水流作用下沙漠风积沙冲刷速率二维模型探析

根据集中水流下沙漠风积沙的冲刷破坏过程和机理,以表面水流单宽流量来模拟水流条件,下游端部的初始落差来模拟沙漠土的跌坎地形,下游端部跌坎位置随时间的变化率,来确定溯源冲刷速度和表面剥蚀速率。对沙漠风积沙冲刷速率的影响因素进行分析,建立了集中水流作用下沙漠风积沙冲刷速率二维模型。     

含水率对沙漠风积沙溯源 冲刷速度的影响

通过对含水率为零的干燥状态的沙漠风积沙和具有不同含水率的潮湿状态的沙漠风积沙进行了集中水流冲刷试验研究,以探究沙漠风积沙的含水率对其在集中水流作用下的溯源冲刷速度的影响,结果表明,沙漠风积沙的溯源冲刷速度与含水率呈非线性关系,本文对其机理进行了深入探讨分析。     

沙漠风积沙溯源冲刷速度的影响因素初探

通过试验对沙漠风积沙的冲刷破坏形态以及影响沙漠风积沙溯源冲刷速度的主要因素进行初步分析。结果表明:在具有跌坎的地形上,沙漠风积沙在集中水流冲刷下,表面的冲刷剥蚀速度远小于跌坎处的溯源冲刷速度;沙漠风积沙的溯源冲刷速度与通过沙漠风积沙表面水流的单宽流量、跌坎处初始落差以及沙漠风积沙的含水率等因素有关;在初始落差一定的情况下,溯源冲刷速度随单宽流量的增大而加快;在相同单宽流量作用下,溯源冲刷速度随初始落差的增大而增大。     

河流弯道水流特点与冲刷深度探讨

根据河流弯道水流的特点,对弯道水流的冲刷机理和冲刷深度进行了分析与探讨,并给出了国外学者计算弯道水流冲刷深度的几种方法.     

挟沙水流床面冲刷深度试验研究

在清水冲刷粗化层极限冲刷深度研究的基础上,结合室内概化水槽试验,探讨了挟沙水流床面冲刷问题。不同来沙条件下床面冲刷深度水槽试验观测成果表明,随着上游单宽加沙率的增加,挟沙水流床面冲刷深度减小,挟沙水流相对冲刷深度与相对来沙条件呈线性变化趋势。参考爱因斯坦推移质输沙率公式,建立了一个能够综合反映来水来沙条件以及床面条件的床面冲刷深度计算公式。该公式计算值与试验实测值吻合良好。     

利用水库泄空冲刷形成高含沙水流的机理

利用黄河干支流水库运用的实测资料,对高含沙水流的产生条件进行了研究。结果表明,水库水位的迅速下降并泄空,可使水库的淤泥流动并产生高含沙水流。水库淤土抗剪强度参数(C和Φ)依排水条件而异,抗剪强度一般不排水不固结的最小。水库淤积物在水下处于饱和状态,库水位迅速降低时,淤土中的孔隙水来不及排出,摩擦角值低,Φ=0,只要下滑的剪力大于黏着力淤泥便开始流动。当库区淤积物抗冲性较强时,溯源冲刷纵剖面调整又具有自动调整的特性,使冲刷以“局部跌坎”的形式向上游发展,使水流能量集中,加强冲刷能力,随着主槽冲深,滩槽差增大,促使淤土向主槽内滑塌,为高含沙水流形成创造了有利条件。     

桥下非黏性土冲刷机理及常用冲刷计算方法探讨

因理论不成熟、工程条件各异,河道桥下冲刷计算结果误差较大。分析桥下一般冲刷与局部冲刷机理,讨论不同类型河道一般冲刷与局部冲刷的常用计算方法,以安徽省沙颍河四座桥梁工程为例,对常用的3种非粘性土一般冲刷计算公式及3种非粘性土局部冲刷计算公式进行了分析对比,结果表明:对于皖北平原区河流,一般冲刷计算时,桥渡64-2简化式相对于64-1修正式及包尔达可夫公式较为合理;局部冲刷计算时,桥渡65-2原式相对于65-1修正式及65-2修正式为较为合理。上述所得结论对桥下冲刷计算有一定的参考价值。     

