塔里木河植被根系对河岸冲刷特性影响的现场试验

为研究现场条件下植被根系对河岸冲刷特性的定量影响,设计制作了冲刷试验装置,在塔里木河干流上游选取了4个典型位置,开展了胡杨、芦苇、红柳和骆驼刺4种典型根系的18组土体起动切应力和冲刷系数现场试验。试验结果表明:①起动切应力随根系含量增大基本呈幂函数关系增大,且相同根系含量对应起动切应力红柳最大,胡杨和骆驼刺次之,芦苇最小;分析了单位根系含量变化对起动切应力的影响效果,其顺序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。②建立了起动切应力与根系体积密度的定量关系式;根系的存在可以减小土体冲刷系数,其值随根系含量增大基本呈幂函数关系减小,且单位根系含量增加对冲刷系数的减小效果次序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。③建立了有、无根系影响的冲刷系数与起动切应力幂函数关系式,并与已有试验结果进行了对比分析;本文试验结果与现有研究结果规律一致,但对应的系数和指数均有所差异。研究成果能为塔里木河植被护坡和河岸冲刷过程计算提供参考依据。

砂砾土注浆结石体抗冲刷特性试验研究

砂砾土广泛分布于洪涝灾害多发区,而注浆是提高土体抗冲刷能力的一种常用方法,探明注浆对砂砾土抗冲刷特性的影响对于提高砂砾土路基的防洪性能有重要指导作用。通过自行设计的动水冲刷试验台进行砂砾土注浆结石体动水冲刷试验,以颗粒冲刷流失率作为注浆结石体抗冲刷性能的定量评价指标,研究砂砾土注浆结石体在不同动水流速、含水率、注浆量以及养护龄期下的冲刷特性变化规律,并采用灰色理论分析动水流速、含水率、注浆量以及养护龄期与砂砾土注浆结石体颗粒冲刷流失率之间关联度。结果表明,冲刷的动水流速越高,砂砾土注浆结石体的颗粒冲刷流失率越高;砂砾土处于低水流速环境中时,增大注浆量可有效降低砂砾土的颗粒冲刷流失率;当砂砾土处于高水流速环境时,通过提升注浆量并不能有效提高抗冲刷效果;砂砾土注浆结石体在处于最优含水率时抗冲刷能力最强;随着注浆量的提升,结石体抗冲刷能力不断增大,但增速逐渐降低,而留存结石体形态逐渐从不规则锥形体发展为椭球体,留存结石体的尺寸也在不断增大;随着养护龄期的增长,注浆结石体的抗冲刷能力有一定的提升,但增长速度逐渐降低趋于平缓;对砂砾土结石体冲刷流失率影响程度从大到小依次为动水流速、含水率、注浆量和养护龄期。

坎式阶梯溢流堰的冲刷特性研究

坎式阶梯溢流堰,即在传统阶梯溢流堰的台阶上增加尾坎结构,达到减小流速、减少冲刷的目的。为研究阶梯水平面上的尾坎位置与冲刷特性之间的关系,运用Flow-3D软件对坎式阶梯溢流堰的冲刷特性进行数值模拟,得到尾坎与台阶水平面末端出口之间的距离为0.5m和10m条件下,坎式阶梯溢流堰的水流流态、最大冲坑深度和位置、冲坑长度等。结果表明尾坎布置越靠近阶梯溢流堰的台阶末端,消能效果越好,冲刷深度更小。

护岸不护底水垫塘底板冲刷特性试验研究

针对乌东德水电站下游水垫深厚的特点,坝后水垫塘拟采用护岸不护底布置型式。通过1∶100水工整体模型试验,观测分析了坝后水垫塘底板基岩的冲刷特性。不同型式泄水孔对底板冲刷影响的比较研究表明:在边表孔挑角、中间表孔俯角的布置格局下,较大泄量工况时,底板基岩均受到不同程度的冲刷;表孔挑坎段增设齿坎不能有效减轻底板基岩的冲刷;在边表孔俯角、中间表孔挑角的布置下,底板基岩冲刷较轻微。

