Estimation of Bed Shear Stresses in the Pearl River Estuary

Mean and fluctuating velocities were measured by use of a pulse coherent acoustic Doppler profiler （PC-ADP） and an acoustic Doppler velocimeter in the tidal bottom boundary layer of the Pearl River Estuary. The bed shear stresses were estimated by four different methods： log profile （LP）, eddy correlation （EC）, turbulent kinetic energy （TKE）, and inertial dissipation （ID）. The results show that （a） all four methods for estimating bed stresses have advantages and disadvantages, and they should be applied simultaneously to obtain reliable frictional velocity and to identify potential sources of errors; （b） the LP method was found to be the most suitable to estimate the bed stresses in non-stratified, quasi-steady, and homogeneous flows; and （c） in the estuary where the semi-diurnal tidal current is dominant, bed shear stresses exhibit a strong quarter-diurnal variation.

基于颗粒级配的尾砂料浆管输模式判据与输砂效率计算模型研究

目的:以云南某锡矿选矿厂排放的尾砂为对象,通过试验研究与数值模拟分析尾砂料浆管输模式与输砂效率的影响因素。方法:通过水筛试验测得尾砂级配分布规律,以及料浆流变试验测得料浆流变特性,并结合ANSYS-FLUENT对料浆管输模型模拟计算。结论:对比分析Wasp等判据不足,提出了基于颗粒级配的管输模式新判据,并结合级配模型与流变参数计算了输砂效率,结果与实测值的误差绝对值在5%以内,表明了新判据合理,同时构建了输砂效率计算新模型。意义:研究内容为尾砂料浆管输模式提供了新判据,可为相似情况的矿山尾砂料浆管输应用提供一定的参考价值。

铁路基床底层风积沙填料长期动力稳定性研究

为了研究铁路基床底层风积沙填料的长期动力稳定性,以和若铁路某试验段路基为研究对象,开展现场动力响应试验,试验车速分别为5,20和30 km/h,轴重分别为14.5 t和23.5 t,分析动应力随列车速度、轴重及沿深度的变化规律,基于现场测试和以往动三轴试验成果,将临界动应力和累积塑性变形作为评价参数,分别从动强度和动变形2个方面评价和若铁路基床底层风积沙填料的长期动力稳定性。研究结果表明:1)当列车以不大于30 km/h的速度运行时,车速对基床动应力值的影响很小,但轴重的影响十分显著,不同轴重作用下动应力衰减系数沿深度的变化曲线基本重合,动应力经过基床表层衰减约39.7%,传递至基床底层底面衰减约84.6%。2)在和若铁路基床底层范围内,列车荷载产生的动应力为12.86~53.05 kPa,小于风积沙临界动应力66.02~100.21 kPa,从动强度角度来说,风积沙用作铁路基床底层填料满足长期动力稳定性要求。3)基于基床填料的累积塑性应变模型,采用分层总和法计算了和若铁路基床层的累积塑性变形,结果发现列车荷载作用下基床变形主要集中在第1个月,累积变形量为13.59 mm,小于规范允许的月沉降量25 mm,从动变形角度来说,风积沙用作铁路基床底层填料满足长期动力稳定性要求。研究成果可为沙漠地区路基填料选择及基床结构设计提供参考。

波流边界层水沙运动数值模拟——Ⅱ.泥沙运动模拟

为解析波流边界层内泥沙运动,建立了基于水动力-泥沙-床面互馈过程的波流边界层1DV泥沙数学模型,可用于模拟不同床面形态下粉沙-沙的含沙量过程。床面形态模块提供床面形态类型和相应参数;给出了平底和沙波床面粗糙高度和泥沙扩散系数的确定方法;采用了适宜粉沙及沙的制约沉速、底部参考浓度和起动剪切应力等公式;引入含沙量层化效应和制约沉降反映水动力与泥沙之间的相互影响。水槽试验资料验证表明,建立的模型较好地模拟了不同床面不同波流组合条件下的含沙量剖面。在此基础上,讨论了不同床面含沙量剖面模拟方法的差异,指出床面形态是决定含沙量变化的重要因素之一,仅通过改变床面粗糙高度不足以反映漩涡沙波床面的含沙量剖面特征。该模型可为研究波流边界层内泥沙运动和物质输运提供工具。

波流边界层水沙运动数值模拟——I:水动力模拟

波流边界层水动力模拟对研究波流相互作用和泥沙运动具有重要的理论意义和实践价值。开发了波流边界层1DV垂向一维水动力数值模型,可用于模拟漩涡沙波床面和平底床面水动力特征。模型的构建基于边界层控制方程,平底床面采用k-ε模型,沙波床面采用双层模型,提出了漩涡层和紊动扩散层交界面紊动动能和紊动耗散率表达式。试验资料验证表明,模型较好地模拟了波浪-水流-床面共同作用下的边界层水动力特征,包括波周期内不同相位流速分布、紊动动能、剪切应力等以及波致时均流速分布和波流相互作用下的时均流速分布等。根据所建模型,讨论了不同床面和波流组合条件下的水动力特征。该模型可为研究波流边界层内水动力特征提供工具。

