盐浸-干湿-冻融耦合作用下混凝土坝强震开裂机理

为探究混凝土坝在盐浸侵蚀、干湿循环、冻融循环因素影响下的强震破坏规律,通过材料劣化试验和数值模拟方法开展大坝强震开裂机理研究。针对坝体不同位置开展盐溶液侵蚀、干湿循环以及冻融循环劣化试验,基于材料试验结果,构建混凝土重力坝扩展有限元模型,模拟混凝土材料劣化前及劣化后混凝土坝强震开裂破坏情况。结果表明:多因素耦合作用导致混凝土材料劣化,强震作用下会降低大坝承载能力,增加大坝倒塌破坏风险。考虑混凝土多种劣化因素影响,所得结论可用于高寒地区混凝土坝的抗震设计。

三门峡水库控制运用方式的优化探讨

三门峡水库“蓄清排浑”运用为多沙河流的治理提供了宝贵经验,随着来水来沙情况的变化及对水库功能需求和对水库泥沙冲淤规律认识的深化,该运行方式亦在实践中不断调整和完善。为此,针对不同的典型年份设定集中敞泄与分段敞泄的敞泄排沙方案,采用一维非恒定水沙数学模型,对选取的2018~2019年丰水少沙年和2014~2016年枯水少沙年设定12种控制运用方案进行模拟,比较各方案下库区冲淤变化的优劣,据此选取适合三门峡水库的控制运用方式。结果表明,2018~2019年分段敞泄方案的冲刷效果优于集中敞泄方案,即使在后汛期的控制水位抬高至310 m,也能达到较好的冲刷效果;2014~2016年分段敞泄方案虽优于集中敞泄方案,但其冲刷主要集中于2014年汛期,2015、2016年整体呈淤积状态,综合考虑建议枯水少沙年份水库采用“泥沙年际调节”运用模式。

薄层水流冲刷条件下斜坡土体的临界起动

斜坡土体侵蚀是丘陵地区和水库岸坡普遍存在的灾害现象,其主要动力因素是降雨或者波浪上爬产生的薄层水流对土体产生的冲刷剪切作用。为探索水流冲刷作用下的斜坡土体临界起动条件,采用自主研发的冲刷起动试验装置,开展斜坡土体的冲刷起动试验和理论研究。通过颗粒染色和高倍数电子显微等技术手段观测无黏性土颗粒的起动现象,确定了无黏性岸坡土体的起动模式与水流流速的相互关系;探索了不同干密度、不同黏粒含量及不同坡度与黏土斜坡临界起动流速的相互关系,土体的黏粒含量、干密度及坡度对黏性土体的起动流速影响较大,与干密度和土体坡度相比,黏粒含量对黏土斜坡的起动流速影响更为明显。验证了无黏性岸坡土体的临界起动方程,其中滚动起动流速方程具有较强的可靠性;基于黏土的起动模式构建了黏土斜坡的起动力学平衡方程,获得了黏土斜坡半经验半理论的起动流速方程,用试验结果求解了起动流速方程的相关参数,最终确定的起动流速公式与试验结果拟合度较好,同时验证了起动流速公式的可靠性。

砂砾土渗流侵蚀中细粒迁移-沉积-滤通的物理水力临界条件

细粒迁移机制是理解砂砾土渗流侵蚀过程的基础与关键,对研究砂砾土斜坡雨水侵蚀过程的细观致灾机制具有重要意义。目前其运移模式及运移状态发生转变的临界条件并不清晰,不同物理水力条件下的细粒运动类型有所不同。为掌握砂砾土侵蚀过程中细粒的整体运动类型及其发生改变的临界条件,采用可视圆柱入渗试验和离散元数值模拟,分析了细粒迁移的影响因素和内部机理。结果表明:(1)细粒迁移受级配和水力梯度影响显著,而受初始孔隙率影响不显著,且级配的影响大于水力梯度;(2)水力作用下细粒整体运动状态可分为沉积和滤通2种模式,内部结构不稳定的砂砾土细粒运动处于滤通状态,内部结构稳定和稳定性过渡型砂砾土随水力梯度升高细粒的运动状态从整体沉积转变为整体滤通;i=3.4-(3)细粒运动状态在粒径比和水力梯度共同作用下存在明显界限,最终得到细粒沉积-滤通转变的临界条件为0.12e(D15/d85)/1.5。研究可为砂砾土斜坡渗蚀失稳防护提供理论指导。

