干容重对粘性淤积物起动和冲刷的影响

根据粘性淤积物的本质特性,从粘性淤积物起动机理入手,结合粘性泥沙起动与土力学粘性土边坡滑动的相似性,建立相应的微观起动模式,通过理论分析辅以试验资料,分别研究干容重对粘性淤积物临界起动切应力、起动流速以及冲刷率的影响.研究结果表明:干容重对粘性淤积物起动和冲刷的影响非常大.     

基于微观力学分析的散粒体静力液化本构模型

针对散粒体的静力液化特性,在散粒体颗粒运动微观力学分析的基础上,在临界状态土力学框架内建立了一个简单的静力液化弹塑性本构模型.模型屈服函数和和硬化规律根据Chang提出的砂土微观力学模型,通过积分粒间接触力为宏观的应力不变量而建立,考虑了与材料状态相关的剪胀性和初始密度对散粒体应力-应变关系的影响,并采用非相关联的流动法则.模型参数简单且有较明确物理意义,可以通过室内三轴试验确定.模型的数值结果与Toyoura砂以及砂-粉混合土的三轴不排水剪切试验的应力-应变曲线和应力路径吻合较好.     

坡面非均匀沙起动规律研究综述

系统地分析与总结了国内外关于坡面非均匀沙起动研究的新成果及进展情况,并分析了泥沙起动的河床组成、岸坡坡度、渗流以及近底水流结构等主要影响因素.在此基础上,指出了3种泥沙起动临界判别条件(起动切应力、起动流速和起动功率)研究与应用中存在的问题,并以非均匀沙的暴露度分析为例,对比了不同学者关于暴露度表达式与分布形式的异同,认为坡面非均匀沙的起动是水力泥沙等多因素综合作用的结果,需要识别坡面非均匀沙起动的主要影响因子,探求多因素作用下的泥沙起动条件,才能进一步揭示泥沙起动的内在规律,完善复杂条件下的泥沙起动判别条件.     

震后崩塌体与滑坡体泥沙起动条件研究

"5·12"汶川大地震具有震级高、震源浅、破坏性强、次生地质灾害严重的特点.地震引发了大量的次生灾害,主要为滚石、崩塌、滑坡、堰塞湖和泥石流.大多数次生山地灾害均会产生大量的泥沙进入河道,譬如强烈的主震和余震作用下进入河道的泥沙,堰塞坝开挖泄洪通道岸坡泥沙以及降雨、山洪等因素作用下可能进入河道的崩塌体与滑坡体泥沙等.研究泥沙输移规律对于灾后重建中的滑坡和泥石流灾害监测预警、河道整治与防洪、预防工程诱发灾害以及堰塞湖后续处理与资源利用具有指导作用.根据边坡上泥沙的起动特点,结合已有泥沙起动研究基础,充分考虑相对暴露度、相对粗糙度、形状系数等影响因素对泥沙起动的影响,对震后崩塌体与滑坡体泥沙的再起动进行了研究,得到了震后崩塌体与滑坡体泥沙起动条件.     

非均匀沙分级起动流速研究

非均匀沙对均匀沙明显不同,对非均匀沙起动机理作了分析,运用概率论与力学相结合的方法,以现有的相对暴露度为基础导出了泥沙颗粒力臂的数学期望,进而导出了考虑非均匀沙隐暴效应的起动概率表达式.在采用的细颗粒暴露度的分布函数上存在一间断点,从泥沙运动机理和数学上证明了它对力臂的数学期望没有影响.在起动概率的基础上建立了第l级粒径的起动公式.通过现有的非均匀沙起动流速试验资料,确定了计算公式的参数.同时用现有的实验资料对作者起动流速公式进行验证,并且同其它流速公式相比较可以看出作者的起动流速公式预测精度较高.作为特例,同时也得到了均匀沙的起动公式.     

动力荷载下散粒体的锚杆加固效应

采用细观数值模拟方法研究动力荷载下散粒体的锚杆加固效应,采用随机散粒体不连续变形方法建立加锚散粒体的三维数值试样,对试样施加水平方向的动力荷载,分析散粒体材料在动力荷载条件下的宏观和细观力学特性.分别建立不同锚杆间距、颗粒粒径以及无锚杆的散粒体试样,研究其对动力荷载条件下的散粒体的力学性质影响.数值模拟结果表明:随机散粒体不连续变形方法可以研究动力荷载下散粒体的变形规律及加固效应;锚杆加固可以有效限制散粒体在动力情况下的变形,显著提高散粒体的整体性;与静力加载相同,由于锚杆的挤压使散粒体产生侧向压力,加强了颗粒间的接触作用力;锚杆长度相同的情况下,加锚密度越大,散粒体试样的抗震稳定性越好;当锚杆间距与散粒体平均粒径的比值小于2.35时,锚杆可以很好地提高散粒体结构的自稳能力而保持整体稳定.     

