水利工程污损生物沼蛤的附着特性研究

近年来,水利工程遭受沼蛤污损的问题日益突出。污损生物沼蛤附着于输水管道等水工建筑物后会腐蚀附着面,降低管道等输水建筑物的过流能力,使阀门、闸门等关键设施启闭困难,严重影响水利工程的安全运营。文章通过实验分析了沼蛤的几何特征及附着特点,探讨沼蛤附着特性及基于附着特性的生态防治措施。研究表明,沼蛤体长与体宽、体高呈线性相关,体长与体重呈指数相关;黏附率与基质粗糙率之间呈正相关关系,基质越粗糙越易附着;附着基质粒径小于10 mm时能够明显抑制沼蛤黏附。     

沼蛤对长距离输水工程入侵调查研究

基于深圳市东江水源工程,分析了影响沼蛤附着的因素,沼蛤入侵输水管道的特征和规律,以及沼蛤造成的生物污损对管壁的腐蚀程度.调查发现:沼蛤附着密度随着距取水口的距离成指数衰减,且水源能够影响的密度范围相差2～4个量级;如取水口后方无开敞或无压结构时,一般附着密度能够在距离取水口后方5～10 km范围内迅速衰减到0;在同一压力结构段中沼蛤附着密度呈一致性衰减;当压力段遇到开敞水池或无压结构时,沼蛤的附着密度都会发生剧烈波动,密度变化范围相差1～2个量级.当水流流速长期高于1.2 m/s,能够抑制壁面沼蛤附着,当水流偶然高流速高于2m/s时,壁面已经附着的沼蛤会被水流冲刷下来.沼蛤对管道结构壁面的腐蚀与其附着密度是互促增长的过程.     

沼蛤幼虫管道湍流灭杀试验研究Ⅱ:灭杀效果

沼蛤(Limnoperna fortunei)作为典型入侵性底栖动物,可造成管道严重堵塞,威胁技术供水系统正常运转。前期试验研究了致紊材料对管道水力特性的改变,为验证致紊材料对管道沼蛤幼虫灭杀效果,本研究选用水力学试验推荐的4种致紊材料并采用普通和加密两种方式布置在管道中。分别进行了脉动灭杀试验(试验系统流量=0.018 m~3/s)和死循环(系统补给流量≈0 m~3/s)灭杀试验,采样和显微观测统计不同发育阶段幼虫的密度及死亡率。结果表明试验期间沼蛤幼虫基本处于前期壳顶阶段,经过脉动管后死亡方式主要为组织流出、组织脱落和壳体破碎。脉动试验中6 mm孔板对沼蛤幼虫灭杀效果最好,加密布置可以提升大孔径孔板和筛网的灭杀效果。采用幼虫相对体长d*(幼虫体长与Kolmogorov长度尺度之比)衡量致紊材料的灭杀效果,当下游主流区(d*)_(max)0.7时灭杀效果明显。死循环在5 min内可以迅速提高沼蛤幼虫死亡率,之后死亡率基本稳定,所以如能保证幼虫在脉动场中被作用达一定时间,即能对其进行有效灭杀。     

沼蛤幼虫管道湍流灭杀试验研究Ⅰ: 水力学特征

沼蛤(Limnoperna fortunei)是贻贝科软体动物,可在管道造成生物污损和堵塞。沼蛤以浮游幼虫形态随水流入侵管道,其幼虫死亡率在高频脉动作用下明显提高。为寻找控制沼蛤入侵管道的有效途径,本研究选取3种孔板和3种筛网采用50 cm和25 cm两种间隔布置在试验管道中制造紊动,利用多普勒声学流速仪(ADV)测量其下游流场、紊动场和能谱特征等水力特性。结果发现致紊材料下游流速均出现短暂波动。大孔径孔板下游横向流速波动增强,加密布置可抑制此波动。筛网的阻水效应很小,加密布置可提高水流过筛流速。孔板下游紊动强度分布呈明显带状特征,筛网则不如孔板均匀,两者下游紊动强度均沿程降低。在下游5 cm距离内,孔板可大幅提高高频脉动能量,进而提升下游紊动强度,减小紊动长度尺度。筛网下游高频脉动能量提升幅度较小,同时低频脉动能量减弱。单级筛网比孔板消耗的水头小,加密布置并不增大单级致紊材料消耗的水头。综合来看,6 mm孔板、10 mm孔板和3 mm筛网具有较高管道湍流灭杀沼蛤幼虫的潜力。     

水利工程污损生物沼蛤的物理去除技术研究

我国南方水利工程常受到沼蛤(limnoperna fortunei)生物污损的危害,沼蛤高密度粘附在结构面上会改变建筑物功能结构,影响水利工程安全运营。通过研究沼蛤在离水干燥、高温水浴、超声波、电流作用下的死亡特征,探讨利用物理方法去除沼蛤的工程技术可行性。研究结果表明沼蛤在环境温度为28 ℃的离水干燥条件下,3d就会因缺水而死亡;沼蛤在水浴温度为44 ℃的环境中的死亡时间为10h,当水浴温度＞55 ℃时,在其接触高温水体瞬间就会死亡,内部组织与角质壳分离、脱落;在沼蛤集中的水环境中加载超声波和高压电流也能灭杀沼蛤幼虫及成贝,有效抑制其大量繁殖。研究了4种去除沼蛤的物理方法,其中离水干燥法和高温水浴法灭杀效率较高,而超声波和电流灭杀法具有较好的预防特性。     

