管涌的砂槽试验研究及颗粒流模拟

为了揭示管涌发展的细观机理,分析了土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程,进行了管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,根据数值模拟结果,分析了管涌发展过程中试样细观变化规律及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行了比较.结果表明在不同的颗粒组成、孔隙率大小和渗径长度下数值模拟获得的临界水力梯度与室内试验结果均比较接近,从而证明了采用颗粒流程序研究管涌问题是合理的,为从细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径.     

局部水头损失对明渠非均匀流水面曲线的影响

对于有局部阻碍的明渠恒定非均匀流，考虑局部水头损失后的水面曲线变化的研究目前比较少，局部水头损失的表达式也不统一。这不仅不便于统一确定局部水头损失系数，也不便进行考虑局部水头损失后的明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律的定性分析。通过对缓坡明渠上的水面曲线进行试验和数值计算研究发现，当水流通过局部障碍物时，缓坡明渠水面曲线为有局部下降的a1型壅水曲线。     

非均质堤基管涌小尺寸试验模拟与预测模型研究

采用小尺寸模型对层状非均质堤基管涌发展过程进行了试验模拟,对非均质堤基管涌发展过程、管涌破坏临界水头进行了分析,并采用Mseep程序对试验结果进行验证.结合模型试验和Mseep程序计算,验证了Sellmejier管涌预测模型对非均质堤基的适用性,推导了非均质堤基管涌预测模型公式.通过两次施加水头的试验方法,初步分析了历史管涌对堤基整体抗渗能力的影响.     

围压对砂砾石地基管涌影响的试验研究

砂砾石地基所处的实际应力状态对其管涌发生、发展过程的影响明显.为了研究有围压状态下砂砾石地基的管涌现象,利用渗流-侵蚀-应力耦合试验装置,开展了不同围压状态下缺乏中间级配的管涌型砂砾石料的耦合试验研究,建立了管涌临界渗透坡降与围压之间的线性经验公式,表明管涌临界坡降随着围压的增大而增大;通过对管涌发生、发展过程中的土样渗透性及细颗粒流失情况的分析,发现围压越大,土体渗透系数及其变幅越小,对管涌发展的遏制效果越明显.     

非均匀颗粒自然堆积过程的计算机仿真

通过对非均匀颗粒的自然堆积过程进行计算机仿真,获得了散体的分形特性,为散体的物性研究提供了较详细的几何结构信息。拟议了自然堆积过程的计算机仿真实现方法,确定了随机堆积形成的散作的分形维数,仿真结果与己有数据相比较,表明了该方法的可行性。     

多孔非均匀出流问题数学模型研究

根据广东省台山市都斛镇水稻田控制排灌田间工程试验区的实测资料 ,探讨了在已定工作水头和输水管管径的条件下 ,不同出水口开启状况下各给水栓出流量的数学计算模型 ,用最速下降法计算非线性方程组的方法对这一数学模型进行了求解 ,并与实际观测情况进行了比较和分析 ,通过这些计算探索自动给水栓灌溉系统的设计方法 ,为这套灌溉系统在将来生产实践中的优化设计及应用打下理论基础     

非均匀推移质颗粒的扩散与分选试验研究

为研究非均匀的泥沙颗粒同均匀泥沙颗粒扩散特性的不同,开展一系列水槽试验。在不同水力条件下,通过高清摄像技术拍摄不同粒径推移质颗粒的运动轨迹。利用Dxo Viewpoint软件将拍摄得到的静态图片进行矫正处理,使用ImageJ软件提取每个时刻颗粒的位移数据。分析位移均值与方差随时间的变化,得到以下结论：不同的时间尺度上,颗粒将表现出不同的扩散特征;水力条件及粒径范围不同,表现出的颗粒扩散特征也将不同;在长时间尺度上,非均匀推移质颗粒的扩散特征会有逐渐趋向于弹道运动β=2的趋势,这是由于颗粒本身的非均匀导致的分选现象;颗粒的非均匀性越强,颗粒的分选现象出现越快;天然河流的尺度远大于水槽,这种分选现象将会更加明显。     

明渠均匀流垂线流速分布规律研究

针对现有明渠均匀流对数流速分布公式和指数流速分布公式存在的问题,根据明渠均匀流切应力与速度梯度的关系,推导出了一个新的流速分布公式.该公式在渠底和水面都与理论分析、实际情况相符.新的流速分布公式较现有对数流速分布公式和指数流速分布公式在理论上更加完善,更加合理.实验资料验证表明,新公式可以较好地反映实际流速分布规律.     