侵蚀方式和环境对固化软土力学性质的影响

以碱渣(SR)-矿渣(GGBS)-电石渣(CS)和水泥为海相软土固化剂,设置Na_(2)SO_(4)、MgSO_(4)和海水3种侵蚀溶液环境,溶液全浸泡、溶液半浸泡和土中侵蚀3种侵蚀方式.开展固化软土无侧限抗压强度试验、X射线衍射及扫描电镜测试,研究固化剂种类、侵蚀方式和环境对固化软土抗侵蚀性能的影响.研究表明:当侵蚀方式和环境相同时,碱渣-矿渣-电石渣固化软土完整程度和强度大于水泥固化软土的.MgSO_(4)溶液环境下固化软土破损严重,强度最低.当侵蚀环境相同时,水泥固化软土完整程度和强度均为半浸泡下的优于全浸泡下的;碱渣-矿渣-电石渣固化软土在半浸泡时外观较完整,但强度却低于全浸泡方式下的.在土中侵蚀时固化软土强度较高.水泥固化软土在浸泡区会生成大量碳硫硅钙石,故其在全浸泡时强度最低;碱渣-矿渣-电石渣固化软土在未浸泡区会有较多碳硫硅钙石和盐结晶,造成其半浸泡后强度最低,半浸泡成为其最危险的侵蚀方式.

干湿循环机制下类岩-HDSC组合体的氯盐单向侵蚀试验及机理研究

高延性喷射型混凝土(HDSC)是一种新型的工程凝胶复合材料,用于隧道、矿井等的修复工作。以10%质量分数的氯盐溶液为侵蚀介质,对类岩-HDSC组合体进行为期200 d干湿循环试验,探究了干湿循环条件下氯离子对类岩-HDSC组合体的单向侵蚀机理。试验结果表明:由于氯离子的结合作用,并且Friedel盐和氯盐晶体对组合体内部孔隙的填充效应,导致组合体破坏程度随循环次数的增加而增大,且内部损伤出现的时间会随着循环次数的增加而前移;单轴压缩下组合体的弹性能与耗散能比例总体呈负相关;氯盐侵蚀深度增长速率后期受纤维影响较大,纤维具有一定的抗氯离子侵蚀能力。

沙坡头自然保护区不同固沙技术生态效益监测评价

【目的】为了深入了解设置沙障后不同固沙条件下植被物种组成、多样性的变化规律。【方法】以扎设草方格、尼龙网格、草绳方格固沙的沙地植被恢复技术示范区为研究对象,分析不同固沙模式对土壤风蚀、水分和电导率以及草本植物群落组成的影响,总结不同固沙模式对沙地植被恢复区的土壤风蚀、水分和电导率及植物多样性指数的影响规律。【结果】结果表明,①从总风蚀速率来看,流动沙丘风沙活动最强,为0.15 cm·d^(-1),且以沉积为主;草方格沙丘风沙活动最弱,为0.04 cm·d^(-1);土壤风蚀的总风蚀速率较流动沙丘减小0.11 cm·d^(-1)。沙丘风蚀与沉积的净变化速率在草方格沙丘最小,为-0.04 cm·d^(-1);流动沙丘最为剧烈,为0.15 cm·d^(-1);土壤风蚀的净变化速率较流动沙丘减小0.19 cm·d^(-1)。②流动沙丘和尼龙网格沙丘在不同土层深度的土壤水分和电导率无明显变化(P>0.05);草绳方格沙丘土壤水分含量由大到小依次为表层、深60 cm、深40 cm(P<0.05),不同土层深度电导率差异不显著(P>0.05);草方格沙丘土壤电导率由大到小依次为表层、深60 cm、深40 cm(P<0.05),土层深度对水分含量的影响较小(P>0.05)。③不同固沙模式对多度和物种数无显著影响(P>0.05)。不同固沙模式中,草本植被多样性指数无显著差异(P>0.05),表现较为一致的趋势;草方格沙丘的香浓-威纳指数、均匀度指数、物种数均最高,分别为0.93、0.57和1.80。【结论】综合分析表明,草方格固沙模式下植被恢复效果较好,对土壤水分和电导率影响较小;草绳方格固沙对土壤水分和电导率的影响较大。建议在后续沙地生态修复时,以草方格固沙为主,草绳方格为辅。