腐蚀介质下粉煤灰混凝土宏微观性能的时变损伤

以2 mol/L NH4 Cl溶液为腐蚀介质,研究全浸泡条件下粉煤灰混凝土的耐蚀性能.溶蚀前,对粉煤灰混凝土进行气孔结构测试分析,研究溶蚀后的抗压强度损失以及溶蚀深度的变化幅度及变化规律,并采用核磁共振、场发射扫描电镜从机理上探讨不同粉煤灰掺量(0％、15％、30％、45％)混凝土溶蚀后的组织结构和孔隙的分布情况.研究...     

孔隙水压对混凝土损伤的研究综述

混凝土是一种非均质的多相复合材料,内部存在着孔隙、微裂纹等结构,压力水在混凝土内渗流的过程会不同程度的使混凝土的微观结构发生改变,造成损伤;本文从理论方面分析了水在混凝土中的迁移机理、混凝土中的孔隙特性及其影响混凝土渗透性的主要因素和水对混凝土力学性质的影响,并分析了在渗透孔隙水压作用下混凝土的损伤机理。分析表明:混凝土中的孔结构对混凝土的渗透性有重要影响,其中的连通孔隙是孔隙水渗透的主要途径,且孔隙水对混凝土的力学性质有显著影响,在孔隙水压作用下,孔隙水产生水力劈裂作用,使混凝土损伤,甚至破坏。     

基于核磁共振成像的混凝土冻融损伤特征

为研究多次冻融循环过程中材料内部孔隙分布的变化特点,采用低强度磁场核磁共振成像扫描仪对经过0,50,100和200次冻融循环的混凝土试件进行扫描,获得了弛豫时间T₂分布谱和扫描图像。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,表征材料孔隙率大小的T₂谱面积呈现初期增速较快,后期增速减小的规律;小孔隙含量随循环次数增加而减小,大孔隙含量随循环次数增加而上升;不同损伤程度的混凝土试件的核磁共振(NMR)扫描图像与T₂分布谱的变化特点具有较好的同步性,体现了扫描结果的准确性。研究成果有助于加深对混凝土在冻融循环过程中结构损伤演化规律的认识。     

循环孔隙水压力作用对混凝土损伤特性研究

为研究混凝土在历经循环孔隙水压力后的损伤特性,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪,进行了常三轴混凝土动静力加载试验,基于能量分析的损伤本构模型改进,确定损伤变量,进行不同加载速率、不同循环孔隙水作用后的混凝土损伤特性的对比分析。研究结果表明:当饱和混凝土试件分别经历不同大小的循环孔隙水压力作用后,低应变速率下,损伤曲线分布较为分散,随着应变速率的增大损伤曲线越来越趋于集中。随着加载时应变速率的提高,损伤曲线的分布呈现出了一定的规律性:低应变速率下,随着循环孔隙水压力值的增大,产生相同值的损伤对应的应变越小;高应变速率下,产生相同值的损伤发生的应变越来越大。     

膨胀混凝土延迟膨胀损伤模型的试验验证

为了验证膨胀混凝土延迟膨胀损伤模型的适用性,采用硫酸钠溶液和浸烘循环法来模拟膨胀混凝土延迟膨胀损伤过程,并用表观形态观察、质量变化与超声波相结合的方法来评定混凝土损伤。试验结果表明,膨胀混凝土的损伤过程与模型相吻合,膨胀混凝土延迟膨胀损伤模型有较好的适用性。     

输水建筑物表面淡水壳菜防护涂层研发及适用性分析

淡水壳菜附着在输水建筑物壁面会导致输水结构混凝土性能劣化、糙率增加等诸多严重问题,然而当前尚缺乏切实有效的防治对策。针对输水建筑物中淡水壳菜防治难题,研发了一种无毒新型淡水壳菜防护涂层,通过试验手段表征了涂层微结构、表面能、力学性能等;研究了淡水壳菜活体在涂层表面的行为特性,对比了研发涂层与6种现存涂层表面淡水壳菜的平均附着率和平均垂向分离力,深入分析了淡水壳菜在现存涂层表面的附着机理及研发涂层的防附着机理。结果表明：与6类无毒现存涂层中防附着效果较好的硅橡胶涂层相比,本文所研发涂层淡水壳菜平均附着率、平均垂向分离力分别下降58.33%,46.67%;与混凝土表面相比,涂层表面淡水壳菜平均附着率、平均垂向分离力分别下降80.26%,91.11%。研发涂层同时具备“低表面能”“微结构”“弹性”“低污损脱除参量”特点,污损脱除参数优于同类涂层。本研究可为输水建筑物中淡水壳菜防护涂层选择与性能分析提供参考,对淡水壳菜防治提供一种新路径。     