边坡植被固土抗冲刷特性及其护坡机理研究

为了研究植物对土体蒸发速率和抗冲刷特性的影响及其变化规律,选择常用护坡植物黑麦草与紫花苜蓿两类植物进行蒸发试验和抗冲刷试验,分析了在不同植物种子配比条件下,试样在植物生长时期的蒸发速率,结合图像二值化方法得到植物生长14 d后的植被覆盖率,分析不同植物种子配比条件下土体抗冲刷特性。植物生长试样所用混合植物种子设置5种配比,黑麦草与紫花苜蓿的配比分别为1∶0、0.7∶0.3、0.5∶0.5、0.3∶0.7和0∶1,植物生长周期设置为14 d。试验结果表明:紫花苜蓿在植被生长发育前期对土体蒸发速率影响效果更为显著,在生长稳定期所有配比的试样蒸发速率趋于一致;利用图像二值化方法得出黑麦草与紫花苜蓿配比为3∶7时植被覆盖率最高,为80.1%;混合配比试样的植被覆盖率的提高,其发育的植物茎叶减少雨水对土体的冲击并减弱径流侵蚀,不同类型的根系与土体结合,增大根系影响深度并增强加筋作用,增强了土体抗冲刷性能。

黄河下游在役桥梁群桩基础冲刷特性

为了探明黄河下游在役桥梁群桩基础的冲刷特性,对郑州刘江黄河公路大桥群桩基础进行了冲刷深度测试。测试结果表明:黄河河道展宽作用使得黄河水流对桥梁群桩基础的冲刷主要表现在侧向冲蚀,而非河道处为垂直向下冲刷,导致跨黄河桥梁群桩基础局部冲刷坑最大深度位置并没有全部出现在群桩迎水侧前方,而是部分出现在顺水流方向的侧面;黄河水流对跨黄河桥梁群桩基础冲刷作用最强烈的位置并不是主河道水深最深或水流流量最大的位置,而是在主河道两侧的位置;一般情况下,在顺水流方向,跨黄河桥梁群桩基础迎水侧冲刷深度大于背水侧,迎水侧的冲刷坑坑壁坡度较背水侧陡;群桩基础冲刷坑边缘大多数在距承台2.25倍桩径处;河道转弯对河床冲刷的影响较大,转弯外侧的河床冲刷更为严重,建议在设计中适当增大河道转弯外侧桩基的最大设计冲刷深度。

圆柱桩群局部冲刷特性试验

通过在宽长水槽中进行的单向恒定均匀流作用下,不同桩群、不同流速或不同水深情况下的圆柱桩群局部动床冲刷对比试验研究,分析试验后水槽地形变化的资料发现:圆柱桩群局部冲刷非常复杂,圆柱桩群的存在极大地改变了原有的水沙运动状态,加剧了桩群所在底床泥沙的冲淤。圆柱桩群对其所在底床冲淤影响特性不能只用桩群阻力简单解释,而与圆柱排列形式关系最为密切、影响也最大,水流流速及水深的影响实际通过圆柱桩群对流场改变的性质及程度来反映。

杭州湾跨海大桥海中平台区海床冲刷特性

杭州湾跨海大桥海中平台位于杭州湾大桥中间位置,海中平台下部群桩结构与平台上游各系列匝道墩、大桥主墩形成了复杂的墩群结构,受其影响,海中平台区域海床冲刷较为剧烈。为深入了解海中平台区海床冲刷特性,应用多年实测地形测量资料,对海中平台区的海床地形特征、建桥前后海床冲淤变化规律进行了分析,研究各匝道墩最低冲刷高程分布,并应用数值计算模型分析了海中平台区的水动力分布特征,揭示了匝道墩海床冲刷机理。研究发现,与建桥前相比,海中平台区大桥轴线上游500 m~下游1000 m范围内海床发生整体一般冲刷,在海中平台南北两侧,受局部绕流影响,产生明显的局部冲刷,最大冲刷达14 m。平台南北两侧向上游延伸的局部冲刷槽影响到平台上游的匝道墩,导致部分匝道墩附近海床高程普遍较低。整体来看,位于桥轴线上游的ZB和ZC系列匝道墩因受到海中平台绕流及主墩绕流的叠加影响,导致其最低海床高程明显低于位于桥轴线下游的ZD和ZE系列匝道墩,各匝道墩最低海床高程与涨潮流流速大小具有一定的相关性。

大直径泥水盾构常压刀筒冲刷特性研究

泥水盾构穿越粘土、泥岩地层时,粘性渣土易堵塞刀筒,造成滚刀自转受阻、偏磨严重,大幅度降低刀具使用寿命,制约盾构机掘进效率的同时带来较大经济损失。针对刀筒堵塞问题,本文采用CFD方法建立刀筒冲刷固液两相流模型,模拟刀筒内冲刷管路清除渣土过程,分析喷嘴进口压力对冲刷效率的影响规律,提出喷嘴进口压力应保持在9 bar以上的结论。进一步对喷嘴布置参数寻优,以喷嘴布置参数和剩余渣土体积分数λ分别作为BP神经网络的输入和输出进行训练,并将预测值作为适应度,采用遗传算法求解最优布置参数。结果表明:布置参数为Distance=142 mm、Angle=165°、Depth=35 mm时能取得最优冲刷效果;采用优化后的布置参数进行仿真,冲刷20 s后λ值由优化前的44.43%下降至8.89%,冲刷效果显著增强。

