确、包含天然光光色信息、可实现动态采光模拟等特点。
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  上游泵送机械密封热流固耦合建模与性能分析

  黄伟峰, 潘晓波, 王子羲, 郭飞, 刘莹, 李永健, 刘向锋

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 603-610. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.039

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  上游泵送机械密封具有低泄漏、低摩擦、长寿命的优点。基于密封端面流体域流场和能量方程，固体域弹性力学和热传导方程，将多物理场进行耦合求解，建立了上游泵送机械密封热-流固耦合仿真模型。基于该耦合模型对八字槽上游泵送机械密封进行了性能分析，揭示出机械密封在高转速下的温升和变形对上游泵送能力的削弱效应。进而获得了在不同几何和工况参数条件下，上游泵送机械密封的泄漏率、温升、变形等的变化规律，可应用于上游泵送机械密封工作机理研究和设计优化。
化学与化学工程
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  中国物质资源消费区域差异的测度及分析

  傅一珂, 陈定江, 朱兵, 胡山鹰

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(7): 611-616. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.031

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  区域资源环境不平衡是中国发展面临的突出问题之一。该文基于修正的原始资源消耗当量的测算结果和Gini系数法，对2010-2015年中国人均物质资源消耗的区域不平衡进行了测度和空间分解，并比较了物质资源消耗、温室气体排放和GDP在区域分布、不平衡模式上的异同。结果表明：中国人均物质资源消耗和温室气体排放的区域不平衡模式有一定相似性，组内差异和组间差异对Gini系数的贡献率均为25%~30%；但与中国GDP和全球温室气体的不平衡模式有显著差异。