颗粒粒径对泥石流形成影响的试验研究

为研究泥石流受土体颗粒粒径的影响,将细砂和中砂按不同质量比配置6组不同颗粒粒径的试验试样,进行泥石流室内模型试验。试验结果表明：颗粒粒径对泥石流的形成模式具有重要影响,随着细砂含量的增加,泥石流的形成模式从滑坡型破坏变为流滑型破坏。当细砂含量小于40％时,坡体分层块体下滑,发生滑坡型破坏;当细砂含量大于40％时,坡体整体快速下滑,发生流滑型破坏。分析中砂坡体泥石流形成过程中孔隙水压力变化规律,揭示了降雨作用下泥石流形成过程中水土作用关系。本文结果为泥石流研究提供理论参考价值。     

非均匀来流中全方向推进器非定常水动力性能的研究

为进行安装全方向推进器的潜器运动仿真,研究了非均匀来流中全方向推进器水动力性能的面元预报方法,预报了不同轴向非均匀来流情况下全方向推进器水动力性能.基于螺旋桨面元法理论建立了非均匀来流中全方向推进器水动力性能计算的数学模型,对非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报.采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程;并且采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边满足压力库塔条件.在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析公式.为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布.预报了非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能,并与均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能作了对比.计算结果表明在某些轴向非均匀来流情况下,全方向推进器水动力性能要好于轴向均匀来流时的水动力性能.     

泥石流颗粒的标度分布

大多数泥石流由宽粒径颗粒组成,粒径介于10-3～102 mm.通常以个别特殊粒径(如D10、D30 、D50等)或其组合(如均匀系数、曲率系数等)来刻画颗分的性质,但这些都是经验性参数,没有明确的物理意义,也不能确定颗分曲线的函数形式.选取蒋家沟典型黏性泥石流流体样本和国内各泥石流多发区泥石流堆积土体样本,通过粒度分析,运用Matlab和函数逼近方法,发现泥石流颗粒普遍满足一种标度分布:P(D)=CD-μexp(-D/Dc),因而颗分性质可以用自然参数μ和Dc来刻画.μ刻画了土体在自然状态下的孔隙度,Dc是一个特征粒径,代表颗粒组成的范围.根据蒋家沟大量泥石流样本发现,μ＜0.10,而对高容重泥石流,μ＜ 0.05.泥石流容重随Dc呈幂函数增长,Dc从而刻画了泥石流的输移能力.由此确立了分布参数与泥石流性质的关系,并将其用于汶川震区泥石流的评估.     

堤基侵蚀型管涌的砂槽试验研究

堤基侵蚀型管涌是汛期堤防工程中常见的一种渗透变形现象,其发生完全位于堤基或坝体内部,通常不易被发现,难以及时采取相应措施予以控制。同时,随着侵蚀型管涌的发展,堤基进一步会产生不均匀沉降,最终威胁大坝的安全,因而其发展机理和破坏特性的研究一直是国内外研究的热点和难点。为探究堤基侵蚀型管涌的发生发展过程及破坏规律,通过引入多色填充砂示踪方法实现了对土样中填充细料颗粒运移的顺序和方向进行判别,从而更直观地揭示管涌发展过程。根据不同管涌土判别方法选取了三种间断级配的土样进行侵蚀型管涌双层堤基砂槽模型试验,并对现有管涌土判别方法的有效性进行了比较。同时考虑变水头条件和土料级配两种因素对管涌侵蚀结果的影响,分析“扰动”作用与管涌发展的关系。通过研究表明：侵蚀型管涌破坏始于管涌口周围的细料流失,随着渗透侵蚀的发展,细料起动和流失位置均逐渐向上游发展;侵蚀过程中细料的流失具有明显的渐进性,而细料起动可以发生在侵蚀范围之外;外部因素或渗流稳定因素造成的“扰动”作用对侵蚀型管涌过程具有促进作用。     

煅烧温度和时间对ZrO2相的影响

用压力-热液法制备纳米ZrO2粉体,并用不同热处理工艺进行处理,样品的XRD分析结果表明,煅烧温度和时间对纳米ZrO2粉体性能影响显著.随着煅烧温度的提高和时间的延长,粉体由tetragonal(t)转变为monoclinic(m),晶粒尺寸逐渐增大,煅烧温度对ZrO2相组成和晶粒尺寸的影响比时间影响更大.     

Calculation of the Water Distribution Networks Based on the Theory of Slow Transient Flow

Urban water supply network is a modern urban survival and development of the infrastructure of a city, and its normal running conditions have important significance. The actual hydraulic process in the variable- load water distribution networks can be treated as the slow transient flow which belongs to the unsteady flow. This paper analyzes the multi-loops network slow transient model based on graph theory, and the link flow matrix is treated as the variables of the discrete solution model to simulate the process of the slow transient flow in the network. With the simulation of hydraulic regime in an actual pipe network, the changing laws of the flow in the pipes, nodal hydraulic heads and other hydraulic factors with the passage of time are obtained. Since the transient processes offer much more information than a steady process, the slow transient theory is not only practical on analyzing the hydraulic condition of the network, but also on identifying hydraulic resistance coefficients of pipes and detecting the leakage in networks.     

