无临设工程施工的沉桩方法及工法设计

传统的打桩(振动、冲击)技术,不仅需要打桩机,还需要施工车辆、大型附带设备及暂设工程,施工效率低、占地面积大,对生态环境影响大。以黄河堤岸刚性加固为需求导向,设计了无临设工程施工的沉桩方法,并开发出整套设备,该设备主要包含静压植桩机、动力单元、桩用起吊装置及桩材自走装置。该工法实现了无暂设工程施工,提高了作业效率,减小了对生态的影响。从工法特点、施工周期、施工成本、硬质地层适应性、成桩质量、占地面积和环境影响(CO_(2)排放)等方面对比分析了此方法与传统施工的优缺点。结果表明,该方法可广泛应用于坝决口封堵、堤防加固、植入式斜桩护岸、挡土墙、止水墙、基础和地基工程加固等方面。

黄河冰花冰晶体结构及内部气泡分析

黄河冰花冰物理性质独特,对冰凌的生消演变有很大影响。为深入认知冰花冰晶体结构的物理特性,利用冰样采样器对黄河头道拐河段的冰花冰进行采集,利用费氏台获取冰花冰的图像,分析冰晶体及气泡细观结构特征。结果表明:在垂直方向上,冰晶体的平均等效直径范围为1.48~5.85 mm,随深度增加逐渐增大;在同一水平面内,冰晶体粒径差别明显,微小晶粒占比较大;冰花冰主要由0.1~7.0 mm的晶粒组成,直径为0.1~1.0 mm的微小晶粒占比为47.54%;冰花冰气泡平均等效直径在0.3~0.7 mm之间变化,随深度增加逐渐增大;气泡含量在1.90%~6.76%波动,随着深度增加逐渐减小。

平原河网地区全库盆土工膜防渗水库膜下排水减压分析

平原河网地区地下水与河道联系紧密,在地质条件较差或有隔污等要求时建库,常采用全库盆土工膜防渗方案。为了满足土工膜抗浮稳定及防止气胀等问题,通过膜下布设排水管网进行排水减压。依托某引调水工程全库盆土工膜防渗平原水库,采用多孔介质渗流和管道流耦合的地下水流模拟方法,模拟复杂排水管网和库区岩土体共同作用的复合渗流场。通过对比不同排水方案、土层渗透性能等条件下的渗透压力分布表明,正交管网闭合小区内膜下渗透压力从小区中心向四周排水管逐渐降低,闭合小区内减压效果明显,坝脚位置膜下渗透压力明显高于库内区域,需增设坝脚排水管。淤泥质粉细砂层渗透性对膜下渗透压力影响较大,水库低水位运行期间应加强对膜下渗透压力的监测。研究结果可为平原河网地区全库盆土工膜防渗水库工程的渗控设计和安全运行提供参考。

冰盖下桥墩局部冲刷新型防冲组合结构试验研究

河流冰盖的形成改变了桥墩周围的水力特性,导致桥墩局部冲刷加剧。基于动床冲刷,在冰盖及明流条件下进行了螺纹式减冲索与钩环式护圈组合的新型防冲结构室内模型试验,探究其对桥墩局部冲刷的防冲效果。试验结果表明:新型防冲组合结构改变了桥墩的局部冲刷模式,延缓了冲刷过程;通过极差分析与方差分析可知,螺纹直径为6.0 mm、螺纹角为15°、螺纹排数为3的新型防冲组合结构的防护效果最优;与无防护工况相比,在粗糙冰盖条件下新型防冲组合结构桥墩最大冲刷深度减小了59.03%;螺纹式减冲索增大了桥墩表面的粗糙度,可以更好地削弱下潜流和分离墩前迎面水流,从而达到有效防冲的目的。

基于区域生长法的无人机和无人船一体化测绘技术研究

针对控导工程监测过程中采用的传统水下高程测量方法存在操作人员多、安全隐患大等问题,以神堤控导工程12坝—20坝为例,采用无人机、无人船等非载人式勘测技术,对河道水上地形和水下地形展开同步测量。引入坡度因子对区域生长法进行改进,以目视解译方法识别的林木区域为基准,分析对比区域生长法和考虑坡度的区域生长法的识别准确率。采用自然邻域法对水下地形数据进行插值并与水上地形数据融合,得到神堤控导工程水上水下数字高程模型(DEM),并与工程三维视图进行对比。结果表明:利用无人机和无人船一体化测绘生成的DEM成果,满足有关技术规范的要求,具有较高的精度;采用考虑坡度的区域生长法识别控导工程的防浪林和行道林,识别正确率达92.47%。

