光滑床面上智能泥沙颗粒弱起动过程试验研究

为揭示泥沙起动的微观力学机制,通过在圆球中植入无线陀螺仪传感器制作智能泥沙颗粒,进行明渠水槽起动试验,结合视觉测量技术,实时采集颗粒位移、速度、加速度、角速度等高频数据,研究不同来流流速对粗颗粒泥沙弱起动过程影响的动力机制。试验发现,粗颗粒泥沙起动是一个平动和转动叠加的复杂动力过程,呈现出绕流脱涡激励下的横流向和顺流向摆动及周期性转动等运动模式,具体模式和颗粒雷诺数密切相关,试验工况中,颗粒雷诺数为386时横流向摆动现象最显著。基于测量数据,进一步分析了颗粒起动过程中的冲量和动能特性。

簸箕李灌区泥沙颗粒级配对土壤水入渗的影响

浑水灌溉有利于水资源的有效利用,提升土壤肥力,促进农业发展。该研究利用室内物理模型试验的方式,探讨不同土壤类型、初始含水率和浑水含沙量等试验方案下浑水泥沙颗粒级配对土壤水入渗特征的影响,并总结出相应的变化规律,可为灌区灌溉系数的确定和水资源合理配置提供依据。

泥沙颗粒表面吸附点位的重金属离子竞争特征

水环境中泥沙颗粒与重金属污染物的微界面作用显著,泥沙颗粒表面形貌特征对污染物的吸附影响较大。通过单一吸附和竞争吸附试验、BET试验,分析了泥沙颗粒吸附铅、铜和镉后,泥沙颗粒孔隙的孔体积和比表面积的结构特征变化,并基于孔隙的孔体积统计方法,定量化铅、铜和镉在泥沙颗粒的竞争和独立吸附点位。结果表明,2~5 nm中孔的孔隙为主要的吸附部位。铅在泥沙颗粒所占据的竞争吸附点位较铜和镉多,为43.69%,铜和镉分别为30.77%、25.54%,铅、铜和镉占据泥沙颗粒的竞争吸附点位能力为铅>铜>镉。研究结果从纳米尺度揭示了吸附量与微观吸附点位的关系,可以为研究竞争吸附点位特征提供新思路。

流水中泥沙颗粒冲击角度对混凝土的冲蚀数值模拟研究

文章利用ANSYS/LS-DYNA软件、采用Holmquist-Johnson-Cook模型,对水中混凝土的冲蚀机理进行了分析。计算表明:水流冲蚀角度在90度时,对混凝土结构的冲蚀破坏达到最大,与试验数据相吻合;大冲蚀角度破坏时,会出现表面裂缝及沿着深度方向的裂缝;小角度破坏时,会出现沿深度方向的微裂缝,且小角度破坏为切削破坏。

上静游水文站河道泥沙颗粒级配分析

上静游水文站位于娄烦县境内上静游村岚河下游,距汾河水库入口处2.0 km,是汾河水库进库站之一。在阐述泥沙颗粒级配分析重要性的基础上,介绍了上静游水文站泥沙颗粒取样的方式方法和颗粒级配分析过程,按照要求编制出上静游水文站颗粒级配成果表,以为预测水库淤积提供参考。

泥沙颗粒生长生物膜后起动的实验研究——Ⅱ.起动流速计算

泥沙颗粒生长生物膜后,起动流速发生了较大变化。根据生长生物膜后的泥沙起动流速实验数据,考虑天然水体中,生物膜填充于颗粒与颗粒之间形成除水以外新的介质,将生物膜的作用模化为生物膜作用产生的粘连力,再考虑生物膜随时间变化的特性以及基底物理特性的影响等因素,结合泥沙颗粒之间由于薄膜水产生的黏结力、重力等,研究了颗粒在滑动和滚动两种条件下的起动公式。研究表明,滚动和滑动两种条件公式的计算结果基本一致,与实验数据符合良好,能够用来计算不同粒径大小的泥沙颗粒在生物膜生长后的起动流速。

湖南武水流域泥沙颗粒特性及分形规律研究

流域土壤流失的泥沙颗粒及其分布与流域土壤有关,影响流域土地质量和输沙过程。以武水流域天然河道的53次降雨径流输沙过程实测资料为基础,运用R-R(Rosln-Rammler)粒径分布函数法分析了泥沙颗粒级配特性及其分形规律。结果表明,流域多年均悬移质泥沙颗粒组成为粘粒11%、粉粒51%、细砂粒32%和粗砂粒6%,以粉粒和细砂粒为主体,占83%。1981年以后,悬移质泥沙颗粒中粘粒和粉粒含量相对减少,悬移质泥沙颗粒呈变粗的趋势。悬移质泥沙颗粒组成具有分形特征,分形维数D与小于0.005 mm粉粒及粘粒含量呈较显著相关,与中值粒径相关性较差。流域推移质泥沙颗粒中值粒径平均为0.874 mm,推移质泥沙以砂、石砾为主。推移质泥沙颗粒组成具有分形特征,分形维数D与小于0.3 mm细砂及粉粒含量呈显著相关。流域泥沙级配及其变化,有利于分析泥沙来源,采取相应的治理措施,控制泥沙。

