砾石对关中塿土工程堆积体产流产沙的影响

为研究砾石对关中平原地区工程堆积体边坡径流产沙规律，采用室内人工模拟降雨试验方法，以关中塿土土质（无砾石）堆积体边坡为对照，研究1.0、1.5、2.0和2.5 mm?min-1雨强下10%、20%和30%砾石质量分数工程堆积体边坡径流产沙特征及水沙关系。结果表明：①径流率、流速与砾石质量分数相关性均不显著（P > 0.05），与雨强显著相关（P < 0.05）。②1.0 ~ 2.5 mm?min-1雨强时，次降雨产沙量随砾石质量分数增加呈显著的幂函数形式减小；各砾石质量分数堆积体产沙量较土质堆积体分别减少17.1% ~ 67.5%、13.8% ~ 81.1%和25.5% ~ 92.0%。③雨强< 2.5 mm?min-1时，水沙累积曲线由极显著线性特征转变为极显著幂函数形式（P < 0.01）。结果可为关中地区工程堆积体水土流失预测和防治提供理论依据。     

细沟侵蚀下的坡面水动力学特性研究

研究细沟水流水动力学特性,是了解和掌握细沟侵蚀机理的关键,也是建立土壤侵蚀预报模型的基础。本文在室内放水冲刷试验基础上,对不同土壤容重(1.2、1.35、1.5 g/cm~3)、流量(2、4、8、16 L/min)、坡度(5°、10°、15°、20°、25°)条件下的细沟水流水动力学特性进行了研究,结果表明:流量和坡度都是影响水流流速的重要因素,流速可以用坡度和流量的幂函数来表示,且坡度是影响流速的主要原因;土壤容重对流速有一定影响,且随坡度的变化对流速的影响存在差异;水流雷诺数变化范围在248~1932之间,土壤容重和坡度对雷诺数均没有影响,雷诺数主要与流量有关,且随流量的增大呈线性关系;细沟水流弗劳德数在各试验条件下基本大于1,属急流状态,土壤容重对弗劳德数的影响类似于流速,随坡度的不同有一定差异;水流阻力系数变化范围为0.04~0.955之间,随坡度和流量的增大呈先增大后减小的趋势,且受土壤容重影响明显,在低坡和陡坡下都随土壤容重增大而减小。     

植被覆盖度对坡面流相对水动力学特性的影响

为深入研究植被的水土保持效益,本文通过5个覆盖度,6个坡度和7个流量的组合条件下室内放水试验,研究相对流速,相对水深,相对弗劳德数和相对阻力系数等相对水动力学参数,结果表明:随植被覆盖度和流量增加,相对流速和相对水深均增加,植被减流效果增强,覆盖度分界点为4.650%,且植被覆盖度对相对流速的影响与流量有关,而坡度对二者影响甚微;相对弗劳德数随植被覆盖度和流量增加而增大,植被削弱坡面流侵蚀能力越强,覆盖度分界点与流速一致;相对阻力系数随相对水深的增加呈线性增大。本文为植被措施的选择和植被减水减沙效益评估提供参考。     

赣北地区工程堆积体侵蚀水动力机理研究

工程建设过程中形成的堆积体具有独特的土壤组成及特殊的堆积形态,堆积体表面土壤结构体缺失、土质松散、植物根系和有机质缺乏以及特殊的坡面构型等,导致其土壤侵蚀过程与传统坡面有着极大差异性。本研究采用人工降雨试验,设计10%、20%、30%三个砾石质量百分数和1.0 mm/min、1.5 mm/min、2.0 mm/min、2.5mm/min四个降雨强度,对坡顶平台有车碾压型工程堆积体薄层水流侵蚀动力学过程以及机理进行研究,结果表明:工程堆积体土壤剥蚀率是降雨强度和砾石质量百分数的二元线性方程(R2=0.919),可以根据堆积体的砾石质量百分数和所经历的降雨强度来预测土壤的剥蚀率。水流剪切应力、水流功率、单位水流功率和断面单位能与土壤剥蚀率均有一定相关性,水流功率是试验条件下用来描述堆积体土壤剥蚀率最好的水力参数,可以用水流功率来描述工程堆积体侵蚀动力过程。坡顶平台有车碾压型工程堆积体坡顶部的平台对堆积体侵蚀有一定的影响,通过分析发现平台对整个堆积体剥蚀率的贡献为5.0×10-6 kg/(m2·s),其大小与平台面积有关。     

