关于桥面表面排水若干问题的探讨

桥面排水不畅会降低桥梁的通行能力,影响行车安全。在一定的行车速度下,车轮胎面与路面间积水达到某一厚度值,会导致车轮发生"飘滑现象"。为了保障行车安全,桥梁排水系统应有足够的排水能力,确保桥面过水断面在行车道内的水深不至于引起车轮飘滑。就桥面行车道内过水断面水深的控制要求、连续坡桥和平桥的桥面排水系统设计和验算方法等问题进行了深入探讨。

沥青路面表面水膜厚度试验

汽车在有水膜覆盖的路面上行驶时,轮胎与路面之间的附着力降低程度与道路表面水膜厚度有关,道路表面的水膜厚度越厚,附着力降低越多。道路表面的水膜厚度和下面几个因素有关:降雨强度,坡面的构造深度、长度以及坡度。本项目修建9个试验段,包括3种不同的沥青混合料级配和3种不同的坡度,并且进行了人工降雨试验,实测了表面的水膜厚度。根据测得的试验数据,回归了水膜厚度的计算公式,该式和英国的经验公式相比,能够反映出坡面粗糙程度对水膜厚度的影响,可以用于工程实践,预估道路表面的水膜厚度。

基于胎液路的汽车轮胎滑水速度计算方法研究

路面湿滑状态影响行车安全性,雨天行车达到一定速度时,汽车轮胎将与路面彻底脱离,发生十分危险的轮胎完全滑水现象。探索了汽车轮胎受水膜作用而产生滑水现象的机理,讨论了国内外计算轮胎滑水速度的常用方法及其不足之处,并提出了一种综合考虑胎-液-路三者特征参数的汽车轮胎滑水速度数值计算方法。研究结果表明,胎压越低、水膜越厚、路面平均纹理深度越小,则轮胎滑水速度越小,汽车出现滑水的可能性越高。该方法有助于科学地指导制定汽车在积水路面的行驶速度控制策略,降低雨天交通事故风险。

基于FLUENT软件的雨天轮胎动水压强的影响因素研究

动水压强是影响汽车雨天滑水的直接因素。通过建立纵横向花纹轮胎有限元模型,利用Fluent软件模拟不同行驶条件下轮胎所受的动水压强大小以及轮胎不同部位水流速度的分布规律,并根据数据结果回归得出了行车速度、水膜厚度和轮胎花纹深度与动水压强的关系式。结果表明:轮胎所受到的动水压强取决于水膜厚度、胎纹深度及行车速度;随着水膜厚度的增加,动水压强与车速的关系逐渐由非线性向线性转变;行车速度对动水压强的影响最为明显,仅改变轮胎花纹深度不能完全避免车辆滑水。

膜下微润带埋深对温室番茄土壤水盐运移的影响

为探讨微润灌溉对温室轻度盐碱地番茄土壤水盐的影响,通过设置3种不同埋深（10 cm、15 cm、20 cm）,探究了不同微润带埋设深度下,膜内（番茄种植行）、膜间（番茄行间）土壤含水量和含盐量的变化特征。结果表明,膜内、膜间土壤水盐的变化规律在不同埋深下保持一致,膜内土壤水分随时间推移先增大后减小,盐分随时间推移逐渐减小;膜间土壤水分、盐分均随时间推移逐渐增大。膜间土壤含水量始终小于膜内,随着土层深度增加,膜内、膜间土壤含水量差距减小;表层土壤膜内、膜间土壤含水量差距最大,50-60 cm土层膜间与膜内土壤含水量基本趋于一致。微润带埋深大时,土壤含水量较高,开花结果期,20 cm、15 cm、10 cm埋深的土壤含水量分别为23.31%、24.46%及22.42%;且微润带埋深为10 cm时,膜内、膜间土壤含水量差值小于埋深为15 cm和20 cm。膜内土壤含盐量始终小于膜间,微润带埋深越小,膜内、膜间土壤含盐量差异也越小;全生育期内,膜内0-40 cm土层处于脱盐状态,脱盐率随深度增加逐渐降低,离微润带越近,脱盐效果越明显;40-60 cm土层土壤含水量少,盐分含量也较小,为轻微积盐状态。10-20 cm土层水分含量最大、盐分含量最小、脱盐率最高。膜间0-60 cm土层始终处于积盐状态,积盐率随深度增加逐渐降低,0-20 cm土层积盐率最高。开花结果期,20 cm、15 cm和10 cm埋深下,膜内10-20 cm土层平均最大脱盐率分别为24.66%、32.28%和14.71%,15 cm埋深下脱盐率最高;苗期和结果末期15 cm埋深处理脱盐率也达最高,平均最大脱盐率分别为27.42%、24.67%。研究结果充分说明微润带埋深对不同土层深度的洗盐效果具有显著影响。综合来看,微润带埋深15 cm时土层平均脱盐率和土壤平均含水率均最高,分别达到26.05%和25.1%,为番茄生长创造了一个良好的水盐环境,最有利于番茄生长发育,为最佳埋深。