浙江乌牛新闸闸下三维水流冲刷数值模拟研究

低水头水闸往往具有较大的单宽流量,从而导致过闸水流能量较为集中。经消能工消能后,闸下水流紊动仍较剧烈,具有非常复杂的三维特性,致使常规数学模型较难直观反映实际的闸下水动力及泥沙冲刷状况。采用Flow-3D三维数值模拟软件对浙江乌牛新闸的水动力及闸下冲刷情况进行了模拟,并结合水工物理模型试验成果,对水流流态、流速分布、水面线以及冲刷成果等进行了对比分析,结果吻合较好。证明该软件对低水头闸下三维水流数值模拟和冲刷研究具有较好的适用性,可为今后的研究工作提供技术平台。     

趋孔水流运动与冲刷漏斗的成因研究

本文首先扼要介绍了国内外研究冲刷漏斗稳定形态与趋孔水流运动特性的现状,接着归纳了冲刷漏斗稳定形态的基本特征,详细陈述了笔者对趋孔水流运动的试验方法、观测手段和试验结果,得出了趋孔水流的流速分布特性,并据此解释了冲刷漏斗的形成与稳定原因。     

泄水闸堰前冲刷机理及减淤措施研究

低水头航电枢纽堰前泥沙淤积将导致检修闸门无法正常启闭,影响到泄水闸的检修、维护工作。针对此问题,建立了用于研究闸前三元流的泄水闸物理模型及数学模型,运用动床物理模型试验和三维数学模型计算研究了闸前的三维流场及紊动能分布,并观测了闸门不同调度方式下的堰前冲沙效果。结果表明: 泄水闸堰前泥沙启动不仅与闸底水流流速有关,也与闸前的水流流态及紊动强度有关,紊动能的增强对泥沙启动的影响作用明显;闸门隔孔开启时水流受挡水闸阻水作用,在闸前近壁区水流下潜形成漩涡,闸前呈现复杂的三元流流态;复流态下的紊动能显著增加,强烈的紊动造成闸前床面泥沙大量启动,比连续开启泄水闸更有利于泥沙的起动,达到较好冲刷效果。     

沙漠风积沙地基扩展基础抗拔现场试验研究

通过在新疆、宁夏和内蒙古典型沙漠地区完成的现浇混凝土和装配式2种扩展基础在上拔、上拔与水平力组合工况下的25个现场试验,获得了风积沙扩展基础抗拔荷载-位移曲线,并确定了各试验基础的抗拔极限承载力。按照"土重法"计算原理,得到了反映沙漠风积沙地基抗拔承载性能的极限"上拔角"。经统计分析,得到沙漠风积沙极限"上拔角"标准值为16.8°,该值考虑了沙漠风积沙的区域特征、基础型式与尺寸、荷载工况等因素,可为沙漠地区输电线路杆塔基础的工程设计提供依据。     

丁坝局部冲刷研究现状与展望

分别从丁坝附近水流结构、回流区范围、坝头局部冲刷机理、坝头局部冲刷影响因素和坝头最大冲深计算公式5个方面回顾了丁坝冲刷研究成果,认为:①水流结构是开展后续研究的基础;②相对回流区长度与断面缩窄比是否存在相关关系、相对回流区长度野外观测值与概化公式为何差距甚远、对坝头局部冲刷有重要影响的各因素中哪一个或哪几个占主导等问题尚无定论;③对于坝头局部最大冲深影响因素的研究甚多,但有些因素的研究结果不一,还有一些对冲深有重要影响的因素研究很少;④丁坝坝头局部最大冲深的计算公式一直存在理论性不强的缺陷。     

圆柱桥墩局部冲刷机理试验研究

为进一步探索圆柱桥墩局部冲刷机理,分别从桥墩附近水流流速分布特性、桥墩冲刷特性以及冲刷与流速相互关系对圆柱桥墩顺水流向不同布置方式的局部冲刷水力学特征进行了模型试验研究.结果表明:两排10桥墩顺水流(桥墩轴向与水流方向夹角分别为90°,60°,30°,0°)均匀布置时,桥墩轴向与流向夹角越小,流速在桥墩上下游紊动越小,对下游影响范围越大,且流速越大,冲刷深度和范围越大.顺水流布置0°夹角时,冲刷程度最小,在相同流量下,冲刷稳定历时最短;垂直布置(90°夹角)时,冲刷程度最严重,所需冲刷稳定历时最长,且随着流量的增大,桥墩墩前冲刷坑最深位置逐渐向水槽中间偏移.     