大比降河道均匀沙起动流速研究

在讨论床面均匀沙颗粒起动标准的基础上,引入休止角的表达式和随机性理论推导出不同底坡下均匀沙起动概率,进而导出泥沙起动流速;通过已有的研究成果验证本公式的合理性,结果表明：本文公式适用于大比降河道,而且对普通河道的适用性也较强;同时文章初步分析了典型无粘性均匀沙起动公式差异性的原因。     

掺气射流冲刷的数值模拟

在贴体非正交曲线坐标系中,采用控制体积法对掺气射流对散粒体河床的冲刷进行了数值模拟.根据冲刷过程中冲刷深度和坑底压力及流速之间的平衡关系,建立了控制冲刷坑底边界的方法.计算的冲坑深度随着掺气浓度的增大而减小,与试验结果相一致,并且冲坑深度与试验结果符合很好,结果令人满意.用相同的控制散粒体河床冲刷深度的参数,对不同掺气深度、不同水垫深度、不同水流入射速度情况下冲坑深度的正确模拟,说明用数值方法来模拟掺气射流对散粒体河床的冲刷过程及估算冲刷坑深度是合理、可行的.     

散粒体中的锚杆加固效应规律及作用机理分析

针对散粒体锚固效应数值模拟存在的不足,通过试验设置多组参数,并对加锚散粒体结构施加荷载,以稳定后散粒体散落质量比例表征结构强度,探究不同因素对锚固效应的量化影响,同时深入分析了其作用机理.试验结果表明,适当增大散粒体的粒径、缩小锚杆间距或提高锚杆承托圆盘面积占结构底面积的比例都能够在一定程度上提升结构强度;考虑3种变量的共同影响,令变量J为粒径与锚杆间距之比乘以锚杆承托面积比,当J0.15时结构强度已至最大,同时避免了材料的消耗;此外,增加锚杆所受预应力大小也能有效提高锚固强度,但当预应力达到某一临界值,继续增加预应力大小对提高强度的作用效果不再明显.     

考虑粘性泥沙运动的黄河口二维水沙输移数学模型

为研究黄河口的水沙输移规律,采用基于无结构三角网格下的有限体积法建立了平面二维水沙数学模型.模型中分别采用不同方法处理粘性和非粘性沙的输移源项,并引入经验证的粘性沙输移源项改进公式.采用已有的概化水槽冲淤试验资料对模型进行了验证,然后应用于1982年6月至1983年5月期间黄河口水沙输移的数值模拟,计算得到的潮位过程及冲淤量与实测资料符合较好,结果表明模型能够较好地模拟考虑粘性沙运动的黄河口非均匀沙不平衡输移.最后比较了不同泥沙输移源项处理方式对模拟结果的影响,计算表明在黄河口水沙输移数值模拟中需要采用非均匀沙模型并同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移.     

黏性非均匀沙的起动概率

基于概率论与力学结合的方法，探讨了黏性非均匀沙的起动问题．将促使颗粒运动的外力矩大于颗粒保持静止的外力矩视为泥沙起动的临界力学条件，通过作用力臂的统计处理以反映颗粒在床面排列的随机性，并基于瞬时底流速的概率分布和试验资料建立起适合黏性非均匀沙的起动概率公式．其中作用力包括推移力、上举力、水下重力和黏性力，而黏性力表达式则根据因次分析和交叉石英丝试验得到，涉及到泥沙非均匀性、干密度和水压力等影响因子．摩阻流速的计算值与试验值的比较表明，起动概率和相应临界摩阻流速公式合理地刻画了非均匀沙起动的随机力学特性，考虑因素较为全面，对无黏性和黏性的非均匀沙均适用，可供潮汐河口非均匀沙冲刷预测时使用．     

粘性泥沙分层运动中流速垂线分布特征试验

在前人研究的基础上,通过室内水槽试验,进一步研究了在流量、含沙量及水质影响下,分层运动中流速垂线的总体分布形态、分布规律、峰值及位置,以及清浑水界面位置等特征.结果表明,分层运动时,流速的垂线分布呈横向抛物线形;分层流区的近底区内流速遵循指数型分布规律,交混区和清水区内流速遵循修正后的高斯正常误差定律;分层流的峰速值越大,其位置越靠近河床;水流强度增加时,清浑水分界面位置向水面靠近,泥沙浓度增大时,界面位置向床面移动,而不同水质条件下的界面位置不同.     