基于4G的径流泥沙远程监测云平台设计

径流泥沙含量是衡量土壤侵蚀程度的重要指标,对径流泥沙的在线实时监测是水土保持工作的一项重要内容。针对当前径流泥沙监测自动化、信息化程度低,无法实现远程无人监控的问题,设计了一种基于4G的径流泥沙在线远程监测系统。现场设备实时采集的含沙量、降雨量、径流量等数据通过4G无线网络远程传送至云平台,实现对所采集数据的显示、存储、统计和分析,用户登录此平台即可实现对径流泥沙含量的远程实时监控。应用结果表明系统运行稳定,可实现对径流泥沙的远程无人监测,对提高水土保持系统的信息化水平具有重要意义。     

斜坡上的推移质输沙率公式

为了获得理论更全面、应用范围更广的推移质输沙率公式,基于数理统计方法及力学分析方法,借鉴Engelund推移质输沙率模型,研究了斜坡上推移质输沙率问题。在分析斜坡上泥沙颗粒受力的基础上,考虑了水流近底作用流速的随机性及床面上泥沙颗粒分布的随机性,推导出了斜坡上泥沙起动概率;探讨改进了单位床面上泥沙颗粒数和推移质运动速度的计算式,得到了文中推移质输沙率公式。采用不同坡度的实测资料进行验证,并与其他经典公式计较,结果表明,在不同坡度的情况下文中公式都有较好的适用性,且精度较高。     

地表糙率对坡面流流速影响的试验研究

地表糙率是影响坡面流流速特征及变化过程的重要因素。本研究采用变坡试验水槽在粗糙粒径(d≤10mm)、单宽流量(0.04~0.24 L·s-1·m-1)和坡度(2°~12°)范围内,利用定床阻力冲刷试验系统研究坡面流平均流速与粗糙粒径、流量和坡度之间的关系。结果表明:随着地表糙率的增加,水流克服阻力做功增加,能量降低,流速呈指数函数减小。地表糙率不同会导致坡面流速的主要控制因素不同,当粗糙粒径较小(0≤d≤2.5mm)时,糙率、流量和坡度对流速均有显著影响,解释方差分别为19.8%、44.8%和27.8%;当粗糙粒径较大(2.5d≤10mm)时,糙率和坡度对流速的影响很小(影响程度分别占8.8%和1.5%),流量为主要影响因素(占84.1%)。经多元回归分析发现,糙率对流速的影响最大(54.6%),流量次之(30.8%),坡度最小(6.6%),三者可以较好模拟定床条件下的水流流速(R2=0.919),且流速与糙率负相关,与流量和坡度正相关。该研究结果有助于深入了解不同糙率的定床阻力下坡面流流速的时空分布特征,为坡面土壤侵蚀过程物理模型的建立提供科学依据。     

三峡水库首次蓄水对泥沙输移特性的影响

以2003年三峡库区及坝下游水文站水沙整编资料为基础,分析了水库上游来水来沙情况,并与2002年比较,讨论了不同阶段水库悬移质泥沙输移的不同特征。结果表明,在水库135m蓄水以前,库区河道微冲;蓄水期间排沙比最小,仅10%左右;两次蓄水过程后排沙比约15%左右;全年排沙比约30～40%,其中约85%左右的泥沙输移是在两次洪水过程中完成的,两次洪水过程排沙比近50%。来水来沙量大时,泥沙主要淤积在万县—大坝区间,来水来沙量小时,主要淤积在清溪场—万县区间。水库的输沙特性主要受库尾地形、水面比降、流量、含沙量等因素的影响。     

