长江与洞庭湖汇流段水面比降的特征变化分析

基于线性倾向回归趋势分析方法,对长江干流段1996—2017年间监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段日平均水面比降进行趋势分析,结果表明:①汛期(5—10月)监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段的水面比降呈上升趋势;消落期(5—6月)监利~莲花塘河段水面比降呈微弱下降趋势,莲花塘~螺山河段水面比降呈微弱上升趋势,主汛期(7—8月)和汛末期(9—10月)监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段水面比降呈显著上升趋势;②三峡工程蓄水运行后,长江干流监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段水面比降均有所增加,幅度分别为6.08%和10.67%。

右江航道整治工程河段比降观测方法探讨

针对右江航道整治工程比降观测要求,对比降观测的方法进行探讨。采用纵比降与河心比降相结合的实施方案,重点对河心比降水准测量方法进行论证。通过在竹筏上设置可调节管状水准尺的水面比降器,采用水准测量的方法测量河心水面高程,结合全球卫星导航系统-载波相位差分技术(GNSS-RTK)测得的坐标等信息,提高河心比降观测精度。结果表明,水准观测的方法可实现毫米级观测精度,比GNSS-RTK观测河心比降的精度更高。

比降河道内船舶航行特性及尺度效应分析

长江航道水面比降对船舶水动力性能有着直接影响,为探究不同尺度船舶在比降水域的水动力特性区别,以KCS集装箱船为对象,借助计算流体力学(CFD)软件Star-CCM+求解RANS方程,结合流体体积(VOF)方法对比降水域船舶航行进行数值模拟,并从船舶阻力、姿态、艉部伴流和自由液面等方面对船舶尺度效应进行分析。结果表明:由于船舶纵倾角度普遍大于水面比降,数值计算所得比降阻力大于经验公式计算结果;模型尺度航行阻力中摩擦阻力占比大于实船,压阻力占比随比降增大而增大;模型尺度尾部轴向伴流区大于实船,伴流区随水面比降增大而收缩,螺旋桨推力减小,船舶沿水面坡度上行难度增大。研究结论对船舶沿水面坡度航行决策有指导意义。

红兴水库坝基临界渗透比降研究

土体的渗透稳定性取决于渗透水流对土体的作用力与土体的阻抗力。渗流对土体的作用力取决于渗流场的渗透比降,它是引起渗透破坏的主动力;土体对渗透水流的阻抗能力即抗渗强度,用抗渗比降来表征,其大小取决于土的颗粒组成及结构特征。通过分析坝基土的颗粒组成及其结构特征,结合渗透破坏机制及渗透破坏类型理论,分析了红兴水库坝基土体可能发生的渗透破坏类型,并给出坝基的临界渗透比降为0.25。

梯形断面直角弯道水面比降特征研究

天然弯道因凹岸受横向环流的冲刷作用,其断面形状常常表现为梯形,由于弯道水流的复杂性和数学手段的限制,目前梯形断面弯道水面比降分布规律的研究尚不充分。采用理论分析和模型试验相结合的手段,讨论了梯形断面直角弯道水面比降的分布特征与计算方法,并尝试建立了相应的理论公式,为进一步揭示弯道水流流速分布和弯道泥沙起动等方面的规律提供了帮助。

粘性泥石流坝后回淤比降的实验

拦挡坝坝后回淤比降是泥石流防治工程设计中的一个重要参数。本实验选取粘性泥石流,开展了沟床纵比降为9.5%～26.2%共8组和重度17～22 kN/m3共6组的坝后回淤比降的模拟实验。实验发现:1.在沟床纵坡为9.5%、12.1%、14.4%、16.7%、18.9%、21.3%、23.8%和26.2%时,其回淤比降分别为8.08%、9.8%、11.38%、12.69%、14.55%、16.61%、18.56%和20.96%;2.回淤比降比值在0.76至0.85间,平均0.80;3.回淤比降随沟槽纵比降的增大而增大,二者呈线性正相关,相关系数在0.95以上;回淤比降随重度的增大,总体呈缓慢增大的趋势,关系为二次函数关系。由此建立了回淤比降与重度和沟床纵比降的关系式:i=0.6014×γ0.0526×i0.94700,据此可以初步确定回淤比降的设计值。

采砂活动影响下的河道水面比降变化

受河道无序采砂的影响,局部河段水流流态变得复杂,从而影响船舶通航条件。根据实测河道地形资料及水文资料,分析了赣江下游樟树至外洲河道采砂后局部河床最大比降的历年变化,并运用一维水流数学模型计算了历年不同流量的河道水面线变化,分析了水面线局部最大比降与河床比降的关系。结果表明,受河道采砂影响,局部水面比降明显增加;局部水面最大比降与河床比降密切相关;随着流量的增加,水面最大比降减小,水面比降受河床的影响程度减弱。