川中金华地区大安寨段重力流沉积物及其含油气性

以重力流沉积理论为基础，在金华地区大安寨段介屑灰岩中划分出颗料流和浊流两种不同类型的沉积物，其沉积模式为重力流湖底扇相；颗料流沉积物的储集性远优于浊流沉积物，该区高产井和不产井的交叉出现，原因在于高产井位于颗料流发育的网状分流水道之中，而不产井处在浊流为主的叠覆扇舌形体之上；可根据扇内水道的分布规律，预测有利的含油气区块。     

Time-dependent lateral response of pile embedded in elasto-plastic soil

A two-dimensional (2D) finite element analysis was carried out to assess the time-dependent behavior of single vertical pile embedded in elasto-plastic soil. The finite element analyses were carried out using the linear elastic model for the structure of the pile, while the Mohr-Coulomb model was used for representing the soil behavior surrounding the pile. The study includes cohesionless and cohesive soil to assess the lateral response of pile in the two types of soil. The whole geotechnical model is suitable for problem of piles to determine the design quantities such as lateral deformation, lateral soil stress and its variation with time. The model is verified based on the results of published cases and there is good comparison between the results of published case and the present simulation model. It is found that, the pile in cohesionless soil has more resistance in the rapid loading and less one in the long term loading. On the other hand, the pile in cohesive soil shows opposite behavior.     

Incipient motion of sediment by waves

In this paper, the forces acting on sediment particles are analyzed in all the aspects. Considering the cohesive force between particles, the additional static water pressure induced by the solid-body characteristics of film water and the inertia force of waves, a unified formula of the incipient motion for both coarse and fine particles is defined. The formula can reflect the variation in the initial velocity of fine particles with the volume weight of sediment. The verification of the formula is carried out by use of both experimental data and field observation data accumulated by experts at home and abroad. The verification shows that the formula expresses the law governing the incipient motion of sediment of all particle sizes inclusive of natural sediment and light-weight materials, and thus a basic formula for the study and solution of sediment problems in estuarine and coastal regions is provided.     

黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力;制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明：水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大;混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加;流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件;较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段;试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。     

浅基础下分层土的地基承载力

本文推导了分层上（包含粘性土、砂土及复合土层）浅基础地基承载力计算的理论解。在此基础上，与一系列国外文献的半经验、实测和有限元等分析结果进行了对比计算和比较，建立了可供设计采用的半经验公式，可以推广应用。     

用波速法测定饱和土的孔隙率和容重

根据作者近几年来对饱和土中弹性波特性研究的结果,本文提出了测定饱和土孔隙宰和容重的波速法,并且用室内外试验资料初步检验它的可靠性。本文对不易取样的饱和无粘土,较灵敏粘性土以及海底沉积土层的天然孔隙率和容重的测定似更具有实用价值。     

Research on cohesive sediment erosion by flow: An overview

Erosion of cohesive sediment by flow is a very complicated phenomenon occurring worldwide. Understanding and modeling of the erosion process are important for many issues such as the breaching of embankments, riverbank stability, siltation of harbors and navigation channels, service life of reservoirs, distribution of (heavy metal) pollutants and water quality problems. In the last few decades, numerous studies have been done on the erosion of cohesive sediment by flow. Nevertheless, the factors affecting the erosion resistance of cohesive sediment are still not fully understood and the knowledge of the physics of cohesive sediment erosion is inadequate, as a result the mathematical modeling of this erosion is far from satisfactory. In this paper an overview of the studies on the erosion resistance, erosion threshold and the erosion rate of cohesive sediment by flow is presented. The outcomes achieved so far from the studies and the existing problems have been analyzed and summarized, based on which recommendations are proposed for future research. Supported by the National Key Technology R&D Program of China (Grant Nos. 2006BAC14B02 and 2006BAB05B03) and the National Basic Research Program (973 Program) of China (Grant No. 2007CB714106)