残膜埋深对滴灌条件下粉砂壤土水分入渗影响的试验研究

利用室内模拟试验,设置高低两个滴灌流量(0.5、2 L/h),根据残膜在土壤中的上、中、下3个位置研究不同残膜埋深对滴灌入渗湿润体形状、入渗速率以及土体内含水率分布的影响。结果表明:残膜埋深越深滴灌结束时湿润范围越小,残膜区湿润体曲线呈不规则现象;残膜区水分入渗速率明显低于对应其他处理该层的入渗速率(P<0.01);残膜区土壤含水率明显高于无残膜区,并且随着残膜埋深增加,土体内最高含水率呈增加趋势,且不同滴头流量处理不同残膜埋深对滴灌入渗的影响相似。故残膜在土壤中埋深位置的不同对滴灌入渗有较大的影响,掌握残膜在土壤中不同位置对入渗的影响对于制定残膜存在下合理的灌溉制度具有重要意义。

机场水泥混凝土道面水膜厚度试验研究

针对雨天飞机在有水膜覆盖的水泥混凝土道面上滑跑时,易发生滑水现象引发交通事故的问题,利用人工降雨模拟试验,获得了水泥混凝土道面在3种不同降雨强度、5种不同排水长度及5种不同坡度变化下的水膜厚度试验数据。采用极差分析法,得到了水膜厚度影响因素的主次顺序。利用Minitab软件对试验数据进行回归分析,建立了水泥混凝土道面水膜厚度计算模型,并使用模型得到了不同平面尺寸道面在达到NASA试验水膜厚度时对应的降雨强度值。结果表明,在影响水膜厚度的3个因素中,排水长度起主要作用,降雨强度次之,道面坡度作用最小;3个影响因素均与水膜厚度显著相关,其中路表水膜厚度随道面排水长度的增大而明显增大,随降雨强度的增大而增大,随道面坡度的增大先迅速减小,然后减小趋势变缓;在2.90 mm/min的降雨强度下,60 m宽双面坡水泥混凝土机场跑道边缘水膜厚度达到4.09 mm,200 m宽度的飞机停机坪边缘达到NASA试验水膜厚度7.62 mm;以咸阳机场二期工程为例,绘制了在降雨强度1.954 mm/min下,指廊间停机坪的水膜厚度等值线图,其中机坪中部左右两端位置的水膜厚度预测值超过12 mm,与2.03 mm/min实际降雨强度下,停机坪该位置实测结果 13.8 mm及14.6 mm相吻合,说明计算模型可靠度高,可用于指导工程实践。

有色冶炼高盐膜浓水深度除钙

有色冶炼企业采用膜分离技术实现废水“零排放”的同时产生一部分含盐量高、成分复杂的膜浓水,难以直接回用于生产和综合利用。采用蒸发结晶和电渗析资源化等方法处理时,由于钙离子浓度高,影响设备稳定运行。因此采用化学沉淀法和离子交换法进行了高盐膜浓水的深度除钙研究,结果表明,采用碳酸钠法除钙的效果有限,最低可处理至15 mg/L左右。采用树脂法离子交换法除钙效果较好,可降至1 mg/L以下,KY003特种除钙树脂对钙离子的离子交换量明显优于D001大孔型树脂,KY003特种除钙树脂对钙离子最大离子交换容量为135 mmol/L。树脂吸附除钙后可通过酸碱进行再生,采用“淋洗+浸泡”再生法再生效果较好,KY003特种除钙树脂再生率为92.5%。

一年一作旱地麦田休闲期地膜覆盖保水对植株氮素利用的影响

[目的]探究一年一作旱地小麦休闲期地膜覆盖保水提高底墒基础上对植株氮素利用、氮效率的影响,寻求实现水氮高效利用的最佳地膜覆盖方式。[方法]开展全膜覆盖、起垄半覆盖、不起垄半覆盖、不覆盖4种覆盖方式下对水分和氮素利用影响的大田试验研究。[结果]休闲期地膜覆盖后,播种至孕穗期0~1m土壤蓄水量显著提高,采用全膜覆盖和起垄半覆盖较不起垄半覆盖、不覆盖显著提高播种期土壤蓄水量,分别达14 mm、42 mm和12 mm、40mm,提高水分利用效率,且以全膜覆盖效果较好。休闲期地膜覆盖后,各生育时期植株氮素积累量提高,尤其中后生育阶段,有利于花前贮存氮素的运转,籽粒氮素积累增加,提高氮素吸收效率9%~32%、氮素收获指数2%~10%、氮素生产效率11%~30%,且以全膜覆盖效果较好。[结论]休闲期地膜覆盖有利于蓄积降雨,提高底墒,全膜覆盖更有利于水分利用效率、氮素吸收效率、氮素生产效率的提高,实现水氮耦合。

