水泥砂浆水力劈裂试验研究

选用水泥砂浆作为试验材料,研究其在水力劈裂条件下的破坏特征。制作空心圆柱试件,在三轴渗流应力耦合试验仪上进行水力劈裂破坏试验,得到试件破坏时的应力状态没有满足整体的破坏条件。对此做了详细研究,认为之所以出现这种情况是因为材料不均匀。材料的不均匀引起了试件内部应力场分布不均匀。在处于高应力的某些点上,首先达到破坏条件(拉剪破坏条件),出现微裂纹。微裂纹出现以后,应力集中显著,微裂纹沿裂尖继续扩展,直到整体劈裂,试件破坏。文中建议用材料非均匀系数描述这种非均质材料的破坏特性。非均质系数越大,材料发生低应力状态破坏的可能性越大。

岩体水力劈裂试验研究

岩体水力劈裂是由于水压升高引起岩体中裂隙发生与扩展的物理现象,通过实验室试验对岩体水力劈裂机理进行初步研究.采用高压渗流-应力耦合试验仪对以水泥砂浆作为岩石相似材料的厚壁圆筒试件进行水力劈裂试验,研究了试件破坏的形式和发生水力劈裂破坏的条件.并通过对试验资料的统计分析提出了试件破坏发生的判断依据,探讨了试件在不同压力环境下水力劈裂破坏的机理.通过理论分析,对试验成果进行了初步的分析,并就试件水力劈裂破坏型式与土体试件试验成果进行了比较.

窄河谷大夹角挑流消能工体型优化研究

针对窄河谷大夹角条件下挑流消能易出现冲击两岸、冲坑过深的问题,采用水工整体模型试验方法对具有代表性的某水利枢纽深孔放水冲沙洞挑流鼻坎体型开展优化研究,并对比分析了水舌形态和下游河道冲刷特性。结果表明,不对称收缩的异型窄缝式消能工可使水流在狭窄河道归槽,水舌纵向拉伸效果较好,大幅减轻了河床冲刷;提出了收缩比、收缩角差、斜切面积比等特征参数适宜的挑流消能工体型,可供窄河谷大夹角条件下挑流消能设计参考。

农田退水中氮磷与吡虫啉的光催化水循环协同净化试验研究

为探究光催化和水循环协同净化氮磷和吡虫啉污染的效果,设计了空白对照、水循环和光催化水循环3组生态浮床系统、6个处理组对2种模拟农田退水(氮磷退水、氮磷和吡虫啉复合污染退水)进行了试验研究。试验结果表明:水体循环能增强浮床系统对氮的去除效果,7 d后氮磷退水的水循环浮床水体中氨氮和硝氮去除率较空白对照浮床分别提升了5.5%和27.1%;增加光催化的净化技术可加快氨氮硝化,氮磷退水的光催化水循环浮床水体中氨氮和硝氮去除率较空白对照浮床分别提升了26.2%和20.3%;吡虫啉会影响水循环浮床系统对氮磷的净化效果,TiO_(2)光催化复合陶粒对吡虫啉有良好的氧化降解效果,同时对氮磷和吡虫啉复合污染有显著净化效果;氮磷和吡虫啉复合污染退水的光催化水循环浮床降解了58.2%的吡虫啉,水体中氨氮、硝氮和磷酸盐去除率较未添加吡虫啉的水循环浮床分别提升了72.4%、15.0%和14.8%。

堤基渗流无害管涌试验研究

在室内水槽中进行几何比尺1∶20及1∶40的堤基渗流引起的管涌试验,论证了双层地基粉细砂层发生管涌通道时影响大堤安全的水平渗流临界坡降平均值为0 1左右。试验结果表明,管涌与砂层厚度、砂层顶面接触糙度、出口水头损失、堤前冲深以及砂基结构性质等有关,管涌有害与否与沿程承压水头分布的不断调整和渗流量变化密切相关。文中还讨论了模型比尺问题。

