钢板基聚氨酯防护材料的耐冲蚀磨损性能研究

研究了不同冲蚀颗粒粒径对不同厚度热塑性聚氨酯(TPU)冲蚀磨损性能的影响,分析了不同厚度TPU在不同粒径颗粒冲击下的失效机制,并测量了TPU在侵蚀过程中温度的变化。结果表明:以钢板为基底的TPU防护层,在两种粒径冲击下,TPU厚度为0.75 mm时其耐侵蚀性能均为最好;在颗粒的冲击下,TPU内部温度的聚积不可忽略,经拟合得到第1层表面温度在冲击力的作用下高达85℃。     

三门峡水库汛期排沙效果研究

三门峡水库汛期排沙是解决泥沙淤积问题、控制潼关高程的关键途径。"蓄清排浑"运用以来,非汛期蓄水期库区发生淤积、汛期降低水位运用排泄全年泥沙,基本保持了库区动态冲淤平衡。不同控制水位和入库流量过程存在不同的排沙效果,针对三门峡水库汛期排沙过程的差异,对"蓄清排浑"运用以来汛期排沙特征进行统计,分析了水库敞泄和不同控制水位运用对排沙效果的影响。结果表明,在汛期平水305 m、洪水敞泄的运用条件下,水库排沙具有多来多排的特点,汛期排沙总量与入库含沙量和水量密切相关;完全敞泄时库区冲刷取决于流量大小和敞泄时间,净排沙效率随着水量的增加和敞泄时间的延长而减小,冲刷效率降低;汛期控制运用期,当流量在1000 m~3/s以上时、水位在305～311 m也会产生一定的排沙,排沙效果取决于含沙水流在壅水段的滞留时间和出入库流量之比。研究成果可为三门峡水库运用方式的优化提供依据。     

粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础。本文开展了粗化床面条件下的水槽试验，分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化，并与已有均匀沙试验进行了对比。结果表明，粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体，形成比平整床面更复杂的底部边界，粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响，颗粒在运动过程中与水流动量交换强度大，泥沙颗粒运动与均匀沙试验“类弹道扩散”存在一定差异；受床面结构影响，部分颗粒表现出较强的横向运动，颗粒的横向扩散特性与流向扩散特性类似。与均匀沙平整床面不同，粗化床面上颗粒运动可能会相应改变床面结构，从而改变水流底部边界条件，进而对泥沙颗粒运动造成影响，泥沙颗粒运动存在较明显的记忆效应和反常扩散现象。     

粘性土起动流速影响因素试验研究

由于粘性土颗粒间粘结力的作用,使得其具有较强的抗冲性和较高的起动流速,这对河势的演变造成一定的影响。为此,通过粘性土起动试验,分析了淤积固结过程中粘性土的物理参量变化情况,建立了干密度、粘粒含量(粒径)与起动流速之间的关系。结果表明,粘性土的粘聚力随含水率的增大而减小,相同含水率条件下,粘粒含量越高粘聚力越大;起动流速随干密度、粘粒含量的增大而增大,粘性土起动流速受中值粒径的影响,实质上与粘粒含量对起动流速的作用相同。在此基础上分析了粘性土起动流速影响因素,提出了起动流速经验公式。研究结果为进一步分析粘性土层对河势演变的影响奠定了基础。     