开化水库差动式阶梯溢洪道的冲刷特性分析

本文针对开化水库工程的一种新型差动式阶梯溢洪道,通过数值计算方法分析不同溢洪道坡度下游的冲刷特性,包括最大冲坑深度和位置、最大淤积高度和位置、冲坑长度等。结果表明,坡度一定时,冲坑深度、淤积高度和冲坑长度随上游水深的增加而增大。而上游水深一定且坡度为26.6°时的最大冲坑深度最小,但淤积高度和长度却最大。此研究结果可为工程防冲设计提供有效参考。

全风化花岗岩注浆加固体抗冲刷特性试验研究

突水突泥是全风化花岗岩隧道施工中常见的地质灾害,土体颗粒的流失和抗冲刷特性是决定全风化土体发生突水的关键因素。为了研究注浆加固体颗粒流失与抗冲刷特性,自行设计注浆试样制备及抗冲刷试验装置,能够实现全风化花岗岩劈裂、挤密注浆试样制作,以及模拟注浆加固体受水流冲刷的关键过程。利用该试验装置开展注浆量、动水流速、养护龄期、土体初始含水量等因素对注浆加固体的颗粒流失与抗冲刷特性试验研究,并定义颗粒流失率指标来定量评价土体颗粒流失与抗冲刷特性。试验表明:注浆加固体抗冲刷特性随注浆量及其养护龄期的提高均明显改善,动水流速的增加显著加大颗粒流失,含水量过低或过高时,加固体的抗冲刷特性均较差,存在一个最佳含水量值使得抗冲刷特性最优。同时,单位浆液量胶结土体范围(浆液胶结率)随注浆量呈二次抛物线变化,且浆液胶结率峰值随动水流速的提高向高注浆量方向移动。最后,根据试验结果提出地层注浆量的计算方法及含水量分区治理的原则。

青草沙水库北堤丁坝群保滩工程冲刷特性试验研究

该文采用定床试验和动床试验相结合的研究方法研究青草沙水库北堤丁坝群的坝田区流态和坝头区冲刷特性,分析软体排对丁坝坝头及坝田区的防冲刷效果。结果表明,丁坝群护岸保滩作用效果良好;在丁坝坝头近区局部流速较大,极易造成坝头局部冲坑深度较大,不利于坝头稳定;在坝头区设置软体排可以保护丁坝坝头,使其有效避免冲刷破坏影响。

全风化混合花岗岩边坡降雨冲刷试验研究

为了探究全风化混合花岗岩的冲刷破坏演化规律,设计了坡面降雨冲刷试验。借助高密度电法和面波测试方法,选取云南临沧南部山区混合花岗岩边坡进行现场冲刷试验,并构建了全风化混合花岗岩边坡入渗侵蚀量化评估方法,对全风化混合花岗岩边坡降雨冲刷破坏特征进行了分析。结果表明:1)边坡受雨水冲刷的影响深度分为3层,即0~0.5 m表层、0.5~1.6 m中层和1.6 m以下深层;2)侵蚀过程分为3个阶段,即①雨水溅蚀、入渗阶段,雨水溅蚀,坡面岩土体结构发生初始破坏,平均电阻率升高,剪切波速降低;②下层潜蚀入渗饱和阶段,雨水入渗饱和,岩土体结构进一步破坏呈松散砂状,坡面径流量较小,表层岩土体保持较好的完整性;③细沟贯通冲蚀破坏阶段,表土层平均电阻率迅速升高,剪切波速大幅度降低,坡面径流量增加,细沟贯通延伸至坡脚并出现大规模片蚀。以剪切波速变化率和电阻率变化率为基础建立的全风化混合花岗岩边坡入渗侵蚀量化评估方法,可为全风化混合花岗岩工程边坡冲刷治理提供可靠的技术支撑。

泥沙河道管线冲刷的紊动强度及雷诺应力特性实验探究

本研究借助实验室比尺模拟实验的方式,对河道管线冲刷的紊动强度及雷诺应力特性进行实验研究,探究泥沙河道管线未冲刷、起冲刷和冲刷裸露至稳定工况下的管线紊动强度及雷诺应力演变规律,为泥沙河道管线的设计施工提供实验数据参考。实验揭示,各工况条件下,中层液面以上1.5倍管线直径的管线后方区域的雷诺应力与紊动强度数值较大,此范围内管线应加以保护,管线埋设应尽可能靠近沙泥底层。