小流域拦砂坝上下游冲淤特征调查分析

极端降水诱发的泥石流具有规模大、沿程侵蚀严重、淤埋范围大等特点,需要在小流域内修建梯级拦砂坝工程进行调控。在汶川地震影响区域内选取33条典型泥石流沟道进行调查,获取了105座拦砂坝特征参数以及梯级拦砂坝作用下的沟道冲淤形态变化,总结了拦砂坝的类型及判别方式,提出了实体坝与透过性坝的4种坝型组合模式、梯级坝的坝间距下2种回淤模式。进一步分析了梯级坝的特征模式(坝型组合模式、回淤模式)对沟道的冲淤形态(回淤坡降折减系数、冲刷深度相对系数)的影响。结果表明实体坝与透过性坝的组合模式(SO、OS模式)对沟道回淤形态影响明显,两种回淤模式中的互馈式运行模式对淤积形态影响显著,回淤相互不影响的独立运行模式下的冲刷作用更强烈。研究结果可为小流域内梯级坝的坝型选择、坝间距优化提供参考。

沉积模式约束的蚀源区砂砾岩分布预测研究

古潜山油气藏表面普遍发育一套准原地沉积成因的砂砾岩储层,物性好、产能高但展布规律复杂,亟需开展储层分布预测,支持潜山油气藏开发。该文以渤海A油田太古界潜山为例,采用“将今论古”思路,建立蚀源区砂砾岩沉积原型模式。基于微古地貌恢复,充分利用三维地震资料的低频响应特征,实现了古潜山蚀源区砂砾岩储层分布预测,取得以下认识:(1)蚀源区砂砾岩沉积受局部地形地貌控制,在山地区、山间洼地、山间沟谷形成不同沉积组合模式;(2)在印模法基础上,采用层面斜率属性差异放大技术实现了微古地貌精细刻画,基于低频地震数据开展地震属性分析,利用属性分布与微地貌单元的对应关系,进一步判断储层分布预测结果的合理性。A油田研究结果显示,其蚀源区砂砾岩分布符合山地区发育的“山间侵蚀河道-山前冲积扇”组合模式,山间沟谷内砂砾岩呈连续条带状,山峰山脊区砂砾岩发育程度低、呈不连续斑块状分布,山前斜坡地貌单元砂砾岩呈连片分布。

蔗叶还田对红壤薄土坡耕地坡面侵蚀过程阻控机制研究

基于广西红壤区保护性耕作的实际,在不同甘蔗叶覆盖方式下,对不同蔗叶长度和蔗叶量条件下坡耕地侵蚀过程与特征进行分析,研究不同蔗叶覆盖特征对坡耕地减流减沙效益的影响。结果表明:不同的蔗叶覆盖方式、蔗叶长度和蔗叶覆盖量对坡面减流减沙效益的影响都达到了极显著的水平(P<0.05),对减流减沙效益贡献最大的因素是蔗叶覆盖量。蔗叶表土覆盖条件下减流效果较好,蔗叶混合覆盖条件下减沙效果较好。蔗叶表土覆盖条件下减流减沙比(R_(rs))大小随着蔗叶覆盖量的增加呈现先减小后增加的趋势,蔗叶表土覆盖条件下的减沙水代价明显大于蔗叶混合覆盖。