泄流过程中折板型竖井水气两相流动特性研究

折板型竖井因具有适用性强、消能效果好等优点,被广泛应用于深隧排水系统中,为充分揭示泄流过程中折板型竖井内高速水气两相流动特性,开展了1:25水力模型试验,并采用Realizable k–ε模型和水气两相流VOF法进行数值模拟,研究不同入流条件下竖井内水气分布规律,阐明竖井湿区空穴区形成机理及干区气压变化过程,分析竖井壁...     

“阶梯+消力墩”型排导槽调控泥石流性能研究

排导槽在泥石流减灾防灾中扮演着重要角色,但以往的排导槽难以解决近些年出现的大比降沟道泥石流灾害治理难题,为此,提出了一种新型“阶梯+消力墩”排导槽以期解决这一难题。通过水槽实验,从泥石流流态、密度、颗粒粒径、泥深、速度和冲击力等方面评估该三种消力墩体型(正方形、梯形和三角形)排导槽调控泥石流的效果。结果表明,泥石流在排导槽内呈现波状流态,消力墩把泥石流挑向空中,虽然对泥深产生了放大效应(正方形消力墩放大效果最明显,梯形消力墩放大效应最弱),但可以显著降低泥石流流速。泥石流经过“阶梯+消力墩”结构的调控后,在出口处的密度有所降低、固相颗粒粒径减小,且梯形消力墩表现出最强的拦粗排细能力。梯形消力墩上承受的冲击压强大于三角形消力墩上的冲击压强,第一个消力墩上冲击压强最大的体型为正方形消力墩体型,而第二、三个消力墩上冲击压强最大的体型则为梯形消力墩体型。     

边坡深部不均匀沉降条件下桩基础破坏特性的离心模型试验研究

我国地质条件复杂,岩土工程问题复杂多变。近年来,随着越来越多的工程开始建设,深部不均匀沉降条件在实际工程中经常出现,如：地下煤炭开采、基坑开挖、地下水位变化等,这种情况下上覆边坡及其上的基础容易发生严重的变形乃至破坏,对附近人民群众的生命财产安全造成了威胁。桩基础是目前工程中常用的边坡加固方式,因此,边坡深部不均匀沉降条件下的桩基础破坏特性亟待研究。离心模型试验在边坡变形破坏特性的研究中有明显的优势,在多种荷载条件下都取得了重要的研究成果。本文采用液压系统模拟深部不均匀沉降条件,进行了不同范围的深部不均匀沉降条件下桩基础破坏特性的离心模型试验,探究了不均匀沉降范围对桩基础变形破坏特性的影响机制,以及深部不均匀沉降条件下桩基础的破坏机理。结果表明,深部不均匀沉降条件下,桩基础所在土坡产生了3条主要的滑裂面,其中深部不均匀沉降区域附近的滑裂面是明显的滑动破坏,基础附近的滑裂面以张拉破坏为主。深部不均匀沉降首先导致了土体内部发生由下至上的滑动破坏,进而使桩基础发生了失稳,最终导致基础附近发生由上至下的破坏。深部不均匀沉降范围通过影响上部土体的变形局部化的时空分布情况改变了土坡滑裂面的位置与形状。深部不均匀沉降条件对土坡的影响存在一定的范围,影响区边界均呈绕桩分布。     

天桥水电站面流界限水深研究

通过天桥水电站除险加固工程水工模型试验,推导出了面流界限水深理论和经验计算公式,并与前期研究成果进行了对比.分析了面流界限水深的影响因素,发现当鼻坎挑角由0°变化到15°,面流界限水深逐渐降低;在护坦加长和下游水流空间性的双重影响下,面流界限水深值增大;降低河床高程或增大坎高,面流发生范围将会扩大.     

受堆积体影响的河道3维水流结构试验研究

通过水槽试验研究了河道在堆积体影响下的三维水流结构,采用ADV测量了堆积影响河段的三维流速,分析表明：断面纵向最大流速从堆积体段逐渐偏向右岸,且逐渐向河床底部移动,往下游又逐渐上升并恢复至天然状态。主流受收缩加速影响,越过堆积体后,呈水跃流态。受堆积体挤压流路和水流惯性的影响,主流流速在靠近堆积体略下游位置出现最大值。横向流速在堆积体段出现了正负值交替,某一水深处的流速为零,在该水深的上层,水流偏向堆积体岸流动,在该水深的下层,水流偏向右岸流动,上下层水流出现了反向流动,同时垂向流速在堆积体段也出现了正负值交替,表明在试验段水流呈类螺旋流流态。受堆积体作用,水流从表层到床面不等宽收缩,在堆积体段水流呈逆时针螺旋流与纵向水跃交互作用,水流呈复杂的三维状态。