沙管深度对盐碱土膜孔灌土壤水盐运移的影响

通过室内不同沙管深度的盐碱土膜孔灌自由入渗试验,研究了沙管深度对盐碱土土壤水盐运移的影响。结果表明,相同入渗时间,累计入渗量随着沙管深度的增加而增加,并与入渗时间呈幂函数关系;不同沙管深度的湿润锋运移距离随着时间延长而增大,与入渗时间符合幂函数关系;相同入渗时间,湿润锋运移距离随着沙管深度的增加而增大;随着距沙管中心距离的增加,不同沙管深度的土壤含水率减小,电导率值增大;随着沙管深度的增加,脱盐区范围逐渐增大。以上研究结果可为盐碱土改良措施提供合理依据。

宏观形貌对沥青路面黏性滑水的影响分析

为研究宏观构造对潮湿沥青路面抗滑性能的影响,引入宏观形貌概率正态分布模型,构建潮湿路面-车轮相互作用下的动水压力解析方程及数值解算方法;并将分布模型与现行的路面抗滑指标MTD相联系。在此基础上,以黏性动水压力为基本指标,分析潮湿工况下,AC-13、SMA-13及OGFC-13这3类路型的路面抗滑性能。计算表明,潮湿路面薄层水膜条件下的黏性滑水不完全等同于积水路面条件下的惯性滑水,其胎下动水压分布沿行驶方向显现出非线性变化的特征,且在胎面临近完全接触区边界附近达到峰值后迅速衰减;同时,黏性滑水产生的承载力随行驶速度呈线性增长。另一方面,黏性滑水产生的动水压力与水膜厚度和路面构造深度的比值相关:当路面水膜厚度h在0~3σ之间,动水压力明显随水膜增厚而减小、随构造深度的增加而减小;当路面水膜厚度大于3σ或构造深度足够大时,水膜厚度和构造深度的影响将随之减弱。

路面水膜深度预测模型验证试验

为了研究不同降雨条件下道路路面水膜深度的变化情况,通过3个全尺寸预制路面模型(6m×3m)在模拟降雨大厅中6种不同降雨强度及7个不同坡度下的水膜深度观测试验,实测了路面水膜深度,根据试验数据标定了水膜深度回归模型,验证并校核了国内外既有水膜深度预测模型的计算结果。研究结果表明:国内外已有的几种典型路面水膜深度预测模型中,回归模型的预测精度高于数学物理模型,其中以RRL模型和Gallaway模型与提出的回归模型差异最小;各回归模型参数存在差异,主要是由于标定回归模型的水膜深度观测值受试验条件的影响较大;当降雨引起路面产生水膜时,影响路面摩阻系数变化的水膜应以包含路面构造深度的平均水膜深度作为表征,而不是除去路面构造深度的路面水膜深度。

钢桥面铺装表面动水压力仿真分析

钢桥面铺装表面动水压力的存在,既会降低钢桥面铺装的抗滑性能,又会破坏防水黏结层并腐蚀钢板。为了研究不同工况对钢桥面铺装表面动水压力的影响,采用FLUENT建立轮胎在有水膜钢桥面铺装层表面行驶的有限元模型,模拟不同行驶速度、不同水膜厚度及不同花纹深度等条件,并计算钢桥面铺装层表面的动水压力值。研究结果表明动水压力的形成原因是:车辆高速行驶时,流向轮胎接地区域的水量超出轮胎花纹的排水能力,少量的水通过轮胎纵向花纹排出,大量的水在胎面前端滞留,形成动水压力;在车辆不产生滑水的情况下,水膜厚度越厚、行驶速度越高,产生的动水压力越大;轮胎花纹磨损量的增加对排水不利,已磨损轮胎产生的动水压力值比新轮胎产生的动水压力值大。

路面薄水膜状态对行车安全的影响

为研究降雨天气下路面薄水膜状态对行车安全性的影响机理,通过借鉴斯特里贝克曲线中关于流体润滑状态的描述,认为存在薄水膜的轮胎与路面之间的关系符合该曲线中的典型状态。基于此,可通过测试薄水膜状态下路面摩阻系数的变化,来反映车辆在有水膜的湿滑路面行驶中轮胎与路面之间的接触状态。采用动态摩阻系数测试仪,针对3种不同构造深度的典型路面试件,开展不同水膜厚度下的动态摩阻系数测试试验,基于试验观测数据,建立不同滑动速度下水膜厚度对应的动态摩阻系数非线性回归模型,并绘制了模型曲线。基于模型曲线,提出了影响行车安全的临界水膜厚度的概念及取值,以临界水膜厚度来反映轮胎在水膜路面行驶中从混合润滑到流体动力润滑的过程。结果表明:当滑动速度分别为20、40、80km/h时,临界水膜厚度分别为0.48、0.44、0.39mm;在速度一定时,当路面水膜厚度超过临界水膜厚度,黏性水滑发生的风险显著增加;受薄水膜影响,路面构造深度越小,摩阻系数下降越快,摩阻系数值也降的更低;在受降雨影响较严重的地区,路面构造深度越高的路面类型,即采用粗集料的路面,更有利于轮胎与路面之间水膜的排出,从而提高车辆在薄水膜状态下的行车安全性。