悬挂式防渗墙控制管涌发展的试验研究

在试验室水槽中进行了有悬挂式防渗墙的砂质堤基的渗流模型管涌试验,取得了不同贯入度悬挂防渗墙防止管涌效果的系列试验成果,论证了悬挂式防渗墙对覆盖土层下粉细砂地基发生管涌时有截断通道、控制管涌发展的显著功效。根据试验资料确定了悬挂式防渗墙及其前后水平段的渗流临界坡降,给出了管涌险情是否会影响大堤安全的估算公式。

沉水植被降低水体浊度的机理研究

水体浊度的变化影响着水生态系统的健康,而沉水植被对降低水体浊度具有显著效果.为明确沉水植物对泥沙的作用机理,以苦草为试验用草,开展室内水槽试验.结果表明,苦草斑块降低了水流的输沙能力,根据试验资料估算,斑块区水流的输沙能力仅约为无草时的10%.利用象限分析法分析了实测的紊动流场,解释了植物对泥沙作用的物理过程.在苦草斑块区,植物冠顶以下区域(相对高度小于1.00)为下扫流态,紊动漩涡形成的下扫流将泥沙带入水底,而近底层的喷射流抵消了下扫流的能量,抑制下扫流对泥沙的冲击起动,并使下扫流挟带的泥沙顺利淤积;在植物冠顶以上区域除高密度(172株m2)工况为下扫流态外,中、低密度(86、43株m2)工况均为喷射流态,不利于泥沙沉降.由于泥沙主要存在于下层水体,因此沉水植被有利于减小水体浊度.

时变效应对大坝防洪风险率的影响研究

在大坝的长期使用过程中,影响其防洪安全的许多不确定性因素具有明显的时变特性。本文分析了大坝的防洪随机时变特性,论证了缓变性和陡变性作用对大坝防洪安全的影响都极为显著。将非平稳的时变随机过程进行平稳化处理,建立了时变随机量量化的单因子函数模型和多因子综合模型。在此基础上,拓展了风险率的概念,将时变效应引入大坝工程老化的研究中,给出了大坝防洪时变风险率的计算公式。以某水库调洪能力的时变效应分析为例,定量评估了水库库容和坝顶高程的时变特性,讨论了其对大坝防洪风险率的影响,实现了对大坝设计基准期内防洪安全性的定量评估。

Bayes方法在水工泄洪闸门事故率分析中的运用

泄洪闸门事故率λ受设计制造、运行管理等各种复杂的不确定因素影响。随着工程的老化,影响闸门安全运行的各种随机因素的时变特性更为明显。采用Bayes方法,可以利用适时的闸门运行抽样检查结果,修正和改进已积累的原观统计信息,从而将闸门老化的时变特性引入事故率λ的定量分析中,为全面、准确地评估漫坝风险率创造条件。文中根据Bernoulli模型的假设,按“等值样本”概念,认为λ的先验信息等值于来自实际运行过程的样本信息,其分布符合Beta共轭分布簇条件,从而简化了λ后验分布的计算。

地下水铬污染原位电化学动力修复技术试验研究

以重金属铬为地下水污染物,研究了原位电化学动力修复技术的具体应用,分析了恒压条件和恒流条件的电化学动力原理,开展了污染地下水的修复模拟试验,揭示了电场作用下地下水中重金属迁移规律。成果表明:该法对地下水重金属污染修复效果较好,Cr(Ⅵ)的去除率达到99.95%以上,出水浓度满足相关标准,应用于实际工程是可行的。

窄缝消能工水翅扩散降雨特性试验研究

窄缝消能工冲击波水翅扩散降雨对岸坡稳定及岸上建筑物的安全运行构成威胁。采用水工模型试验方法,研究窄缝消能工在不同来流Fr数、收缩比及底板挑角等参数条件下的水翅横向扩散降雨特性,揭示了不同参数对降雨区域形态及降雨强度分布的影响规律。研究结果表明,水翅降雨区域形态对窄缝底板挑角变化较为敏感,水翅产生雨强递减速率随着收缩比增大而增大,随着底板挑角增加（-10°～0°）而增大;最大降雨强度位置距窄缝出口纵向距离随着Fr数增加而增大。试验参数值选取范围主要考虑的是工程常用范围,可为深入研究窄缝消能工急流冲击波与水翅扩散问题提供参考。