水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验研究

针对蒙西华中重载铁路风积沙路段缺少路基优质填料的工程实际,采取就近取材的原则,采用水泥改良风积沙填筑路基基床底层.开展室内水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验,研究不同水泥掺量、养护龄期、压实系数和水泥强度等级下试件强度变化规律,探讨水泥改良风积沙填筑重载铁路路基基床底层的适用性.试验结果表明:水泥改良风积沙强度随水泥掺量、压实系数的增大而提高,并存在良好的线性和多项式拟合关系;龄期效应对其强度影响显著,相比水泥改良粉土、黏性土等其它细粒土,前期强度增长速率较快,而后期强度增长速率较慢,增长量变小;结合工程实际和室内试验结果提出适合该重载铁路风积沙改良选用水泥等级及水泥掺量的控制标准.

悬移质近底参考面平衡浓度的一个计算公式——对Lane与Kalinske模式的改进

根据推移质与床沙交换、悬移质主要与推移质交换的物理背景,采用Einstein床面泥沙的起动概念及推移运动概率函数表征床面泥沙起动及推移运动,采用Lane与Kalinske提出的泥沙因水流垂向脉动而进入悬浮运动的模式表征推移质进入悬浮运动的过程,建议一个床面层高度,建立了一个悬移质近底平衡浓度的一个计算公式。公式的参数由实测资料确定,公式经过了独立资料的检验,计算精度在可以接受的范围内。基于本文建议的床面层高度及参考面平衡浓度公式,建立了悬移质输沙率计算方法,取得了满意的输沙率计算精度。对于细颗粒泥沙的悬移质输沙率计算,本文公式克服了Einstein方法的缺陷。

浩吉铁路泥质板岩全风化物路基填料试验研究

填料工程性质直接影响路基填筑质量,对线路长期服役性能具有重要影响。依托浩吉重载铁路工程,以岳阳至吉安段沿线分布的路基填料为研究对象,通过开展室内土工试验,分析泥质板岩全风化物及化学改良土填料的基本工程性质,探讨其用作重载铁路路基填料的可行性,并提出相应的改良措施。试验分析表明:泥质板岩全风化物为高液限粉质黏土,属于D2组填料,用于重载铁路路基填筑时应进行加固或改良;采用掺配比3.0%的水泥或6.5%的石灰进行改良后,试样无侧限抗压强度能满足规范要求,可用于基床底层和基床以下路堤部位的填筑;考虑施工安全储备和工程成本,建议选取掺配比为3.5%的水泥改良土填料用于现场填筑。施工阶段累计使用166.7万m^(3)泥质板岩全风化物的水泥改良土,解决了大方量弃土及取土问题。

高速铁路水泥改良黄土路基长期动力稳定性评价

通过应力控制式动三轴试验对水泥改良黄土的疲劳特性进行了研究,探讨了水泥掺量、围压及固结比对其的影响,并基于临界动应力法以及动剪应变法对水泥改良黄土路基的长期动力稳定性进行了评价。研究结果表明:水泥改良黄土动弹性模量E_d随动应力σ_d的增加呈现出先增大后减小的趋势,提出了通过E_d-σ_d曲线确定疲劳动剪应变门槛的方法;ε_p-lg N曲线按走势可分为稳定型、临界型以及破坏型;疲劳动剪应变门槛及临界动应力随着水泥掺量、围压及固结比的增大逐渐增大,且水泥掺量对其影响最大,围压的影响次之,固结比最小,经回归分析,得到两个简单实用的经验估算公式。评价结果表明以水泥改良黄土作为基床底层填料时,路基长期动力稳定性满足要求,综合考虑建议水泥掺量控制在5%左右;动剪应变法是一种比临界动应力法更优的评价方法。

磨刀门水道枯季底边界层的泥沙交换过程

河口底边界层细颗粒泥沙运动往往受边界层内多种尺度的动力过程影响而变得十分复杂。由此,基于座底支架上的ADV与OBS,于2010年枯季在珠江磨刀门水道分别进行大、中、小潮的底边界层观测,对磨刀门水道底边界层湍流动力特征与小尺度泥沙交换过程进行研究。结果表明:悬沙有效沉速、床面切应力与底床侵蚀率的变化范围随着潮差的增大而增大;底床侵蚀率与平均流速变化规律相似,当流速小于0.3 m/s时,侵蚀率基本保持在0.002 kg/m2左右,流速超过此临界值时,床面泥沙发生再悬浮。悬沙和床沙交换过程随着潮差增大而增强,且落潮时段强于涨潮时段。