微芯桩监测技术在黄河丁坝根石走失预警中的应用

黄河下游丁坝根石走失问题频发,传统监测方法成效有限。为提高根石走失预警的准确性和科学性,创新性地将微芯桩监测设备应用在黄河神堤控导工程13#、14#、15#、20#坝,监测根石走失情况以及坝体倾斜角度、振动冲击合加速度等变化情况。微芯桩监测系统利用物联网一体化感知技术,通过感知终端实现对水下根石运行状态的24 h全天候监测。应用情况表明,丁坝基础石料在水流或者外力作用下产生滑移,使丁坝发生轻微的位移、倾斜或振动时,微芯桩能灵敏地捕捉到这些指标信息,监测精度较高。

提升识别河道倾斜流凌图像准确度的理论基础与实践

针对黄河什四份子弯道远程监测视频中流凌图像存在倾斜变形问题,基于摄影测量学原理对倾斜变形图像进行校正,建立一种考虑相机安装高度、相机倾斜角度及河道水位变动影响的图像像点比例尺校正方法。以2021—2022年凌汛期什四份子弯道监测图像为例,结合现场测量数据与雷达数据,拟合水平比例尺和竖直比例尺表达式,根据图像信息和水位信息实时计算流凌真实位置信息,公式拟合图像比例尺的相对误差在±6%以内;采用比例尺表达式对图像进行校正,获得校正后流凌密集度、流速等参数,统计流凌密集度与流速关系,证明了倾斜流凌图像校正的必要性。

淡水侧向冰水界面融化现场测试和能量平衡模型

在融冰期的淡水冰层上挖凿开敞水域,连续观测气温、水温、辐射和风速风向等,采用触点测量设备监测冰-水侧向界面的融化量,获得冰-水侧向界面融化速率。根据冰层内的热量平衡过程分析冰-水侧向界面的形状变化和影响融化速率的因素。侧向融化速率受水温影响明显,风速、气温和辐射对侧边界摩阻速度和显热潜热比例具有一定的影响。黄河开河期周边的河迹湖,冰-水侧向界面热通量远大于底部热通量,从而影响区域水环境。

黄河河道冰层雷达波特征图谱的现场实验研究

2013年-2014年冬季,利用RIS K2型探地雷达在内蒙古头道拐水文站黄河河道断面开展冰层厚度探测试验。试验使用不同频率天线探测冰厚,并与钻孔实测冰厚对比。结果显示200 MHz频率天线可探测到冰下更深部位的状况,并能够识别出冰花层。利用雷达探测图谱中电磁波传播时间和实测冰厚得到盛冰期雷达电磁波在冰内的实际传播速度为16.3cm/ns;而融化期雷达电磁波在冰内的实际传播速度小于15.0cm/ns。雷达探测结果还显示垂直于河道断面方向的冰层厚度分布不均匀。主流区是以热力学生长的颗粒冰和柱状冰为主,最大冰厚约为60cm;而非主流区是以冰花冰为主,最大冰厚约为70cm。另外,雷达图谱也可以确定冰层裂缝的具体位置、走向。

凌汛险情快速抢护关键技术与成套装备研发

1研究背景黄河冰凌灾害是我国冬春季节大江大河中最突出、最重大的自然灾害,也是最难防御的灾害之一。除机理分析难、监测难和预报难外,更难在险情抢护。破冰排凌和抢护堤防工程险情是防控凌汛灾害有效且重要的手段。国际上主要利用破冰船等机械动力装置进行破冰,我国则较多采用炮弹爆破破冰。目前主要存在以下问题,不能满足防凌减灾快速、灵活、精准和高效的技术需求。

基于数字图像处理技术的冰凌参数识别方法

基于黄河防凌远程视频监视系统现场采集到的视频影像,采用图像识别的方法提取黄河沿岸关键冰凌参数,包括密集度及流速。对于冰凌密集度的提取方法,是先将摄像设备取得的视频变为单帧图像,然后对单帧图像进行二值化处理,利用图像分割技术得到冰凌所在区域,最后统计得出冰凌的密集度;对于冰凌流速提取,是用摄像设备取得视频图像序列,利用稠密光流法标记各图像的特征点位置,追踪特征点,从而得到移动距离,最后根据时间间隔计算得出冰凌的流动速度。

大网笼机械化抢险技术现场试验

为了解决大网笼的材料、结构、制作以及机械化装料、运输和机械化抛投等问题，于2004年在河南省兰考蔡集工程54坝进行了大网笼机械化抢险技术现场试验。通过现场试验研发成功了10—12m^3大网笼，利用自卸汽车、挖掘机、推土机、装载机等大型机械设备进行机械化装料、运输和机械化抛投，用10min即可完成装料作业，平均5min有1辆自卸汽车在坝前循环1次。兰考蔡集工程54坝进占试验表明，大网笼机械化作业能快速形成占体。

土工合成材料工程特性试验研究

通过室内试验 ,对相同种类和不相同种类土工合成材料的物理力学特性、渗透特性、反滤特性和加筋特性等工程特性进行了试验研究 .结果表明 ,土工合成材料的质量性能差异较大 ,根据工程使用的情况不同 ,应该选择不同的土工合成材料 .在工程施工中 ,应根据当地的土壤特性和工程要求 ,严格按设计、规范要求进行选择材料 .