沉水植被对河道悬沙输运过程影响试验研究

河流悬沙可影响水体中动、植物生存和生长,并造成生态污染,威胁河道生态系统的健康。水生植被可以减缓悬沙带来的生态危害。为了探求水生植被环境和生态效应的产生机理,并使其更有效地发挥作用,开展了室内水槽试验,从时均流速、紊动强度、切应力等方面,科学解释了沉水植被抑制泥沙起动、减缓泥沙运输、加快泥沙止动的原理。试验表明,在所研究的植株密度范围内,植株密度与对悬沙沉降并不成线性比例。因此,沉水植被(苦草)用于治理水流悬沙时,可适度选取植株密度,使其既发挥治理成效,又节约经济成本。

苏州古城区水系演变规律及水动力改善研究

苏州古城区水系是历代人工开凿,并且保存较为完整的历史文化遗产。以苏州古城区水系的产生、发展、破坏和恢复为主线,探讨了其水系演变规律及结构特征。结果表明:(1)苏州古城区水系有别于天然河道,具有一定规整性;(2)其水系消亡破坏过程与天然河道相同;(3)具备平原城市河网特点,存在一定水环境问题。进一步通过采用时空对比的研究方式,分析了苏州古城区水源的演变和特点,得出以下结果:(1)苏州古城区水系通江达湖,连通性好;(2)水系水流路径由20世纪80年代的西进东出转变为北进南出;(3)长江大通站的水位、水质和水量特征显示,长江能为苏州古城区水系提供具有优质水势、水质和水量的高保障率水源。以上论证显示,苏州古城区水系具备潜在的水质提升基础。

大型水利枢纽泄洪运行安全实时调控技术

针对长江上中游已建的大型水利枢纽泄洪运行中出现的不良水力特性及泄洪破坏等问题,系统研究了泄洪消能建筑物、坝区其他建筑物泄洪安全调控响应特性,进一步揭示了枢纽泄洪运行破坏的致灾机理,发展了减轻泄洪危害的精细调控技术,提出了智能快速评估方法,构建了泄洪安全监测及实时调控系统。以上评估方法及监测系统可对泄洪消能防护、空蚀、结构和场地振动、雾化等安全调控响应特性进行实时监测、预报、评估和优化调度。研究成果及相应技术可指导类似工程安全运行。

土工膜与无砂混凝土垫层界面力学特性分析

在高面板堆石坝工程中,土工膜作为辅助性措施与面板联合防渗结构在工程中应用比较广泛,土工膜与相接触的垫层材料之间的接触剪切力学特性关系到坝体的稳定。本文首先对土工膜界面力学特性试验设备及其试验原理进行了详细的阐述;然后利用该仪器对面、膜联合防渗工程中两种土工膜与无砂透水混凝土垫层材料之间的接触剪切力学特性进行了试验研究,并对不同竖向荷载条件下接触剪切力学特性测试结果做了对比分析;最后通过数据处理并结合理论推导,得到了土工膜在接触剪切作用下的剪切应力-竖向应力关系式。

普通与轻集料砼压-剪复合受力性能试验研究

为探究普通混凝土与轻集料混凝土压-剪复合受力状态下的力学性能,以不同轴压比为加载工况对混凝土压-剪复合受力进行试验研究。通过压-剪液压伺服机得到了两种混凝土破坏形态和横向剪切荷载-位移曲线,提取横向剪切荷载-位移曲线特征值,对比分析两种混凝土复合受力的力学性能。研究结果表明,两种混凝土横向剪切峰值荷载、剪切峰值位移和残余荷载均随轴压比提高而增大,轻集料混凝土提高相对更为明显。由残余荷载分析可知,两种混凝土剪切破坏面存在稳定的摩擦系数,轻集料混凝土的摩擦系数明显高于普通混凝土。应用数学回归分析方法得到两种混凝土轴向荷载与剪切峰值荷载、轴向荷载与残余荷载均呈线性变化关系。基于八面体空间应力提出两种混凝土不同解析式的破坏准则方程,所得解析式能够很好地反映两种混凝土压-剪复合受力破坏规律,为工程应用的研究提供有利价值。