基于有限差分法的跌坎冲刷一维数值模拟

跌坎冲刷是一种特殊的河床冲淤现象,涉及跨临界流以及剧烈的河床变形过程,数值模拟时由于Preissmann格式仅适用于模拟无间断点的连续水流,无法模拟跨临界流即有间断点存在的情形,因此常出现因急、缓流交替引起的数值振荡问题。基于此,依据河道各断面弗劳德数Fr的大小识别间断点所在位置,将河道划分为不同流段,确保各流段为相同流态的连续水流,对缓流、急流、水跃、水跌4种情况提出合适的边界条件分别进行离散求解,建立基Preissmann格式的跨临界流跌坎冲刷一维非恒定推移质输移数学模型。并利用水槽试验资料对数学模型进行验证,结果表明模型预测值与实测值吻合较好,说明所建立的跌坎冲刷模型预测的可靠性和适用性。     

一种特殊性土——沙漠明渠风积沙工程性质研究

沙漠风积沙是以细沙为主,含较多中沙和粉粒,厚度巨大的地质体,具有接触式孔隙结构;不同位置、不同深度风积沙的天然含水率、干密度、抗剪强度、渗透系数及临界比降等试验指标基本接近;在静荷载条件下不易被压密实,在振动荷载条件下易于压密实的特殊性土。在工程上采取震动碾压加静碾的方法加固沙基是经济有效的。     

高速水流冲刷仪的研制和混凝土冲磨机理的研究

新冲刷仪能够模拟高速水流对混凝土的冲磨情况。本文介绍了新研制的高速水流冲刷仪的设计、组成和修改调试，并使用其进行了高速含砂水流对混凝土的冲磨试验，研究了不同配比混凝土在高速水流条件下的抗冲磨性能和规律。通过试验得出，水流速度越高，水流对混凝土的冲磨效果越明显；骨料的硬度和耐磨性对混凝土的抗冲磨性能起明显的作用，其中铁矿石骨料好于花岗岩骨料，花岗岩骨料好于石灰岩骨料。试验还证明，新冲刷仪能够有效地对不同强度等级以及不同骨料的高强抗冲磨混凝土的抗冲磨性能作出比较。     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

曹娥江大闸闸上河道水流泥沙冲刷数值模拟计算

采用平面二维水流泥沙数学模型对曹娥江大闸建成后闸上河道冲刷情况进行了计算分析.在验证计算的基础上,对上浦闸至河口段的水流冲刷情况和堤防可能的险工险段进行了预测分析,可供有关单位和部门在设计施工过程中参考使用.     

高速水流冲刷破坏混凝土修补材料及工艺的应用

针对中国水利资源的大量开发利用,水利工程向高水头、大流量、高流速发展,高速水流冲刷、泥沙磨损、伴随空蚀破坏已经成为重要研究课题,通过材料选择表明:(1)NE-Ⅱ型环氧砂浆具有良好的抗冲磨性能、力学性能、施工性能、抗冲磨性能、抗碳化性能、抗老化性能和耐久性能;(2)聚脲涂料具有良好的抗冲耐磨、环保、高强度、耐黄变、抗老化性和防水性,性能稳定,低温柔性好,过流面容易保证平整光滑,是新型的环保型防水防护弹性涂料;(3)HF混凝土和易性好,抗裂性好,造价低廉,技术成熟;(4)聚氨酯密封胶操作简便,施工快速,与混凝土黏结性好,回弹性优良,高温不流淌,低温不脆裂,耐老化性良好。NE-Ⅱ型环氧砂浆、HF混凝土、聚氨酯密封胶具有较强的抗高速水流冲刷、泥沙磨损、伴随空蚀破坏性能,因此高速水流冲刷泥沙磨损破坏修补材料选取是合理的。