三维植被网技术的护坡机理及应用

三维植被网护坡技术综合土工网和植物护坡的优点 ,可有效地解决岩质边坡、高陡边坡防护问题。应用实例表明 ,三维植被网护坡对边坡的稳定极为有利 。

黄河内蒙古河段冰凌时空分布特性分析

基于黄河内蒙古段系列历史冰情资料,利用小波分析方法对冰期气温、冰期径流、流凌日期、封河日期、开河日期进行了多时间尺度分析。结果表明:巴彦高勒、三湖河口、头道拐三站的冰期气温总体呈上升的变化规律,并且三站的冰期气温变化趋势一致,黄河内蒙古段冰期气温存在15 a左右的周期;实测径流在分析序列中不存在显著周期;三站流凌日期和封河日期整体上推迟,开河日期提前,封冻时间缩短;流凌日期存在12 a左右的周期,封河日期和开河日期不存在显著强周期。

土工合成材料在渗水(流土)抢险中的应用研究

概述了黄河堤防渗水(流土)险情、现场模拟抢护试验,总结分析了临背河采用土工合成材料抢护的技术措施及材料选型。现场试验表明,选用等效孔径为0.1和0.2mm的涤纶长丝纺粘针刺无纺土工织物,抢护黄河堤防渗水(流土)险情是成功的。采用软式排水管或土工织物在背河修筑导渗沟或透水后戗,可有效解决黄河防汛抢险缺乏砂石料的问题。

黄河下游滩区现状及存在问题分析

在叙述黄河下游滩区自然情况、社会经济情况、滩区治理现状的基础上,详细论述了黄河下游滩区存在的问题。由于黄河水沙问题复杂,治理难度大,滩区治理开发也受到限制,目前存在的主要问题是:1)洪水威胁依然存在;2)悬河形势严峻、河势尚未有效控制;3)滩区旱涝灾害严重;4)滩区产业结构单一;5)滩区政策落实不到位;6)滩区安全建设状况严重滞后。这些问题的存在,对滩区开发和管理产生很大的影响。

非接触式冰厚和水位一体化远程监测装置研发

为解决冬季结冰河道冰厚和水位一体化连续监测难的问题,研发了非接触式冰厚和水位一体化远程监测装置。该装置主要由空气耦合雷达、环境温度传感器、水面/冰面温度传感器、高清红外夜视仪、避雷器、GPS模块、远程开关控制和遥测模块、太阳能和风力供电互补系统、硅能电池、超长横杆和三角钢架等组成。集成后的装置可监测冰厚、水位、环境温度和冰面/水面温度等相关参数及全天候的视频图像数据,通过采用4G模块将数据回传至控制中心并自动解译雷达图谱。该装置已安装应用于黄河内蒙古托克托县什四份险工弯道处,完整监测了2019—2020年度凌汛期冰厚和水位变化过程,采集了大量的温度和凌汛视频图像数据。该装置为冰期水文远程非接触式监测提供了新的模式和技术,可实现全年无人值守智能监测。

锚杆支护在综采面中的应用

为降低原煤成本、减轻工人劳动强度、建设高产高效矿井，晓南矿在西三４０３综采工作面进行支护工艺改革，采用树脂药卷、螺纹钢锚杆、加钢筋梯、金属网联合支护取代１２＃矿用工字钢梯形棚支护，取得了良好的效果，为回采巷道锚杆支护及综采低采高高产高效生产创造了一条新的途径。

土工织物反滤特性试验研究

实践证明,土工合成材料用于防汛抢险存在很多问题,现行规范中的反滤应用准则O_(95)≤2d_(85)不适合于作为防汛抢险的反滤应用准则。通过高水压力下的常规反滤试验、高水压力下的“泥浆”试验、高水压力下的“窄缝隙”试验等三种特殊的反滤淤堵试验,分析验证了所选等效孔径为0.20 mm的针刺无纺布和等效孔径为0.352 mm的经编土工布较适合于黄河堤防渗透破坏险情的抢险材料,从而为建立适应于防汛抢险的反滤准则提供了实验依据。