普通混凝土和轻骨料混凝土双轴加载试验研究

为研究混凝土双轴力学特性,采用岩石真三轴仪对普通混凝土(OPC)与轻骨料混凝土(LWAC)进行双轴压压与双轴拉压试验,得到2种混凝土在不同侧向应力作用下的破坏形态、应力应变曲线以及应力应变曲线特征值,对比分析其主应力变化趋势及破坏机理.结果表明:OPC双轴受力破坏主要是界面过渡区破坏,LWAC则是页岩陶粒骨料破坏;双轴压压工况条件下,受侧向压应力影响的LWAC主压应力提高幅度低于OPC;双轴拉压工况条件下,受侧向拉应力影响的OPC主拉应力降低幅度高于LWAC.最后,基于Kupfer双轴压压与双轴拉压破坏准则建立了定侧向加载下OPC与LWAC的双轴压压、双轴拉压破坏准则方程.

混凝土剪切多轴加载试验技术研究与验证

对目前混凝土剪切加载传统试验技术进行论述和分析,探究其存在的不足及原因,由此设计出一种新型混凝土剪切多轴加载试验技术与设备,并通过试验验证了其优势和可行性.结果表明:混凝土剪切加载传统试验技术存在一定的弯曲效应、旋转效应和摩擦效应,最终导致不同试验技术得到的剪切强度结果相差2~3倍.通过改进试验技术、设计相应设备和试件尺寸,降低了弯曲效应、旋转效应和摩擦效应对混凝土剪切多轴加载试验结果的影响.应用本文设计的混凝土剪切多轴加载试验技术所得数据,验证了新试验技术具有一定的可行性,同时得到了混凝土剪切荷载-位移全曲线,为混凝土剪切多轴力学性能研究提供了良好的试验技术.

适应下游水位变动的堰孔式鱼道进口段隔板优化研究

工程鱼道进口处的水位衔接状况对其内部流场有一定的影响,尤其是对靠近进口的多个池室的流场以及池室水深影响非常明显。一些工程由于水文情势发生改变或者由于规划调整,鱼道进口实际运行水位与原设计水位相差较大,给鱼类上溯带来了困难。依托某枢纽鱼道改造工程,采用三维数学模型,研究了堰孔结合式鱼道进鱼口段池室优化方法,以解决鱼道进鱼口水位不衔接问题。通过调整进口段10个鱼道池室隔板,比选5种孔口尺寸,提出了一种优化的堰孔组合型式。结果发现,优化后的隔板型式在下游水位为0.8 m时,能减缓鱼道进口附近池室水面线的陡降,以及流速的陡增;鱼道进口段水深在0.8~1.3 m变动时,鱼道内水流条件仍能够满足鱼类上溯要求,鱼道适应下游水位变动的能力增加了0.4 m。该方法可为类似鱼道工程的改建提供思路。

基于鱼类分布与水力特性的鱼道进口布置方案比选

鱼道进口布置方式直接影响鱼道的诱鱼效果和过鱼效率。以临淮岗枢纽为例,通过构建二维宽浅河道水流流场数值模型,对典型工况下枢纽下游河道流场进行精细模拟,并结合河段鱼类分布的水声学调查结果,对3种不同鱼道进口布置方案进行比选。结果表明:临淮岗闸门下游左右岸流速满足鱼类适宜条件,且靠近鱼类聚集区域,均满足鱼道进口布置条件,可综合考虑经济效益、施工难度、工程安全性等确定布置方案,并建议相应调整闸门运行方案。