清水冲刷宽级配河床粗化机理试验研究

本文在前人研究基础上，选用粒径为０．０５－２０．００ｍｍ的煤屑及天然沙，在长３０ｍ、宽０、５ｍ、深０．６ｍ的变坡水槽内，首先进行清水冲刷河床粗化试验方法研究，然后进行了二十九组试验。     

清水冲刷河床粗化研究

根据永定河的野外观測資料和室內試驗結果,对卵石夹沙河床經清水冲刷后所形成的抗冲粗化层的特性进行了探討,提出計算河床极限冲刷深度的公式,及粗化完成后的河床糙率系数与粗化顆粒下限粒径的关系式。沙貭河床受清水冲刷后将通过床沙与悬沙间的不等值交換发生粗化。冲刷段、冲淤平衡段及淤积段上都将发生粗化現象。但其粗化层不是稳定的,不能抗拒水流的推移,在一般情况下,以沙浪形式向下游运动。这一粗化层的出現加大了河床阻力,減小了水流輸沙能力,从而减緩含沙量沿程恢复速度,加长冲刷段及延长河床比降調整过程。     

清水冲刷下河床粗化试验研究评述

河床粗化问题是推移质运动研究的重要组成部分,由于河床级配、水流条件、输沙级配、床面形态四者互为反馈,交互制约,该领域一直为研究前沿。本文回顾及评述了河床粗化试验研究中的河床粗化机理、推移质输沙率、输沙级配、粗化层表面形态、粗化层非均匀沙起动条件、粗化层泥沙级配沿径向分布、可动层内床沙垂向交换,以及粗化河床对"人工喂沙"的响应等八个关键科学问题。河床粗化涉及许多不确定未知因素,成体系的理论成果之所以不足,主要在于精密试验资料的匮乏。精密粗化试验是很难突破的瓶颈,跨学科交叉技术的应用和先进量测仪器的研发将是解决这一复杂问题的有力手段。     

清水冲刷河床粗化数学模型

本文建立了大坝下游清水冲刷河床粗化一维数学模型。该模型考虑了非均匀推移质不平衡输移,并引入混合层模式用于模拟河床组成的变化。利用Preissmann隐式格式求解水流方程组,用显式格式求解河床变形方程及床沙级配调整方程。该模型侧重于模拟河床粗化过程,也能用于河床一维变形计算。利用我们做过的清水冲刷水槽实验资料对模型进行了全面的验证,取得了令人满意的结果。     

沙质河床清水冲刷粗化的研究

研究了沙质河床清水冲刷粗化机理，即它不是靠推移质冲刷，而主要是靠悬移质冲刷，在粗化过程中产生沙波，形成与水和条件相适应的稳定的沙波运动，建立新的平衡。据此，提出了河质河床粗化物理模式和计算方法。     

河床冲刷粗化计算

本文首先分析了沙质河床和卵石夹沙河床不同的冲刷粗化机理．讨论了卵石夹沙河床发生粗化的条件，探讨了粗颗粒对小于起动粒径的细颗粒不同程度的隐蔽作用，针对现有非均匀沙起动公式存在的不足，得到了一个能反映河床冲刷粗化特点的起动流速公式，建立了粗化过程中床沙级配的计算公式．在此基础上按冲刷过程中水位不变和水位下降两种情况提出了河床清水冲刷粗化计算方法，文中选用水槽和天然资料对两种情况下的粗化计算方法进行了验证．计算结果表明，无论是冲刷深度、粗化层级配还是水位下降值均与实测值接近     

河床冲刷粗化研究进展及方向

本文译冲刷粗化研究状况、主要成果和存在的主要问题作了综述，然后提出研究方向。     

不连续宽级配河床垂线流速分布试验研究

不连续宽级配床沙在天然河道中广泛存在,作为非均匀沙的特殊类型,其床面水流特性与一般意义上的非均匀床面相比具有不同的特性.以不连续宽级配床沙为例对其床面垂线流速结构进行了试验研究,结果表明不连续宽级配近底床面垂线水流结构出现S型转折,S型位置与水流强度和床面形态有关.并提出了基于近底S型的水流垂线流速分段表示的流速公式及垂线流速S型平均转捩位置的计算公式.     