气候、地表覆被变化对砒砂岩区风蚀时空变化的影响

[目的]揭示气候、地表覆被变化对黄土高原北部砒砂岩区风蚀时空变化的影响,阐明砒砂岩区风蚀减弱的主控因素,进而为研究区风蚀综合治理提供科技支撑。[方法]基于修正WEQ(Wind Erosion Equation)风蚀模型和研究区1980—2017年日气象数据,1990年、1995年、2005年、2015年4期Landsat遥感影像和土地利用图,30 m分辨率DEM数据及土壤数据,利用GIS和RS技术分析了砒砂岩区1980s,1990s,2000s,2010—2017年风蚀强度的时空变化特征,基于像元尺度剖析风蚀气象因子(W)、植被覆盖度(VC)和土地利用变化对风蚀时空变化的影响。[结果]随着年代推移,风蚀气象因子先降低后升高并超过初始值、植被覆盖度持续升高并趋于平稳,土地利用中草地和耕地变化明显。4个时期的平均风蚀模数分别为4187 t/(km^(2)·a),599 t/(km^(2)·a),724 t/(km^(2)·a)和870 t/(km^(2)·a),风蚀呈先明显减弱后局部地区略有增强的趋势,其中,1990s风蚀在全境急剧减弱,2000s—2010s在西北、东南及北部局部地区侵蚀加重;强烈以上侵蚀区集中于西北、东南边缘及南部河沟地区。4个时期,风蚀模数与W呈显著正相关(相关系数0.248~0.678),W值增大会加剧风蚀波动增强;风蚀与VC呈显著负相关(相关系数-0.556~-0.490),低植被覆盖区易出现风蚀波动增强;草地、耕地是风蚀主要发生区,2000s—2010s草地区风蚀增幅较大,1990s后林地风蚀强度最小。覆土砒砂岩区风蚀对VC最为敏感,而覆沙砒砂岩区和裸露砒砂岩区则对W较敏感。VC和W对风蚀减弱贡献率之和在覆土区、覆沙区和裸露砒砂岩区分别为54%,72%,83%,其他因素对这3个区减蚀的贡献率分别为46%,28%和17%。[结论]VC和W对砒砂岩区风蚀减弱贡献率较大,植被覆盖度的提升对减蚀影响深远,未来应继续加强植被与工程措施的建设。

多元胶凝材料体系再生混凝土复合盐侵蚀耐久性退化规律

我国西北地区土壤及地下水中含有大量侵蚀性硫酸根离子、镁离子与氯离子,导致在役再生混凝土(RAC)耐久性退化,严重制约了RAC在西北地区新建结构中的使用。为了研究多元胶凝材料体系RAC复合盐侵蚀耐久性退化规律,采用全浸泡、部分浸泡及干湿交替三种方式,分别模拟RAC结构构件不同部位的破坏方式,开展RAC耐久性试验。以相对动弹性模量、质量损失率及相对抗压强度为指标,研究不同侵蚀方式下RAC耐久性退化规律,分析多元胶凝材料体系中辅助胶凝材料的搭配方式及取代率对RAC耐久性退化的影响。全浸泡方式下,粉煤灰-矿渣双掺RAC相对动弹性模量下降较慢;部分浸泡方式下,辅助胶凝材料的引入降低了RAC抗复合盐侵蚀能力;干湿交替侵蚀方式下,RAC物理力学性能整体呈先增大后减小的趋势,多元胶凝材料体系RAC皆表现出优于纯水泥RAC的抗盐侵蚀能力.

