近底水流结构对非均匀沙起动影响的研究

通过考虑水流结构的改变，研究了非均匀沙的起动。由于非均匀泥沙的存在，影响水流近底结构，改变底部水流对泥沙颗粒的作用。基于泥沙颗粒中在小范围对水流结构有影响的假定，推导了以粒径为参变量的水流流速公式。并以该流速公式为基础，按照颗粒极限平衡的受力得出了非均匀沙的起动公式，经过用实验资料的验证，公式在大部分粒径范围内与实际值比较吻合。     

干容重对粘性淤积物起动和冲刷的影响

根据粘性淤积物的本质特性,从粘性淤积物起动机理入手,结合粘性泥沙起动与土力学粘性土边坡滑动的相似性,建立相应的微观起动模式,通过理论分析辅以试验资料,分别研究干容重对粘性淤积物临界起动切应力、起动流速以及冲刷率的影响.研究结果表明:干容重对粘性淤积物起动和冲刷的影响非常大.     

桥墩局部冲刷的试验研究

基于桥墩局部冲刷的实际情况,提出了适用于桥墩局部冲刷的绕流挤压流动模式,同时结合泥沙起动流速,运用连续性方程、动量方程从理论上建立了桥墩局部冲刷深度的计算公式.公式建立过程中所使用的数学模式清晰,物理意义明确.最后通过野外及室内实测资料对计算公式进行验证,验证结果表明,所依据的绕流挤压流动模式是可行的,所建立公式的结构是合理的.     

小宽深比条件下弯道水流特性的试验研究

在弯道水流中,几何参数宽深比对水流的3维运动特性具有重要影响。由于小宽深比（< 5）河道广泛存在于山区及人工河道中,采用声速多普勒流速仪（ADV）对固定宽度不同宽深比（B/H 分别为1.5,2.0,3.0）的U型弯道内水流流速进行了精细测量,并以水面横比降、横向环流、流速重分布、紊动强度与剪切力为研究内容,讨论与分析了该情况下的弯道水流结构。试验结果表明,在小宽深比条件下增加宽深比时：1）水流动力轴线开始向凹岸偏移的位置提前,因而小流速主流线沿着凸岸流动,直到出弯道才开始向凹岸偏移,大流速则更早地向凹岸偏移;2）横向流速在凹岸开始波动的位置依次靠近上游,3种工况中波动位置分别为120°断面、90°断面及60°断面;3）凹岸表层附近出现次生环流的位置依次提前,其位置分别为120°断面、60°断面及30°断面,并且次生环流强度及范围不断增大;4）床面剪切力不断增大。需要指出的是：3种工况的剪切力在弯道入口断面到弯顶断面之间较大,最大剪切力位置均出现在弯道的前半段,可以推断在动床中弯道泥沙在此段的冲刷比较严重;过弯顶断面后,凸岸床面剪切力大于凹岸。试验结果可以有效地反映不同小宽深比参数对弯道水流结构的影响,并为该条件下的弯道泥沙冲淤研究提供参考。     

“河性行曲”力学机理之边壁泥沙的临界起动条件

在借鉴水流紊动相干结构研究成果的基础上,深层次揭示了紊流紊动涡体猝发、喷射、清扫的过程中对边壁泥沙颗粒的抽吸、挖掘的力学机理;系统概括了河道岸壁泥沙颗粒从起动,到进入水体,促使顺直河道发育成犬牙交错的边滩,并逐步演变为弯曲性河道的全过程;进而在对边壁泥沙颗粒受力分析的基础上,运用涡能理论,提出了边壁泥沙起动的临界条件;并根据黄河的实际情况进行了分析,认为河流边界的糙率、水深等数值越大,泥沙越容易起动。     

微生物作用下含有机质沉积物起动的定量研究

为了探究微生物作用对沉积物起动规律的影响,提出考虑微生物培养时间和有机质含量的沉积物临界起动剪切应力计算方法.通过明渠冲刷试验分析了微生物培养时间及有机质含量对沉积物临界起动剪切应力的影响规律;引入絮体强度常数γ值对微生物黏性作用进行定量表征;基于沉积物起动理论,提出在微生物作用下沉积物的临界起动剪切应力经验公式.结果表明,随着微生物作用时间的增加,临界起动剪切应力先增大后减小,并在10或15 d左右达到峰值,最终达到0.072～0.117 N/m².临界起动剪切应力随着有机质含量的增大而减小.微生物黏性作用与γ值呈现显著的负相关,皮尔逊相关系数为-0.767,临界起动剪切应力公式计算值与实验值较为吻合.     