河道冲刷和清水水流河床冲刷率

在冲积河流里。水流条件变化如洪水、水库泄放清水、河道渠化等使挟沙力不饱和引起冲刷，称为河道冲刷。这与水工建筑造成的局部冲刷不同。河道冲刷深度主要决定于冲刷率和冲刷历时。本研究通过对各种泥沙大量实验，证明了河床冲刷率正比于水流提供的冲刷功率并依赖于泥沙粒径和容重，首次提出了冲刷率公式。经验证，该公式可以用于非恒定流输沙和河流洪水冲刷计算。     

受泥石流入汇影响主河床冲刷粗化稳定试验研究

受泥石流入汇影响，主河床随不同河段级配常呈显著差别，特设计了10组床沙分段组成的粗化模式进行试验，认为清水冲刷只有在该段上游没有泥沙起动输移动研究区域时，才是严格意义上的清水冲刷粗化，否则应研究上游区段冲刷输移量及其沿程沉积量和对下游区域的影响程度，此外，还研究了受分段影响区域的初始和粗化稳定后床面高度统计量变化幅度以及稳定后沙粒阻力的表示方法，得出了利用床面高度变化统计量均方差σ比用床面糙度尺寸Ks选取的代表粒径更能体现综合糙率曼宁系数n值。     

床面粗化层粒径级配的研究

本文研究了清水冲刷条件下宽级配非均匀床沙粗化的规律性。研究中不仅考虑了水流的紊动性和泥沙非均匀性对其起动规律的影响,而且还考虑了不同粒径泥沙起动引起水流相对脉动强度的变化。通过试验,分别就单峰型和双峰型初始床沙级配,给出了粗化后床面层粒径组成的计算方法,并与已有的试验资料和计算结果进行了比较。     

粗化层厚度及其级配的研究

在分析活动层与粗化层厚度关系的基础上,根据活动层沙量平衡原理,建立了粗化层级配预报一步和多步计算关系式,该模式不仅可以用来计算冲刷过程中床沙级配调整,还可以同时计算出冲刷剖面和推移质输沙率变化,适用于中、细沙河床.经部分中、细沙河床水槽试验资料检验,计算精度良好.     

三峡水库下游河道冲刷粗化研究

三峡工程运行10余年以来,水库拦截了上游约75.5%的泥沙,破坏了原天然河道的自然形态与水沙条件的相对平衡,三峡大坝下游河道产生强烈冲刷,致使河床明显粗化。根据三峡水库蓄水后下游河段实测地形及床沙级配资料,分析了河道冲淤变化,并总结了四种床沙粗化计算方法。在此基础上利用接近冲淤平衡的宜枝河段实测资料对四种方法进行了验证计算。研究结果表明,韩其为方法的床沙粗化级配和冲刷深度与实测值吻合较好,较客观地反映了三峡水库下游河道的冲刷粗化过程。     

宽级配砾质土击实特性试验研究

为分析宽级配砾质土的压实特性,通过室内试验,对影响宽级配砾质土压实效果的因素进行全面总结和分析。试验结果表明,宽级配砾质土击实时干密度和含水率关系曲线呈上凸的抛物线型,具有一个最优含水率。击实后试样的最大干密度随砾石含量的增加呈现出先迅速增大,之后逐渐减小的变化规律。随着砾石含量的增加,宽级配砾质土的最优含水率先逐渐减小,之后基本稳定。     