风电轴承失效模式研究进展

轴承是风电机组的关键部件,在恶劣工况下工作容易出现过早失效。首先,以风电机组的主轴、变桨与偏航、齿轮箱、发电机等轴承应用部位作为出发点,对风电轴承的应用形式进行了总结;其次,介绍了风电轴承的主要失效形式(微剥落、微动磨损、白蚀裂纹、电蚀)并对失效原因和解决措施进行了分析;然后,从研究方式的角度,阐述了有限元法与试验法的研究成果;最后,提出风电轴承力学特性的分析以及失效模式的形成机理研究有待进一步深入,后续研究应注重于建立考虑设计及装配参数的耦合动力学模型,并进行更完善的试验设计以深入分析轴承的失效机制。

An erosion model for the discrete element method

A shear impact energy model （SIEM） of erosion suitable for both dilute and dense particle flows is pro- posed based on the shear impact energy of particles in discrete element method （DEM） simulations. A number of DEM simulations are performed to determine the relationship between the shear impact energy predicted by the DEM model and the theoretical erosion energy. Simulation results show that nearly one-quarter of the shear impact energy will be converted to erosion during an impingement. According to the ratio of the shear impact energy to the erosion energy, it is feasible to predict erosion from the shear impact energy, which can be accumulated at each time step for each impingement during the DEM simulation. The total erosion of the target surface can be obtained by summing the volume of material removed from each impingement. The proposed erosion model is validated against experiment and results show that the SIEM combined with DEM accurately predicts abrasive erosions.

塔里木盆地塔中19井奥陶系蓬莱坝组云灰互层段的岩性旋回特征与“顶侵型”埋藏云化模式的建立

在塔里木盆地西部台地区奥陶系蓬莱坝组地层中,发育了厚层的白云岩与灰岩的互层段,其中塔中19井蓬莱坝组云灰互层段存在着相对固定的岩性旋回,每个旋回上段为泥晶灰岩,中段为粉晶云岩,下段为硅化砂屑灰岩。对旋回3段泥晶灰岩/粉晶云岩/硅化砂屑(球粒)灰岩进行了地球化学研究发现:1)微量元素组成上,相比于泥晶灰岩与砂屑灰岩,白云岩富集大多数种类的微量元素。一般来说,白云岩样品的稀土总量(6.17×10-6～18.62×10-6)都高于互层的灰岩样品(2.86×10-6～6.80×10-6),但在PAAS标准化图解上,两者的配分模式却很一致,指示了白云岩为灰岩云化的产物。2)白云岩化分为两个期次,分别形成了高钡云岩与低钡云岩。高钡云岩表现出了高S特征,指示了Ba以重晶石形式在白云岩中富存;同时高钡云岩其高Fe、Mn含量特征指示了高钡云岩云化卤水来自热液。3)高钡云岩与低钡云岩表现出了不同的碳、氧同位素特征,指示了两期白云岩化事件。高钡云岩δ13C值与灰岩相当,δ18O值较高(-6.0‰～-3.2‰),可能指示了交代流体来源于岩浆热液;低钡云岩δ13C值为-1.7‰～-1.5‰,高于泥晶灰岩,δ18O值变化为-9.7‰～-8.5‰,低于泥晶灰岩,推测交代流体为海水演化热液。4)灰岩87Sr/86Sr值变化很小,为0.708983～0.709039,粉晶云岩白云岩87Sr/86Sr值较高,并且变化范围较大,为0.708914～0.709409,可能由成岩作用演化造成。由于粉晶云岩沿低孔渗条件的泥晶灰岩下层分布,热液流体进入云化体系的方式只能为流体从底部通过裂缝向上运移,遇盖层封堵而沿盖层下层流动发生云化。我们将这种云化模式定义为"顶侵型埋藏云化模式",该模式下形成的白云岩与其上泥晶灰岩构成了良好的储盖组合,具有广阔的勘探前景。

砒砂岩区典型小流域复合侵蚀动力特征分析

以鄂尔多斯高原砒砂岩区水力、风力、冻融交错侵蚀作用为研究对象,选择准格尔旗二老虎沟小流域作为研究流域,对侵蚀环境参数进行定位观测,统计分析水力、风力、冻融作用的年内变化过程。采用数据标准化后的层次分析法,揭示水力-风力-冻融交错作用过程,辨识高侵蚀风险发生的时阈及动力交错模式。研究表明:砒砂岩区复合侵蚀作用可分为风冻交错、风水交错和风水冻交错三个典型动力组合模式,风水交错侵蚀是该地区的主要侵蚀模式;砒砂岩区年内存在三个高侵蚀风险期,即风-冻融交错侵蚀期(2月上旬至3月中下旬),风-水交错侵蚀期(6月中上旬至8月中下旬),水-风-冻融交错侵蚀期(10月中旬至11月中下旬)。