泥沙颗粒生长生物膜前后表面变化的试验研究

以泥沙颗粒为载体,以天然水配置营养液进行生物膜培养试验,采用环境扫描电子显微镜观察泥沙颗粒生长生物膜前后的形貌变化,并用图像处理和梯度计算的方法对获得的灰度图片进行分析,发现泥沙颗粒因生物膜的生成而发生较大变化,群体泥沙互相粘连,形成网状结构或絮状结构等,单颗粒泥沙因为生物膜的存在使得长膜沙相比原状沙其表面导数更多地集中于0值附近,其中,X方向梯度幅度特征值相差4.11%,Y方向梯度幅度特征值相差2.19%,二阶导数梯度幅度特征值相差28.84%,说明泥沙颗粒长膜之后表面比较平滑,形貌起伏相对较少。

泥沙颗粒生长生物膜后起动的实验研究——Ⅰ.起动实验设计及结果分析

天然水体中泥沙颗粒表面容易生长生物膜,生物膜的生长会对泥沙颗粒的运动特性产生显著影响。设计了泥沙颗粒表面生长生物膜的实验,以及生长生物膜后泥沙颗粒的起动水槽实验。在水槽观测段分别放置由去离子水浸泡和天然水培养的两种泥沙,对比观察两种泥沙起动过程的区别,分析起动流速的差异和随培养时间的变化规律。结果表明,天然富营养水体中生物膜生长繁茂,对泥沙起动特性有着显著的影响,能够增强泥沙颗粒的抗冲性,并随时间呈现出先逐步增强到一个最优值后有所削弱的钟形曲线的变化趋势,表明在研究天然河流和湖泊尤其是污染严重的水域的泥沙起动时,需要考虑到生物膜的作用。

侵蚀泥沙颗粒中^(137)Cs的含量特征及其示踪意义

通过对黄土丘陵区典型小流域—燕沟的林地、坡耕地与沟口洪水泥沙的颗粒组成分析 ,发现其颗粒组成有明显的差异 ,表明该研究区在侵蚀过程中发生了一定程度的颗粒分选 ,而在泥沙输移过程中颗粒分选不明显 ,在应用1 37Cs示踪流域侵蚀速率或利用沟口泥沙推算流域侵蚀模数时应适当进行颗粒校正。通过对坝地沉积泥沙1 37Cs含量进行分析 ,结果表明 ,1 37Cs含量、沉积厚度与次降雨侵蚀强度、侵蚀类型之间存在密切关系 ,同时运用沉积样中核素含量特征可望解决流域尺度坡面侵蚀与沟谷侵蚀的比重关系这一研究难题。

泥沙颗粒表面吸附铜离子的分布特征的实验研究

现有的水体中泥沙与污染物质关系方面的研究,多着重于吸附模式的理论探讨和吸附总量的实验研究,而对泥沙颗粒的表面形态和污染物质在泥沙颗粒表面的分布研究较少。本文在泥沙颗粒硝酸铜吸附实验和场发射枪扫描电子显微镜观测的基础上,提出了泥沙颗粒表面铜离子分布观测的实验方法,该方法能够定量确定铜离子分布与泥沙表面形态的关系。观测表明:在泥沙颗粒表面的边脊与凹谷处吸附铜离子较多。

泥沙颗粒表面铜离子吸附分布的模拟分析

泥沙颗粒的表面形貌与污染物质的吸附关系较少受到关注。采用场发射枪扫描电子显微镜进行泥沙颗粒表面形貌的研究与探测吸附作用后铜离子在泥沙颗粒表面的分布,模拟分析了铜离子的吸附分布规律。研究结果表明泥沙形貌对铜离子的吸附分布有重要影响,在泥沙颗粒表面的边脊和凹谷处吸附铜离子数量较多,在其它形貌特征处的铜离子吸附数量相对较少。曲率Cu反映了复杂形貌对于铜离子的吸附能力,当Cu=1.1时该区域吸附铜离子最多。

明渠紊流中泥沙颗粒输移的大涡模拟研究

应用大涡模拟、浸入边界法和有限元—离散元联合法,数值模拟了明渠紊流中2-3层紧密堆积的离散泥沙颗粒的起动和输移,计算了不同输沙强度下,泥沙颗粒运动和受力的统计特征、泥沙浓度、泥沙体积通量密度和输沙率,以及流场的速度剖面和紊动强度等。研究发现:泥沙颗粒的起动和输移对紊流的统计特征有明显影响;主流区的泥沙浓度和体积通量密度随高度的增加呈指数下降;颗粒所受平均升力与输沙强度关系不明显,其最大值约为0.6倍的颗粒浮容重;升力的紊动强度随输沙强度等增大而增大,且数值远大于其平均值,紊流结构引起的脉动升力是泥沙颗粒起动的主要原因。

泥沙颗粒的扬动机理分析

本文从分析床面附近泥沙颗粒的运动特征出发，较细致地论述了沙粒在水流中从推移运动到扬起悬浮的物理过程，根据水槽试验的基本现象，讨论了过去一些理论中存在的问题和不足，概括了泥沙颗粒在水流中从床面扬起的基本模式，从二相流角度出发，分析了沙粒在水流中扬起的动力学机理．