植被作用下的弯曲复式河槽漫滩水流2维解析解

研究植被作用下的弯曲复式河槽流速分布对于确定其过流能力、泥沙输移、河床变形、滩岸保护有着十分重要的作用。作者研究了有植被的弯曲复式河槽中的垂线平均流速横向分布问题,在动量方程中加入滩地植被引起的拖曳力项,并考虑弯曲主槽和二次流的影响,采用3种不同的紊流扩散项积分方法,得到了3种计算模型。运用英国FCF弯曲复式河槽试验资料对模型进行验证,结果表明,在不同区域选取合适的二次流系数K比仅考虑主槽中的K值能更好地预测流速分布;滩地种植植物后,主槽中的K值明显增大;3种模型的预测结果在滩地上基本相同,主要差别出现在主槽区和掺混区。通过比较分析不同模型的计算误差,得到了计算结果最优的模型。     

径流条件下散粒体斜坡的颗粒冲刷启动机理

摘 要：为研究地表径流对散粒体斜坡的冲刷侵蚀效应,根据斜坡坡面径流和坡内渗流特征建立了散粒体斜坡径流-渗流耦合模型。该模型用Navier?Stokes方程描述淹没区坡面径流,用Brinkman-extended Darcy方程描述散粒体斜坡坡内渗流。径流区和渗流区的流体运动均满足连续性方程,且在交界面处的流体满足Neal和Nader提出的流速相等和剪应力连续双边界条件。采用Navier?Stokes方程和Brinkman-extended Darcy方程分别联立连续性方程推求出径流区和渗流区的流速分布。分析流速理论表达式可知,影响斜坡表部径流流速和坡体内部渗流流速的主要因素有斜坡坡度、径流水深、斜坡散粒体的孔隙率和渗透率,且流速随它们的增大而增大。为探究在径流条件下散粒体斜坡坡面颗粒的冲刷启动机理,引入Newton内摩擦定律求得径流区和渗流区交界面上的切应力,并对颗粒发生滑动和滚动两种情况分别进行受力分析,给出了颗粒滑动和滚动两种运动方式相应的失稳判据。分析两种判据可知：(1)颗粒发生滑动时,其抗滑稳定安全系数主要受散粒体斜坡坡度、颗粒的内摩擦角、颗粒半径、径流水深、散粒体斜坡孔隙率和渗透率的影响,且随颗粒的内摩擦角、颗粒半径、散粒体斜坡孔隙率和渗透率的增大而增大,随散粒体斜坡坡度和径流水深的增大而减小;(2)颗粒发生滚动与否主要取决于散粒体斜坡坡度、径流水深、颗粒半径、散粒体斜坡孔隙率和渗透率,且它们的值越大,颗粒越容易失稳。     

亚临界水条件下煤中铅的挥发性研究

运用半连续反应装置对山西吴家坪煤和四川华荧山煤中铅在亚临界水萃取过程中的脱除率和挥发性进行了研究．着重考察了反应温度、压力对铅脱除率和挥发性的影响；同时应用浮沉实验和逐级化学提取考察了原煤及残渣中铅的赋存形态．研究结果表明：在亚临界水条件下，2种煤中铅都不易挥发；随着温度升高，2种煤中铅的脱除率和挥发性都有所增加，当温度从320℃增加到380℃时，吴家坪和华荧山两煤中铅的脱除率分别从4．9％和7．1％增加到24．6％和10．9％；当温度升高到410℃时，华荧山煤中铅的脱除率增加为13．7%；在相同温度下，亚临界水处理过程中铅的挥发性要高于热解过程中铅的；随着压力的增大，2种煤中铅的脱除率和挥发性无明显变化；华荧山和吴家坪煤中的铅都主要以不溶态存在，分别为46％和54％，同时也以碳酸盐结合态、硫酸盐和单硫化物结合态及二硫化物和部分有机质结合态存在，亚临界水萃取过程中，2种煤中以上述形态赋存的铅都有所减少并转化为新的含铅不溶稳定态．     

明流条件下城门洞形隧洞临界水深的直接计算法

为了改善明流条件下城门洞形隧洞临界水深无显函数计算方法的现状,通过对城门洞形断面临界流方程的数学变换,并对引入的无量纲参数与相对临界水深关系进行分析及计算,将求解正常水深的超越函数采用指定的幂函数形式逼近,并应用改进粒子群优化算法求解该函数,得到了城门洞形断面临界水深的直接计算式.实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内(临界水深与拱顶半径之比在1.00到1.85之间),该公式最大相对误差仅为0.37%,且物理概念清晰明确,形式简捷,能为水工设计手册的编制及工程设计提供有益的参考.     