堆积体对不同比降河流壅水影响研究

河流中大型堆积体的存在,引起河道局部过流面积的减小,从而导致上游壅水,引起上游局部河段水位抬高,在堆积体附近则产生局部较大的附加比降,造成水位的急剧跌落。通过水槽试验研究了不同堆积体尺度条件下的河道壅水影响特性。探讨了不同主河道河道比降(水动力条件)下的最大壅水高度、附加比降的变化规律。结果表明:相对壅水高度随堆积体尺度增加而加大,与主河比降存在正相关关系,但进入急流以后,比降影响将削弱。对试验资料进行参数拟合,给出了不同水动力条件下的相对壅水高度与阻水率间的相互关系。分析了急、缓流条件下堆积体阻水特性在物理机制上的差异。

考虑起始比降的饱和土体一维复杂非线性固结研究

在固相物质坐标下推导出了考虑起始比降的饱和土体一维大应变固结控制方程。从新方程可以看出,要综合考虑土体固结过程中的渗流非线性,要同时考虑起始比降和渗透系数随孔隙比的变化。采用Mesri提出的两个经验关系式进一步推导出了新的控制方程。借助偏微分有限元软件FlexPDE对3个算例进行了分析。分析结果表明,土体固结开始阶段超静孔压先略微增大,然后减小,类似于Mandel-Cryer效应。起始比降越大,土层越深,该现象越显著。虽然超静孔压最大值随起始比降的增大而增大,但增量很小。如此微小的增量在室内试验和实际工程中是很难观察到的。因此在绝大多数实际工程中,不必考虑起始比降,经典的达西定律是适用的。该研究说明了考虑起始比降、几何非线性以及材料非线性对研究Mandel-Cryer效应的重要性,更深入地认识了饱和软土的固结性状。

变坡陡比降河道强输沙下泥沙淤积与水位激增的试验研究

山洪常常挟带大量松散块体汇入山区性河道,使河流处于强输沙状态。强输沙水流进入中下游河段后,由于坡降变缓,会衍生出河床地形的淤积抬高,使水位大幅度的升高。通过变坡陡比降水槽,采用单因素控制法研究了强输沙条件下河床地形的冲淤发展及水位变化规律,并根据河流自动调整作用机理,分析了河道淤积发展传播规律,揭示了泥沙在山洪中的附加致灾作用。试验结果表明:上游陡坡河道的强输沙水流,进入下游较缓河段时,在床面可发生淤积,该淤积影响可快速向上游传播,导致河床大范围淤高。其淤积起始位置和淤高厚度与水流强度、含沙浓度等因素有关。更为严重的是,局部淤积发生后,床面比降的变化可能会改变局部河段的急流状态,使淤积锋面处发生水跃,从而显著提高洪水水位。试验发现当上游泥沙补给减弱后,淤积的床沙又快速被水流冲刷掉,使洪水之后很难发现河床淤积的痕迹。

动态承压水作用下深基坑底部弱透水层的出逸比降解析研究

根据深大基坑坑底弱透水层的一维越流模型,求解了承压水头变化引起的坑底弱透水层中的超静孔隙水压力和出逸比降的解析表达式。当坑底土层渗透系数较大时,出逸比降计算结果与传统方法的出逸比降求解结果一致,验证了出逸比降解析解的正确性。基于出逸比降解析解,分析了动态承压水作用下坑底出逸比降的变化规律和影响因素。结果表明:当基坑坑底弱透水层厚度一定时,土体渗透系数、压缩模量或承压水头波动周期越大,出逸比降波动越明显,幅值越大,相位差越小;出逸比降影响因素可通过与土体渗透系数和压缩模量正相关,与承压水头波动的角频率和弱透水层厚度的平方负相关的无量纲因子统一表示。最后通过工程实例表明,对于坑底弱透水层渗透系数较小的情况,降承压水头引起的出逸比降减小幅度不大并存在明显滞后性,对基坑的抗渗流稳定性具有不利影响。

变坡陡比降河道泥沙淤积逆向发展速度的试验研究

针对山区性河流上陡下缓的比降特点,通过变坡陡比降水槽采用单因素控制法,研究了强输沙状态下加沙强度、流量及泥沙粒径对泥沙淤积逆向发展速度的影响。试验结果表明:上游陡坡河道的强输沙水流,进入下游略缓的陡坡时,在床面可发生淤积,该淤积影响向上游传播的速度与加沙强度、流量及泥沙粒径有关。上游加沙强度越大、来流流量越小或加沙粒径越大,泥沙淤积逆行发展速度越快。泥沙逆向淤积发展的速度还与河床比降有关,总体上,比降越小,逆向淤积发展速度越快。

初始孔压非均布考虑起始比降的一维固结解

研究了考虑起始比降的一维固结问题,获得了初始孔压非均布条件下考虑起始比降的一维固结解答,并与已有文献解答进行了对比,讨论了考虑起始比降后土体的一维固结特性。计算分析表明,当初始孔压降小于起始比降时,渗流并不会在整个土层中瞬间发生,而是逐渐向下发展的,起始比降越大,渗流边界移动速度越慢;固结结束时,土体中的孔隙水压力并不会完全消散,且起始比降越大,残余孔隙水压力越大。与不考虑起始比降不同,均质地基平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,随着起始比降的增大,按沉降定义的固结度随之增大,而按孔压定义的固结度则随之减小。

