江苏省河道生态护坡技术固土作用及效果研究

为探索河道不同生态护坡的固土作用及效果,以江苏省河道生态护坡调查为背景,选取草皮生态护坡、石笼生态护坡和生态袋护坡,采用室内试验研究草皮生态护坡的抗剪强度。结果表明,草皮根系明显提高了土体的抗剪强度,且土体抗剪强度随含水率的增加而减少;复合根系的固土效果比垂直、水平根系好。采用ABAQUS建立三维有限元模型,从位移等值线和边坡安全稳定系数方面对比三种生态护坡的固土作用和稳定性,与无草边坡相比,草皮生态护坡、石笼生态护坡、生态袋护坡均能不同程度地减小土体的滑动区域范围,提升整体边坡的稳定性。研究成果可为工程实践提供指导。     

滨岸带植物对水流结构影响的试验研究

以滨岸带植物为例,针对河道断面形式与植被分布影响河道水流结构、进而影响河流生态功能和河岸稳定等问题,通过种植3种高度模拟植物的梯形断面渠道的12组次水槽试验,分析了梯形生态渠道的沿程水面线、沿程流速及植物带中断面横向与中垂线流速分布、等效糙率.结果表明,植物带前壅水水位随植物高度增加而增大、植物带末端出现水位降低和流速升高区域、植物带断面中垂线流速分布呈大“S”型分布,流速梯度反转值位置随植物高度的增加而升高;断面横向流速对称分布,主槽流速大于边坡区流速,最大流速发生于主槽与边坡交界区.     

植被根系对黄土边坡稳定性及固土效果的影响

为了研究植被根系对黄土边坡稳定性及固土效果的影响,通过室内直剪试验、模型试验及数值模拟方法,研究了植被根系对黄土强度、边坡抗冲刷能力、边坡渗流场的影响。结果表明,植被根系可明显提高黄土抗剪强度,且随着植被根系数量的增多,黄土的最大抗剪强度和残余抗剪强度均有明显增大;坡表种植植被后,黄土边坡表面的抗冲刷能力增强,在相同的水流冲刷条件下,原状黄土的冲刷深度为20cm,种植植被后冲刷深度仅为1.5cm,可见植被根系对黄土具有较好的保持作用,渗流数值模拟发现坡面种植植被后,防渗效果明显提高。     

白石水库洪水过程泥沙冲淤数值模拟分析

为研究白石水库泥沙冲淤特性,选取水库大坝至上游BD20断面,分别模拟汛期典型洪水过程和百年一遇洪水过程,分析洪水过程泥沙冲淤变化。结果表明,白石水库洪水期间最大输沙量与最大流量并不同步,在库区弯道处凹岸库底冲刷、凸岸库底淤积;同一断面的洪峰流量、最大输沙率不同步;洪水过后,淤积厚度随控制水位的升高而减小。     

考虑饱和度影响的红壤土抗剪强度模型及应用

鉴于降雨入渗过程中土体饱和度变化对库区边坡稳定性的影响,基于Bishop非饱和土抗剪强度理论和van Genuchten土水特征曲线模型,建立了直接考虑饱和度影响的多参数土体抗剪强度理论模型,并采用三峡库区红壤土设计了土水特征曲线试验和三轴剪切试验,获得了基质吸力和抗剪强度随饱和度变化的试验结果,进而验证了模型的合理性。结果表明,模型预测值与试验实测值的吻合度较好,建立的模型能较好地预测三峡库区红壤土的抗剪强度。进一步分析可知,红壤土抗剪强度指标——粘聚力和内摩擦角均随饱和度的增加呈非线性递减;在净总应力一定的情况下,红壤土抗剪强度随饱和度的增加呈对数关系递减。     

黄河龙门河段揭河底洪水探析

通过统计、分析、计算相关水文资料,得出黄河中游龙门河段发生大面积揭河底的条件为:吴龙区间发生高含沙洪水,龙门洪峰径流量在6亿m3以上,输沙量在2.6亿t以上;龙门流量大于5 000 m3/s且持续时间大于5 h,含沙量大于400 kg/m3且持续时间大于3 h;龙门断面平均河床高程达到380.0 m以上。黄河龙门"揭河底"洪水对河床具有强烈的冲刷作用,冲刷深度较大,对河道形态调整同样具有很大影响。     