板块俯冲侵蚀雅浦岛弧的地形制约

俯冲侵蚀是一种将地壳及岛弧物质从弧前搬运走的地质过程,会导致弧前物质的缺失,这种地质过程普遍地出现在汇聚型板块边缘。雅浦海沟位于加罗林板块与菲律宾海板块之间,是一个活跃的俯冲带。利用2015年中科院海洋所在西太平洋雅浦海采集的最新的多波束和地震数据,给出了雅浦海沟发生俯冲侵蚀的直接证据:(1)雅浦海沟具有异常短的沟弧间距(41km);(2)海沟呈不对称的"V"字形,增生楔缺失;(3)俯冲板片基底起伏程度大,加罗林洋底高原上洋脊、海山、地垒地堑构造发育;(4)海沟内壁斜坡较陡,弧前斜坡坡度的平均值约8.69°,雅浦海沟的弧前增生楔缺失。揭示了雅浦海沟南北两侧俯冲侵蚀模式的差异,北部的俯冲侵蚀主要由于洋底高原上地垒地堑与上覆板块的摩擦造成,板块之间可能不是直接接触,存在"剥蚀带";南部的俯冲侵蚀主要由于洋底高原上的海山与上覆板块的摩擦造成,板块之间可能是直接接触的。

坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究

在涪陵区水土保持监测分站内建立6个径流小区,对紫色土坡耕地水土流失进行试验监测,结果表明:各小区径流量、产沙量总体随降雨量的增大而增大。自然生态修复措施防治水土流失效果显著,3.66m3的径流量仅有0.41kg·m-3的产沙量,可有效防治紫色土坡耕地的水土流失。采用顺坡耕作措施的小区径流量与降雨量达显著正相关,而产沙量与降雨量未显著相关。径流量和产沙量大小顺序均为25°坡耕地>20°坡耕地>10°坡耕地>15°坡耕地,在15°耕地上径流量与产沙量均为最小,但15°是否是涪陵区最适宜的耕地坡度,仍有待今后收集更多的降雨资料加以分析说明。对一次强降雨进行养分流失观测,养分流失量与径流量及产沙量大小顺序基本一致。开发建设项目弃土弃渣监测点径流量与产沙量均大大高于其他小区,说明开发建设水土保持项目中防治水土流失的重要性。

东北黑土区水土流失治理技术与模式研究评述

东北黑土区被誉为国家粮食生产与供给的"稳压器",是我国重要的商品粮基地。但由于长期过度开发与利用、保护不当,导致水土流失严重,严重制约东北经济社会可持续发展。通过对东北黑土区水土流失现状、土壤侵蚀类型的疏理与分析,总结出当前东北黑土区水土流失防治的工程措施、生物措施和耕作措施,概述了在漫川漫岗区、丘陵沟壑区和农牧交错区推广应用的水土流失治理模式。从新时代水土保持工作角度,分析了水土流失治理存在的问题,并展望提出了对策建议,可为东北黑土区水土保持和黑土地保护工作提供借鉴。

湿陷性黄土地区土壤洞穴侵蚀模式研究

通过野外调查研究,认为土性、侵蚀通道、降雨以及黄土地区的地形地貌是形成土壤洞穴侵蚀不可或缺的四大要素。以水的作用途径、作用方式及其作用结果为主线,将土壤洞穴的形成模式概化为:冲蚀-贯通型模式、冲蚀-潜蚀-贯通型模式、湿陷-潜蚀-贯通型模式、冲蚀-潜蚀-湿陷-潜蚀-贯通型模式以及复合型模式等五大类型。