计算泥沙颗粒在沉沙池中运动的新方法

本文分析了泥沙颗粒在沉沙池紊流中的受力，用Ｌａｇｒａｎｇｅ方法建立了泥沙颗粒运动方程，并用ｋ－ε双方程模型描述了沉沙池紊流场，求解了流场和泥沙运动轨迹的数值解，本文方法对沉沙池设计具有指导意义．

瞬时排放泥沙颗粒团在横流中对流扩散特性的实验研究

河道维护、航道开挖及疏浚等一些工程,常常将挖掘的泥沙抛入流动的水体中,利用横流对泥沙颗粒团的对流扩散作用来稀释泥沙浓度。针对这类工程进行水环境质量影响评价时,首先要识别泥沙的运动特性。通过实验手段,研究不同级配的泥沙颗粒团瞬时排放后在横流中迁移扩散混合特性。实验结果表明,泥沙颗粒团进入水体后,在浮力、重力、阻力和横流紊动的综合作用下发生对流扩散;横流是产生泥沙对流运输的主要动力,横流的紊动作用,加强了泥沙颗粒团与水体的混合作用,并且破坏了其在静水中的双漩涡结构,因此大大地增加了垂向前锋位置和纵向扩散宽度。通过分析得出了无量纲泥沙颗粒团垂向前锋位置与时间、纵向扩散宽度与时间以及垂向前锋位置与纵向扩散宽度的3个关系式中的参数(α1、α3和α2)均值及其变化范围,可应用于抛泥对水体环境的影响评价。

泥沙颗粒分析法在岷江下游河段河床质分析中的应用

泥沙颗粒分析是泥沙研究中的基础工作,可为河流演变、水生态环境及地质地貌等研究提供基础信息。对当前的泥沙颗粒分析方法进行了分类,并评价了各种分析方法的优缺点及适用范围,归纳总结了各种方法的计算原理。应用泥沙颗粒分析工具GRADSTAT对岷江河床采样的泥沙样品进行了计算分析,结果表明:岷江河床质分选很差,沿程粒径减小,由于上游水库拦截泥沙作用,下游的河床质中细颗粒成分较多。

黄土高原幼树对坡面流水力学特性及泥沙颗粒组成的影响

选择黄土高原典型树种侧柏、油松、元宝枫和刺槐的一年生树苗,将其栽植于土槽中生长3 a。采用人工模拟降雨的方法,并与裸地进行对照,研究了森林幼树冠层及根系层对坡面流水力学特性及流失泥沙颗粒组成的影响。研究结果表明：（1）各试验坡面小区径流流量均较大,坡面流的平均水深均〈1 mm。裸地坡面坡面流的流态为急流,其它各小区均为缓流。去除植被地上部分和表层易扰动土后,刺槐和元宝枫坡面的坡面流已接近临界流,而且两坡面的减流减沙作用明显变弱,侧柏和油松坡面的坡面流流态仍为缓流,减流减沙作用增强。（2）流失的泥沙中,有林冠覆盖的坡面流失的黏粒（〈0.001 mm）所占的比例比裸地坡面的高出1.40%~2.00%,〉0.05 mm粒径的泥沙颗粒所占比例比裸地坡面的小1.04%~1.26%。试验结束后,只有裸地坡面有明显的粗化层。（3）去除植被地上部分和表层易扰动土后,坡面流失泥沙颗粒的平均粒径大于有林冠覆盖的坡面,但小于裸地坡面。黏粒的百分含量随试验时间不断波动,说明森林植被的根系增加了林地的抗蚀力。

泥沙颗粒表面力学及摩擦性能测试分析

本文对材料纳米力学性能测试方法进行了研究,重点分析了颗粒材料纳米压痕测试的原理和方法。针对纳米压痕测试需求,设计了一种简易制样方法,实测了泥沙粒子表面硬度和弹性模量。并利用应变式直剪仪测试了泥沙颗粒表面摩擦性能。结果表明,泥沙颗粒表面纳米硬度及弹性模量分别为1.94 GPa和30.57 GPa,颗粒表面摩擦系数约为0.65。纳米压痕及直剪试验提供了丰富的颗粒材料近表面弹塑形变形和摩擦信息,是评价泥沙颗粒力学及摩擦性能的有效方法。

泥沙颗粒级配曲线与有关特征值关系分析

为解决泥沙颗粒分析工作中出现的没有按照级配曲线的适用性来表达和计算有关特征值给成果质量产生的影响,通过理论分析和研究,论述了不同种泥沙颗粒级配曲线的适用性与有关特征值之间的关系,同时还介绍了一种新的泥沙颗粒级配曲线绘制方法。泥沙颗粒级配曲线的绘制有多种方法,每种级配曲线有其特点和严格的适用性;国家分析室应选择半对数坐标系级配曲线;分组法计算泥沙样品各组平均粒径,应采用每组上下限与其几何均值的和的加权平均值。