不同植物根系对岸坡土体抗剪强度的影响

干旱地区植被根系在增强土体抗剪强度方面具有显著作用。为探究塔里木河下游植物根系对岸坡土体抗剪强度的影响,明确植被对岸坡防护的作用机理,以红柳、芦苇、骆驼刺、梭梭4种典型荒漠植被为例,开展室内根系拉伸试验和直接剪切试验,对比分析了4种植物根系对土体抗剪强度的影响规律。结果表明,4种根系的直径与抗拉力和抗拉强度均呈幂函数关系,其中与抗拉力呈正相关,与抗拉强度呈负相关,当根系直径>1.5 mm后抗拉力差异性显著提高;根系体积密度(R_RVD)对根—复合体的抗剪强度影响呈非线性。4种根—土复合体增加相同R_RVD时,对抗剪强度的提高程度依次为红柳>芦苇>骆驼刺>梭梭,表明红柳和芦苇在提高抗拉力和土体粘聚力方面具有显著优势,可作为沿岸固土防蚀植被推广种植。     

寒旱区湿陷性土地基渠道衬砌结构改造的数值模拟研究

寒旱区输水渠道防渗衬砌结构极易发生冻胀破坏而影响灌区供水安全和稳定运行。为提高湿陷性黄土地基渠道的抗冻胀性能,以宁夏固海扬水灌区衬砌渠道为例,通过分析原型渠道冻胀破坏特征,基于提高防渗体抗冻胀变形能力的思路,提出了三种不同边坡系数、断面结构形式和边坡筑构材料的防渗结构优化方案,并应用ABAQUS软件,分别计算分析了不同方案的衬砌结构受热力耦合作用下的冻胀变形特征与受力状态。结果表明,在湿陷性黄土地区,弧底梯形渠道的抗冻胀性能普遍优于梯形断面渠道;在渠道防渗衬砌体基土之间加设一定厚度的水泥砂浆垫层,能有效减弱衬砌结构在冻胀作用下的应力集中现象;适当减小渠道边坡系数能有效减少渠道内的冻胀应力峰值;在三种衬砌改造结构中,其峰值应力减幅分别为70.49%、63.36%、27.68%,最大冻胀量降低率分别为7.70%、5.05%、-2.82%,选取边坡系数为1∶1.75的弧底梯形断面型式,并在混凝土防渗面板与基土间设置水泥砂浆垫层时,其抗冻胀效果最佳,可在同类地区推广应用。该研究结果为跨越湿陷性黄土地基的灌区渠道结构改造提供参考,也可为同类地区渠道的防冻胀设计提供依据。     

嫩江与第二松花江洪水相互顶托影响研究

干支河流交汇河段洪水遭遇时河道水位壅高,形成洪水顶托,致使河道断面水位流量关系复杂,增加河道防洪难度。以东北松花江流域嫩江和第二松花江(简称二松)在三岔河口处交汇为例,基于嫩江大赉站、二松扶余站多年实测洪水资料筛选顶托典型年,分析顶托典型年两水文站异常的水位流量关系,并定性定量研究了不同量级下洪水相互顶托程度。结果表明,嫩江较易受到二松洪水的顶托作用。当大赉站流量较大时,扶余站流量变化对大赉站顶托量影响较小,在大赉站流量大于3 000m3/s时,对大赉站的顶托量在0.5m以下;当大赉站流量较低时,随着扶余站流量的增大,顶托量逐渐增大,当大赉站流量小于3 000m3/s时,大赉站顶托量最大可达4.8m。     

潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。     

感潮河网区分汊河道险段成因试验研究

针对珠江三角洲受径潮动力双重作用、感潮河网区分汊河道险段成因较单一河道复杂的问题,选择典型分汊型险段,以动床物理模型试验为研究手段,在分析险段近期河床演变规律的基础上,研究了不同水文条件下分汊河道险段水动力特性和冲淤变化规律,探讨了险段变化成因。结果表明,分汊河道险段所在弯道水流特性明显,主流贴岸,易产生近岸冲刷,加之近期大洪水频发,是造成险段冲刷加剧的主要原因,而近期汊点分流变化,险段所在主干分流增强,加剧了险段冲刷;此外,感潮河网区受涨潮动力影响,枯水期支汊涨潮流顶托主汊,汊口水流动力减弱,有利于减缓汊口段险段的冲刷。     