渤海海峡沉积物输运的参数化计算

本文以2018年冬季渤海海峡两个站位的定点连续观测数据为基础,使用一维参数化方案,计算了观测站位底边界层内的水平悬浮物输运通量以及推移质输运量。在参数化方案中,简化的一维对流扩散方程被用于计算底边界层内的垂向悬浮物浓度。为了验证参数化方案的可靠性,本文基于观测数据对比了两种底剪切应力计算模型、四种临界起动剪切应力计算方法和两种一维对流扩散方程解法。对比结果表明:(1)不同模型计算的底剪切应力结果相近;(2)临界起动剪切应力受到颗粒间黏性作用的影响;(3)一维对流扩散方程的求解过程需要考虑沉积物浓度的分层效应和不同粒级颗粒临界起动剪切应力的差异。基于上述对比结果确定的最优参数化方案,进一步计算了观测站位的沉积物输运量:(1)在有再悬浮的时段,距底5 m内的水平悬浮物通量占全水深悬浮物通量的比例(T01站约为21%,T02站约为17%)显著高于相同层位水通量的占比;(2)依据参数化方案估算的冬季平均的悬浮物通量比忽略底边界层悬浮物浓度垂向变化的传统方法结果高约16%;(3)推移质输运量比悬移质输运量约低两个数量级。

重载铁路路基结构设计技术标准探讨

中国的重载铁路,目前处于快速发展阶段,中国重载铁路基床结构的厚度、控制标准相比国外同类铁路明显偏高。参考国内外现行的重载铁路路基结构设计技术标准,结合非洲某国一矿区重载铁路路基结构设计实例,对重载铁路路基结构技术标准进行探讨。研究结果推荐:轴重40 t重载铁路工程,基床厚度为2.7 m,基床表层采用0.8 m厚级配碎石;基床底层采用AB填料或改良土。

高速铁路路基基床底层填料改良及填筑技术研究

以某高速铁路路基基床底层填筑料源为引线,通过对现有料场与周边料源的调查与试验研究分析,提出了基床底层填料的改良方案,并对改良土的生产制备方案、工艺及控制要点进行了详细的论述,通过技术和经济两方面评估了改良方案的可行性。研究表明,掺入30%碎石用于填筑基床底层路基,其压实标准E_(v2),E_(vd),K_(30)和n均能满足铁路路基基床底层填筑标准要求,且经济效益显著。研究成果可为高速铁路路基基床底层填料的改良提供借鉴。

风积沙地区重载铁路基床底层B组填料改良技术

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道MHTJ-1标段位于内蒙个自治区鄂尔多斯市乌审旗境内,地处毛乌素沙漠腹地,当地资源匮乏,没有合格的B组填料,通过对周边地区料源地普查、料源分析和工艺性试验结果,最终确定用A组填料掺风积沙改B组填料的物理改良方案,其均能满足重载铁路基床底层的各项指标,为沙漠地区修建铁路在填料选择上提供一定借鉴。

胡底煤矿强化瓦斯综合治理技术研究

为解决胡底煤矿瓦斯含量大,瓦斯涌出量高,防止煤与瓦斯突出的发生,采取底抽巷穿层钻孔预抽掘进工作面,采用定向千米长钻孔及顺层钻孔强化抽采补充预抽回采工作面,并提出地面网络预抽、区域模块降量、底抽穿层保掘、高位顺层保采的综合理念,形成胡底煤矿特有的瓦斯治理模式。

基于ANSYS-FLUENT的云南某锡矿尾砂料浆管输状态数值模拟研究

尾砂料浆从选矿厂向充填制备站的管输过程中,改变进料参数会使管道内的尾砂固体颗粒空间分布发生变化,进而影响料浆管输的安全性与稳定性。以云南某锡矿选矿厂向充填制备站进行管道输送的硫化矿尾砂为研究对象,通过流变试验获得尾砂料浆的流变参数,采用ANSYS-FLUENT数值模拟软件对尾矿料浆管输进行模拟计算与结果分析,并对底床层相对高度与进料参数的关系进行拟合,建立了底床层相对高度与进料速度及体积浓度的三维关系模型。结果表明:底床层相对高度与进料速度及体积浓度的三维关系模型拟合效果良好;大部分+120目的较粗颗粒在底床层中有沉淤现象,120~200目之间的细颗粒在进料速度为1 m/s时,部分在管道底部有沉淤现象,在进料速度为2 m/s以上时分布于载体层中,-200目的更细颗粒均分布于载体层中;管道顶壁边界层中存在水以及部分极细颗粒与水形成的稀浆,共同形成边界层;尾砂料浆沿径向的体积浓度变化可分为4个区域,在管道底壁至载体-底床分界面处存在梯度递减效应,在载体-底床分界面至料浆径向体积浓度稳定不变处逐渐升高至稳定,在径向体积浓度稳定不变区达到最大值后保持稳定,径向体积浓度稳定不变处至管道顶壁处逐渐降低。