船闸灌泄水引航道内波幅与比降研究

通过研究船闸灌泄水非恒定流在引航道内长波运动的水力特性,分析了船舶(队)在引航道中航行、停泊及船闸运转的影响。从而得出,引航道允许比降应按控制船型确定,引航道断面设计应顾及闸室宽度的流量变化。

小沟床比降沟谷水石流形成原因分析研究——以栾川瓦石岩沟为例

从流域地貌形态、沟道径流产能条件入手,借鉴已有入汇型河流研究成果及砂砾土、砂卵石液化研究成果对瓦石岩沟暴发水石流原因进行分析研究。研究结果认为,瓦石岩沟暴发水石流的原因是众多水力产能条件强的支沟、接力式的对产能条件弱的主沟水体注入能量,加速主沟水流至具备启动砂砾土的能力;同时支沟水流产生的连续应力波能使附近砂砾土液化,而后与主沟水流掺混形成水石流体。最后,将瓦石岩沟水石流形成原因概括为"瓦石岩沟模式",为具相同工程地质条件区域沟道水石流危险评价提供参考。

基于Copula理论的粗粒土渗透破坏临界水力比降估值

破坏水力比降是土体渗透稳定性分析和渗流控制的基础。以渗透变形试验为基础,分析了粗粒土临界水力比降与孔隙比、级配不均匀系数和曲率系数间的相关性。利用Copula理论适合建立多个非独立变量间联合分布函数的优点,构造了拟合粗粒土临界水力比降crJ、孔隙比e、级配不均匀系数uC和曲率系数cC间相关关系的最优Copula函数,并将其应用于粗粒土临界水力比降估值。结果表明:具有单参数的四维对称Archimedean Copula函数的Nelsen No 6为最优Copula函数。利用构造的最优Copula函数求条件概率,便可得到粗粒土临界水力比降估值的保证率,或者计算在一定保证率条件下临界水力比降估值。通过比较临界水力比降试验值与Copula理论方法、Terzaghi公式及刘杰公式估值,阐述了Copula理论的可靠性,为建立粗粒土临界水力比降与孔隙比及级配特征的多变量统计概率关系及临界水力比降估值提供了一种新途径。

三峡电站日调节对下游河道水面比降的影响

根据水电站日调节波的特性,运用一维恒定流和非恒定流泥沙数学模型,分别计算了河道涨落水过程的水面线.在此基础上,用恒定流泥沙数学模型计算了三峡水库建库前后,其下游宜昌～沙市河段的水面线.并结合三峡和葛洲坝两电站联合运行的实际情况,研究了调节方案对三峡水库下游河道水面比降的影响.

V型排导槽横纵比降对泥石流流速的差异影响研究

V型排导槽是一种有利于泥石流固体物质排泄的速流结构形式,可解决泥石流在槽内发生淤积堵塞的难题,因而被广泛应用。但是,因V型排导槽流速计算中水力坡度采用相同权重横纵坡矢量合成的综合比降,导致排导槽流速计算结果不准确而仍发生泥石流淤积的现象,不能充分发挥V型排导槽的速流优势。为了揭示V型排导槽横纵比降对泥石流流速的差异影响,设计完成了25组室内模型实验,分析了不同横纵比降组合条件下泥石流流速的差异及原因,查明横纵比降均与泥石流流速呈正相关关系,其中横比降对泥石流流速的影响低于纵比降;根据实验数据建立了泥石流流速关系式,得到横比降和纵比降在V型排导槽泥石流流速中的权重分别为0.75和1.30,验证了横比降在V型排导槽综合比降中的权重影响低于纵比降,为V型排导槽过流能力计算的优化研究提供思路和参考。

水布垭面板堆石坝渗流场分析和分区材料允许比降设计指标研究

采用饱和非饱和非稳定渗流模型对水布垭面板堆石坝在正常运行、面板局部缺损和面板失效等工况下的渗流场进行了较全面的模拟计算,分析了大坝各分区的水头和比降的分布,确定了垫层、过渡区和主堆石区可能出现的最大比降。这种最大比降对坝体渗透稳定性具有控制意义。据此提出了分区材料允许比降设计指标的建议值,为评价面板堆石坝分区之间水力过渡合理性和渗透稳定性提供了依据。

山前冲积扇河流变态动床模型与比降变态

山前冲积扇河流通常宽浅、比降大 ,且河床粗糙 ,阻力大。其动床模型中根据起动相似选定的模型沙往往难以满足糙率相似的要求 ,此时应该采用比降变缓的比降变态方法使阻力达到相似。即根据起动相似和模型糙率相似确定比降的比尺 ,模型比降变态的变率系数与几何变率、起动流速系数比尺、沙粒糙率系数比尺和有效重力比尺有关。将比降变态方法应用于南水北调工程穿沙河段的动床模型 ,实验结果表明 。