宽级配粗粒土压缩变形特性试验研究

堆石坝工后沉降变形是影响坝体安全运行的关键。为研究筑坝粗粒土不同骨架结构的受力特 性,以及填筑因素对其压缩变形特性的影响,选取筑坝粗粒料设计不同粗粒含量 Ｐ5、密度 ρ与含水率 ω, 开展了 16组侧限压缩试验。研究结果表明:相同初始孔隙比、不同粗粒含量土体骨架结构的疏密程度 不同,随粗粒含量 Ｐ5增大,粗粒土压缩后孔隙比变化 Δｅ呈先增大后减小的趋势,且粗粒含量 60％的土 体压缩后孔隙率最小,干密度最大。压缩后,依据粗颗粒相互排列与接触的关系,可将粗粒土骨架结构 分为粗粒悬浮、粗粒咬合与粗粒架空三种类型。通过极差分析,土体的密度 ρ对其压缩变形影响最大, 其次是粗粒含量 Ｐ5,含水率 ω的影响最小。     

宽级配砾质土三轴渗透试验研究

为研究宽级配砾质土的渗透特性,对不同砾石含量的宽级配砾质土进行了一系列的三轴渗透试验。试验结果表明随砾石含量的增加,宽级配砾质土的结构分别为悬浮-密实、密实-骨架、骨架-空隙3种形式;随砾石含量的增大,渗透系数呈现出先略微减小然后逐渐增大、最后迅速增大的变化规律;含水率、干密度均对宽级配砾质土的渗透系数有较大的影响;在最优含水率左右,渗透系数有明显的差异,施工中应注意对含水率控制。     

河床冲积层抗冲刷灌浆试验分析

IH程概况水工建筑物，建于河床之上的较多。如何增强地基承载力，缩短施工工期，改善施工条件，节约资金，是基础工程经常遇到的一个问题。灌浆施工，是可行的方法之一。以往的灌浆，主要在岩石基础上进行，其目的一是改善地基的力学性质，使他基均质化；二是降低地基渗透性能，以形成有效的防渗帷幕。本次灌浆试验，是在上述目的基础上，进一步阐明冲积层地基的可灌性，验证灌浆后加固体的抗冲刷能力，获取适于该基础的灌浆施工参数，从而有效地防止基础受到地下送流破坏后引起的不均匀沉陷，为类似工程设计与施工提供经济可行的依据。试…     

柴坪水电站溢流坝下游河床冲刷试验

柴坪水电站坝址距离河床弯道较近,地质条件相对较差,大坝采用的消能方式为面流消能,使得水电站下泄水流流态比较复杂,下游河床冲刷剧烈,因此需要对水电站进行整体水工模型试验,证明水电站设计能够满足工程运行要求。研究发现溢流坝下泄水流的主流偏向右岸,对水电站下游右岸河床产生严重冲刷,对大坝的稳定性与工程安全运行造成影响,需要对水电站体型进行优化。研究采用在水电站右导墙处增加贴角,延长溢流坝左边孔左闸墩,同时去掉溢流坝左侧导墙的方式,迫使溢流坝下泄水流主流偏向河道中间。优化方案使下游河床冲刷减弱,降低了河床冲刷对大坝整体稳定性的影响,满足水电站工程运行要求,可以为类似工程提供设计参考。     

某消力池末端河床冲刷治理方案试验研究

对于水闸下游的冲刷防护与治理,一般在方案实施前需要进行物理模型试验验证。通过对某电站典型运行工况进行模拟,反演了冲刷区域的冲刷过程,确定了最大冲刷深度和范围,并在此基础上提出了6种护底方案。通过1〖DK(〗∶〖DK)〗70水工模型试验综合对比不同方案的防冲效果。结果表明：明渠左导墙左侧河床位置铺设2列3.0 m厚、长宽均为9.0 m的混凝土板进行护底时,各项水力学指标较优,既考虑了经济效益又切实控制了河床冲刷范围;同时推算出混凝土板与河床之间的摩擦系数范围为0.20~0.30。研究成果可为类似河床护底修复工程提供科学依据及经验。