考虑水分迁移影响的浅层膨胀土抗剪强度冻融劣化特征

冻融作用下的水分迁移及其伴生现象会使浅层膨胀土的抗剪强度发生劣化,探明水分迁移对浅层膨胀土抗剪强度的影响对于膨胀土工程冻融病害的防治是必要的。首先,模拟实际冻融边界条件开展膨胀土在单向冻结–双向融化作用下的水分迁移试验,在此基础上进一步开展膨胀土的直剪试验;试验过程中对土样的水分场、温度场、竖向变形均加以监测。研究结果表明:(1)冻结温度梯度对水分迁移量的影响较大,冻融后膨胀土表现出冻胀融沉的特点且融沉量略大于冻胀量;(2)抗剪强度的变化与含水量的重分布沿深度方向上表现出了高度的相关性,抗剪强度在含水量增高的冻土区均表现出衰减的特点,在含水量降低的未冻区则表现出小幅度增加的特点,抗剪强度变化幅度随含水量变化幅度的增加而增大;(3)沿土样深度方向上抗剪强度指标的变化特征与含水量的变化特征也表现出了较高的相关性,含水量降低区的抗剪强度指标均有小幅增加,含水量增高区中基本上都呈现出衰减趋势,黏聚力的大幅减小是膨胀土抗剪强度冻融劣化的主要原因。     

黄河下游河道泥沙粒径变化对小浪底水库调水调沙的响应规律

为研究黄河小浪底水库运用后泥沙粒径的变化规律,利用黄河下游花园口至利津间7个水文站的水文资料,分汛期、非汛期、调水调沙期3个时期,分析河道悬移质泥沙粒径变化与水库水沙调控的响应规律。结果表明:①悬移质中数粒径沿程变化不明显,7个水文站测得的年均中数粒径均集中于0.05 mm以下,河床质中数粒径变化呈现沿程衰减的趋势,各时期河床质平均中数粒径均变粗,河床存在不同程度的粗化现象;②小浪底水库坝前异重流以细沙为主,调水调沙期间各水文站测得的悬移质平均中数粒径低于全年的平均水平。孙口水文站以上河段测得的河床质平均中数粒径,调水调沙期的大于汛期的,孙口水文站以下河段测得的河床质平均中数粒径,汛期的大于调水调沙期的;③随着水库运用时间的增加,测得的悬移质中数粒径趋于稳定,孙口水文站以下河段测得的悬移质中数粒径与水库响应关系较弱。水库运用造成下游河道全河性冲刷,导致无论非汛期还是汛期与调水调沙期间,河床质中数粒径都逐年增大直至粗化现象停止。     

基于生态径流指标的黄河上游贵德站水文情势变化研究

黄河上游不同时间尺度的生态水文情势变化程度是研究黄河治理方略、重要水利工程布局及联合调度管理的前提和基础。为此，提出了基于流量过程线的月、季、年3种时间尺度的生态盈余和生态赤字计算方法，并评估了各时间尺度的生态风险，形成了一套多时间尺度的河流生态水文情势变化评估方法。将其用于黄河上游贵德站，评估了龙羊峡水库在建库前后的生态水文情势变化。结果表明：该计算方法克服了通过月累加计算季、年尺度生态风险不真实的问题，贵德站9月和夏季的生态径流指标变化明显，9月的生态赤字相比建库前增大了537.3%,夏季的生态赤字增大了412.8%,建议河流管理部门重点关注这两个时段的水文情势变化，有针对性地采取生态调度措施。     

黄河下游重塑黏性土抗冲特性试验

黄河下游河床存在典型的分层结构,不同部位对水流抗冲性不同,抗冲性极强的"胶泥层"对河势演变具有重大影响。通过对黄河下游花园口附近黏性土进行取样,开展了黄河下游河岸黏性土起动冲刷的水槽试验。分析了起动切应力随干密度的变化情况,建立了干密度、含水率与淤积历时的关系,拟合了黏性土侵蚀系数与起动切应力的关系式,结果表明:黏性土起动切应力随干密度的增大而增大,两者呈幂函数关系;当淤积历时较短时,黏性土干密度(含水率)随淤积历时的增大而增大(减小),两者呈对数函数(指数函数)关系;黏性土侵蚀系数随起动切应力的增大而减小,两者呈幂函数关系;同时研究发现,黏性土起动切应力与黏粒含量相关,相同干密度条件下,黏粒含量越高起动切应力越大;黏性土侵蚀系数与该土体的黏粒含量、土体结构相关,黏粒含量越高侵蚀系数越小,相应的其抗冲性越强。