Research on cohesive sediment erosion by flow: An overview

Erosion of cohesive sediment by flow is a very complicated phenomenon occurring worldwide. Understanding and modeling of the erosion process are important for many issues such as the breaching of embankments, riverbank stability, siltation of harbors and navigation channels, service life of reservoirs, distribution of (heavy metal) pollutants and water quality problems. In the last few decades, numerous studies have been done on the erosion of cohesive sediment by flow. Nevertheless, the factors affecting the erosion resistance of cohesive sediment are still not fully understood and the knowledge of the physics of cohesive sediment erosion is inadequate, as a result the mathematical modeling of this erosion is far from satisfactory. In this paper an overview of the studies on the erosion resistance, erosion threshold and the erosion rate of cohesive sediment by flow is presented. The outcomes achieved so far from the studies and the existing problems have been analyzed and summarized, based on which recommendations are proposed for future research. Supported by the National Key Technology R&D Program of China (Grant Nos. 2006BAC14B02 and 2006BAB05B03) and the National Basic Research Program (973 Program) of China (Grant No. 2007CB714106)     

竖向地震动对地表最大剪应变的影响

提出以土剪应变幅值增量的变化作为基本指标来反映竖向地震动对土动力特性影响的分析方法,通过数值计算,在对不同地震波平均后,建立考虑竖向地震动与地表最大剪应变幅值相对增量之间的简化计算公式.简化公式中包含了场地类别、竖向和水平峰值加速度比、输入水平加速度峰值和土层厚度等主要影响因素,便于工程应用.同时,依据公式的参数分析表明,地表最大剪应变相对增量与输入水平加速度峰值成指数递增关系,与土层厚度成线性递增关系,与竖向和水平峰值加速度比成抛物线递增关系.     

坡面非均匀沙起动规律研究综述

系统地分析与总结了国内外关于坡面非均匀沙起动研究的新成果及进展情况,并分析了泥沙起动的河床组成、岸坡坡度、渗流以及近底水流结构等主要影响因素.在此基础上,指出了3种泥沙起动临界判别条件(起动切应力、起动流速和起动功率)研究与应用中存在的问题,并以非均匀沙的暴露度分析为例,对比了不同学者关于暴露度表达式与分布形式的异同,认为坡面非均匀沙的起动是水力泥沙等多因素综合作用的结果,需要识别坡面非均匀沙起动的主要影响因子,探求多因素作用下的泥沙起动条件,才能进一步揭示泥沙起动的内在规律,完善复杂条件下的泥沙起动判别条件.     

高阶模态面波在软弱薄层探测中的应用

面波勘探在浅地层波速测试及速度分层工作中取得了较好的地质效果．在一般情况下主要利用面波的基阶模态．有低速薄层存在时,瑞利面波的能量不仅分配在基阶面波中,有些高阶模态的面波还具有较高的能量,高阶模态面波的高能量反映了低速层的存在．在以高能量为标准的方法合成频散曲线时,各阶面波的综合作用使频散曲线上出现“之”字形特征．根据这些特征可以确定软弱薄层的空间位置．在实测资料解释中,注意利用高阶模态面波。取得了较好的地质效果．证明地震瞬态面波法对低速薄层有较高的探测能力。     

河堤背水侧采用盖重土层的渗流控制计算

在双层地基河堤背水侧采用盖重土层是一种有效的防止渗透变形的措施 .建立了计算盖重土层宽度和厚度的理论模型并提出了相应的求解方法 ,实例计算表明 ,用这一模型计算出的盖重土层的尺寸是合理和经济的     

摇摆运动条件下自然循环流动的实验和理论研究

针对摇摆运动对自然循环流动的影响，开展了实验和理论研究．实验分摇摆实验和不摇摆实验2部分，实验结果表明：摇摆造成了自然循环流量周期性波动，波动周期与摇摆周期一致，波动振幅随摇摆频率和摇摆振幅的增加而增加，同时摇摆造成了自然循环平均流量的降低．通过构建数学模型，对摇摆运动条件下的自然循环流动进行了理论计算，计算结果和实验结果符合良好．同时，分析了摇摆对自然循环影响的机理，结果表明，流动阻力系数的增加是造成自然循环平均流量降低的主要因素．     

坡面土壤侵蚀研究进展

土壤侵蚀量预报模型有经验模型和物理成因模型两大类。主要从这两个方面人手，介绍了国内外坡面土壤侵蚀量预报模型研究的主要成就，指出了现有模型的不足。在总结前人工作的基础上，提出了我国土壤侵蚀模型今后的发展方向。     

巨厚松散层下条带开采地表移动规律分析

巨厚松散层下条带开采引起的地表移动规律及地表移动参数有明显的特点 ,采用概率积分法预计地表移动变形结果的精确与否 ,关键在于地表移动参数 .针对焦作矿区内巨厚松散层的地层条件 ,以条带开采地表移动实测资料为基础 ,用数学方法分析了巨厚松散层下条带开采地表移动规律及地表移动参数 ,并得出地表移动参数与地质采矿条件之间的函数式     

陡坡条件坡面薄层水流沿程变化及水流阻力计算

基于系列陡坡水槽条件不同坡面粗糙程度薄层水流试验,测试分析了坡面薄层水流运动参数沿程变化,并进一步讨论了坡面水流阻力计算方法。结果表明：光滑坡面条件同一流量流速随坡长的增加而增加,而对于较粗床面或较陡坡面流速沿程出现了峰谷变化;由于陡坡条件下坡面薄层水流参数呈现沿程变化的特征,因而传统意义上常用的平均水力参数法计算水流阻力已不适宜于陡坡条件,基于沿程水流阻力计算的方法更加可靠。