基于不规则颗粒离散元的砾石土三轴数值模拟

心墙砾石土的力学性质直接影响土石坝心墙沉降变形及结构安全。针对目前对其影响因素的研究多集中于砾石掺配比例和空间分布,且存在缺乏考虑砾石形状对砾石土力学性质影响的问题,提出基于不规则砾石形态的砾石土离散元数值分析方法,探究砾石形状对砾石土力学性质的影响。首先,基于三维激光扫描技术构建不规则三维形态砾石模型库,并提出三变量形状评定标准对砾石形状特征进行判定;然后,提出颗粒原位替换法构建砾石土颗粒流模型;最后,进行不同砾石形状的三轴压缩数值试验,分析砾石土的力学性质。结果表明,提出的三变量形状评定标准简单有效,能够精确识别不规则砾石的多重形状特性;砾石形状对砾石土的宏观力学性质影响显著,不同形状砾石数量的均匀性有助于提高试样强度。研究可为改善心墙砾石土力学性质提供参考。     

荆江段抛石护岸稳定性计算及其影响因素分析北大核心CSCD

针对长江中游荆江段已护岸段的工程水毁问题,本文考虑单个块石起动及整体滑移破坏两种水毁模式,提出了基于力学过程的抛石护岸工程稳定性计算模型。以荆江北门口河段的两个典型断面为例,采用该模型计算了2017年8月—2018年10月水下抛石护岸工程的水毁破坏过程,定量分析了近岸流速、床面冲淤幅度、块石粒径及水下岸坡坡度对抛石护岸坍塌比的影响。结果表明:计算时段内抛石护岸工程总体上处于较稳定的状态,坍塌比均值仅为5%;坍塌比随近岸流速的增加而增加,当平均流速超过一定临界值时,坍塌比急剧增加,且块石团休止角越大,该临界值越大;坍塌比也随河床冲刷深度的增大而增大,且同样在特定冲刷深度下会出现急剧增加的变化趋势;随着块石粒径的增加和水下自然坡度变缓,抛石的坍塌比逐渐减小,且水下坡度缓于1:2.0的抛石护岸工程稳定性较高。     

泥沙颗粒级配对高速水流空化空蚀的影响

在小型循环式水洞中试验研究了非黏性沙颗粒级配对高速水流空化空蚀的影响。首先,在循环式水洞内筒中配制8种泥沙小于某粒径不同重量百分比(P<2%、12%、33%、47%、56%、70%、86%、100%)的挟沙水样,用红外测沙仪测定了挟沙水样的含沙量。利用压力数据采集系统实时量测了泥沙小于某粒径不同重量百分比P下水洞工作段(空化区、空蚀区)的压力;其次,试验采用不同强度混凝土试件,在相同含沙量S、小于某粒径不同重量百分比P的工况下,进行历时4 h的空蚀破坏试验。试验结果表明：在含沙量S=12 kg/m³,喉部流速V=38.6 m/s条件下,空化区测点压力随小于某粒径重量百分比P的增大而降低,促进了空化的发生;空蚀区测点压力则随小于某粒径重量百分比P的增大而升高,增强了空蚀的强度;混凝土试件强度相同时,混凝土试件的空蚀量随泥沙小于某粒径重量百分比的增大而增加;保持含沙量S和小于某粒径重量百分比P不变,高强度(f_cu=17.8 MPa)混凝土试件的抗空蚀能力明显比低强度(f_cu=13.7 MPa)试件高。     

台阶式溢洪道阶顶过流断面平均流速沿程变化研究

台阶溢洪道是目前热点的研究方向。台阶流速是重要的水力参数,为研究台阶式溢洪道阶顶过流断面平均流速水力特性规律,本文将将台阶式溢洪道流速与对应光滑溢洪道流速对比,引入台阶相对流速的概念。通过对26.57°、32.01°、38.66°和51.3°四组不同坡度,0.5m~2.0m不同台阶高度台阶式溢洪道进行试验研究,探讨了阶顶过流断面平均流速、相对流速与流程长度、单宽流量、台阶高度、坡度、相对消能率之间的关系。台阶式溢洪道阶顶过流断面平均流速与流程长度、单宽流量、相对消能率呈较为复杂的曲线关系,而相对流速和这些参数表现出良好的线性关系。单宽流量、台阶尺寸、坡度对相对流速有较大影响,单宽流量大,同一流程断面相对流速小;台阶高度高、坡度大,台阶相对流速大。相对流速和相对消能率也表现为良好线性关系,同一相对消能率,单宽流量越大,相对流速越小,对水流的阻力作用减弱。