水位骤变条件下河流崩岸模型试验及机理研究

为研究水位骤变条件下河流崩岸的形成机理,结合现场调研及室内模型试验,分析了水位骤变条件下河流崩岸过程及孔隙水压力的变化规律。结果表明,在水位上升过程中,水土结合部位易产生裂缝,并不断拓展形成贯穿性裂缝,影响岸坡结构完整性,同时局部区域产生坍塌现象形成临空面,为后续坡体大规模坍塌提供条件;水位骤降后,由于水体惯性牵引,坡脚掏空,失去支撑,坡体发生整体下滑(由试验前的45°坍塌成31°),产生条崩现象;在库区水位骤降时,坡体内孔隙水压的消散速度低于坡前水位骤降速度,土体内外形成较大的水压力梯度(孔隙水压力),进而诱发大规模崩岸。揭示的河流崩岸内在机制,对于库岸安全管理具有较大的参考价值与实际意义。     

某溢流坝下游泄洪消能防冲布置优化研究

为优化分析某溢流坝泄洪消能防冲布置形式,运用数值模拟的方法,建立溢流坝挑流消能及下游防冲的三维数值模型,根据工程特点,在前期物理模型试验成果的基础上,拟定多种下游消能防冲优化布置方案并进行数值模拟计算。计算结果表明,将原方案水垫塘预挖冲坑的下游斜坡改为垂直挡墙结构形式,能有效改善下游水流流态,降低预挖坑后的流速大小、均化流速分布,降低护坦处的压强,提高消力塘的消能效果,可减小对护坦及下游河床、岸坡的冲刷影响,可为类似工程设计提供参考。     

天生桥一级水电站溢洪道几个水力学问题研究

天生桥一级水电站溢洪道水头高,流速高,泄量大,泄洪功率大,高速水流问题较为突出.本文在模型试验的基础上,初步研究了该溢洪系统对泄流能力的制约和影响、明渠连接渐变段的体型选择、斜尾墩消除水冠、陡槽水流平面扩散角的选择、泄洪水流与河道斜交时的顶冲回流与消能防冲等水力学问题,并通过分析研究得出了一些有益的结论.     

废黄河地涵工程冲淤成因及其防治措施

近年来,废黄河地涵工程出现冲淤现象,对防洪和工程安全均产生巨大隐患。通过模型试验分析了废黄河上游引河段的水流流动情况及主要冲刷区和淤积区的位置和面积,利用加丁坝挑流方式,改善上游水流状态,同时利用Flow-3D软件对地涵工程及其上下游河道进行三维水动力数值模拟。结果表明,地涵工程上游左岸有回旋区及低速区,极易造成淤积,而在河道中央及靠右岸的区域,水流流速较快,容易产生冲刷现象;建议采用3种方案交替运用的方式来进行控制,同时添加两道斜向下游的丁坝,对改善河道流态和防冲减淤具有重要的工程参考意义。     

官帽舟水电站导流洞出口优化试验研究

为解决官帽舟水电站导流洞出口水流淘刷右岸边坡所引起的山体坍塌．通过物理模型试验,对导流洞出口型式进行优化．优化后的导流洞出口下游河道水流平顺,冲坑位于河道中央．出口下游右岸边坡无淘刷,不会威胁下游狮子大桥的稳定。     

斜护坦联合裙板消能工设计与试验验证

以多沙河流上某泄洪闸工程为例,基于斜护坦+裙板冲坑深度计算公式设计该泄洪闸下游消能工。试验验证表明,斜护坦和裙板设计基本合理,消除了水流顶冲和集中水流跌落现象,改善了河道冲淤形态,保证建筑物基础安全。分析河道冲淤形态及形成过程,发现拦河闸下游护坡需尽量与拦河闸同宽且顺应原河道走势,不宜束窄河床也不能过多扩散;限冲隔墙对保护河道长距离冲刷作用显著,但在水流集中的河段可能会引起水流跌落,淘刷隔墙基础;冲坑深度随来流量的增大逐渐加深,随下游水深的增加逐渐减小,两者相互制约,影响下游河道冲淤形态,可为类似工程设计提供参考。     

长江镇扬河段世业洲右汊河床稳定性研究

基于实测数据,分析了镇扬河段世业洲右汊历年来水来沙特点,研究了镇江港码头工程附近河道河床近年来的冲淤变化。结果表明,世业洲汊道河段多年来一直维持相对稳定的河势,河道深泓走向和滩槽位置相对稳定;镇江港码头位于世业洲右汊凹岸,近岸动力较强;多年来滩槽位置相对稳定,深泓线和深槽靠近右岸;虽然近几年右汊左岸边滩变化较大,但深槽位置较稳定,前沿水深一直保持在-13.0m左右,无需开挖即可满足船舶停靠的要求,-10m水深的河宽多年来一直稳定在600m以上,具有良好的水域条件。