水下群桩局部冲刷坑特性试验研究

为了研究桥墩横向间距和水下群桩的布置形式对局部冲刷坑特性的影响,通过在水槽模型中进行冲刷试验,得到不同情况下桥墩局部冲刷坑特性变化情况。试验结果表明:距离很近的两个桥墩局部冲刷坑特性不同于单一桥墩的情形。为了避免因桥墩相互作用而导致局部冲刷深度的增加,两个桥墩横向间距Zc应大于8倍桥墩直径。且当群桩间距Zc取6倍桩径时,梅花形群桩的抗冲性能优于行列形。

某水电站泄洪底孔消能工体型优化

针对某水电站消能区狭窄、左岸水电站尾水渠易受到影响的问题,为了将水舌导向消力池中央,进行了挑流导向方案和面流扩散方案体型优选,最终推荐体型为面流扩散式消能工,并采用模型试验和数值模拟相结合的方法对原设计体型和推荐体型的流态、底板时均压强、脉动压强、流速分布、冲刷特性和消能率进行了对比研究.结果表明:原设计窄缝方案消能效果良好,但水舌主流集中在左右岸两侧,造成了两岸局部冲刷;而面流扩散式方案使下泄水流形成自由面流流态,并快速扩散至整个河道,消能区扩大,有效地降低了底板时均压强、脉动压强、临底流速,且流速和压强分布更加均匀,使得下游河道的冲刷坑深度减小了34%,冲刷范围减小了35%,保障了左岸水电站的安全运行,推荐方案可为类似工程提供参考.

台阶式丁坝水动力特性及防冲效应

丁坝是航道整治工程中广泛采用的一种整治建筑物,然而丁坝坝头复杂的水流结构,常导致坝头局部冲刷,易诱发丁坝水毁。为减弱坝头的水流动力,提出了设置台阶式坝头的新型丁坝结构形式,并通过水槽试验研究了台阶式丁坝的水动力特性及冲淤特征。研究表明,台阶式坝头能逐级分散坝头的集中绕流,消弱坝头脱离涡的涡量强度,而台阶的台面也能逐级阻挡坝头下潜流,消弱其对床面的直接冲击;同时,台阶台面具有挑流作用,使得最大流速或最大紊动强度区相应外移,也有利于坝头的稳定。试验还研究了台阶级数、宽度以及坝身下游边坡是否设置台阶等对控制局部冲刷坑的影响。试验发现,台阶级数相对越多,宽度越宽,其减小局部冲刷的效果越好;坝身下游边坡设置台阶增大了台阶台面阻挡下潜流及挑流的面积,也有利于控制局部冲刷的发展。

润扬大桥桥墩冲刷模型设计

采用二维数学模型与局部概化物理模型结合,对润扬大桥新型桥墩型式的冲刷特性进行研究。数学模型计算桥址附近的流场并为物理模型提供边界条件,物理模型研究不同流量条件下桥墩的局部冲刷特性。设计中数学模型根据润扬大桥桥址所处位置及水文特点,对计算范围、设计流量和边界条件等主要问题进行探讨,保证了流场计算的精度,物理模型特别考虑模型设计中的模型比尺、模型沙选择及定床水流验证和动床输沙率定等因素,为研究成果的可靠提供了保证。

水下大直径泥水盾构刀盘面板冲刷系统设计研究

苏通管廊越江隧道工程是我国近几年较为典型的水下大直径泥水盾构工程,盾构穿越地层以淤泥质黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂等地层为主,在掘进过程中较易结成泥饼。文章依托于苏通管廊越江隧道工程,基于刀盘面板冲刷仿真模型实验,分析刀盘掌子面区域的流场分布特性,提出刀盘冲刷喷头数量和位置的优化设计方案。通过现场冲刷试验分析表明采用该刀盘面板冲刷系统,冲刷效果较好,可以保证刀盘中心冲刷区域及开口的流畅性。通过现场掘进实验分析表明在掘进过程中及掘进贯通完成后并没有出现结泥饼现象,刀盘中心冲刷系统的设计可满足工程需求,达到较优的冲刷效果。

低闸枢纽护坦式消能工闸后冲刷试验研究

低水头、径流式电站的下泄水流弗氏数较小,消能效率低,往往造成下游河道的冲刷,甚至影响枢纽的安全。本文考虑山区河流的特点,结合四川某电站,对以急流方式与下游河道连接的护坦式消能工的出闸水流流态和下游冲刷特性进行了比较研究,提出了在护坦上设置隔墩、在护坦末端设王防冲槽、对左右岸坡进行护脚的消能防冲措施。试验结果表明满足了该工程的消能防冲任务。