碾压混凝土坝外掺MgO微膨胀混凝土的试验研究

本文结合辽宁省白石碾压混凝土坝及阎王鼻子碾压混凝土坝,通过对不同MgO含量的胶材净浆的压蒸试验,确 定了MgO的合理掺量;对常规混凝土、常规碾压混凝土及外掺MgO微膨胀碾压混凝土的自生体积变形进行了试验研究。     

面板坝坝面溢流试验研究

根据保尔德面板坝坝面溢流的模型试验，阐述了钢筋砼衬砌护面的设计特点及稳定条件，为该工程提出了较合理的护面体型布置、陡槽边墙分段的连接形式及其稳定性试验成果。     

新老混凝土粘结面渗透性能试验研究

对96个圆台柱体试件的新老混凝土粘结面渗透性进行了试验研究,分析了界面处理方法、界面剂类型以及粗糙度等对粘结面渗透性能的影响,并对粘结面的渗流特性及层面力学参数,如粘结面等效水力隙宽、渗透系数以及渗透规律进行了初步探讨。结果表明,新老混凝土粘结面的渗透性大于新老混凝土本体的渗透性,粘结面是其渗水的主要通道,界面剂可改善粘结面的抗渗性能。在粘结面渗水高度量测的基础上,根据渗透压力和渗水高度,推导了粘结面的等效水力隙宽及渗透系数的计算公式,粘结面的渗流基本上属于层流渗流,粘结面的等效水力隙宽在0.11～0.27μm之间,渗透系数多数在1.1×10-10～4.8×10-9cm/s之间,个别高达1.8×10-4～2.5×10-4cm/s。     

混凝土再生粉复合锰渣的胶凝性试验研究

原材料各组分对胶凝材料性能的影响较大,为此,探讨混凝土再生粉、锰渣、Na2SO4的掺量及水灰比对砂浆力学性能的影响,并采用吸水动力学法测定砂浆的孔结构参数(孔均匀系数、平均孔径、干表观密度),同时测定高温后砂浆的力学性能。结果表明:砂浆中掺入适量的Na2SO4、混凝土再生粉、锰渣或降低水灰比,均有利于提高砂浆的抗折强度,在早期较为显著,对后期的影响较小;适量的锰渣掺量有利于提高砂浆的抗压强度和耐高温性能; Na2SO4、混凝土再生粉、锰渣和水灰比都能在一定程度上改变砂浆的孔径分布,细化孔结构。因此,适量混凝土再生粉、锰渣、Na2SO4的掺入或降低水灰比,有利于提高砂浆的抗折/抗压强度和耐高温性能,细化砂浆孔结构。     

早龄期损伤水工混凝土自然自愈合效果试验研究

早龄期水工混凝土结构在不利荷载工况下常易产生损伤开裂,如果及时加强对早龄期损伤水工混凝土的养护,后期水工混凝土自然自愈合效果对结构服役寿命具有重要影响。为此,本文设计并开展了3种预损伤龄期(1 d、2 d、3 d)和3种粉煤灰掺量(0%、15%、35%)下的早龄期水工混凝土抗压强度预损伤试验,以损伤试件标准养护至28 d龄期后的不同受压面抗压强度增长率 R₁和恢复率 R₂作为评价指标,同时结合损伤混凝土试件的微观孔结构测试结果,共同探究早龄期损伤混凝土的自然自愈合效果。研究结果表明,在相同粉煤灰掺量下,损伤试件的强度恢复率 R₂均随着预损伤龄期的增加而增大,且在3 d预损伤龄期下A组损伤试件的 R₂均大于95%,表明损伤试件得到了较好的恢复;在同一预损伤龄期下,不同受压面二次强度测试结果表现为 F_2,A＞ F_2,B,平均孔径、最可及孔径和分形维数均表现为A组检测样品＜B组检测样品,这表明裂缝平行于二次受压方向的损伤混凝土试件的自愈合情况较好;掺入粉煤灰能够使损伤试件强度增长率 R₁和恢复率 R₂得到提升,并降低总体积、最可及孔径和分形维数,增加无害孔和少害孔的占比。上述结果表明,及时加强对早龄期损伤混凝土的养护,其后期的自愈合效果较好,且适量掺入粉煤灰能提升损伤混凝土的自愈合效果。     

不同表面处理混凝土短柱的徐变试验

通过对轴心受压素混凝土柱、表面涂胶混凝土柱和CFRP约束混凝土柱受力变形性能的长期观测,研究了不同表面处理混凝土轴心受压短柱在长期荷载作用下的徐变发展规律。结果表明:其他条件相同时,CFRP约束混凝土柱的徐变与涂胶混凝土柱的相近,均较素混凝土柱小约20%。CFRP约束混凝土柱的徐变减小,主要是粘贴CFRP布时的胶层所致而非核心混凝土的约束效应。采用ACI209R(92)和CEB-FIP(MC90)两种徐变模型进行理论计算,并提出了基于ACI209R(92)模型的CFRP约束混凝土徐变修正计算式,试验数据与理论预测模型吻合良好。     

针贯入法检测干硬性混凝土预制构件抗压强度技术研究

本文采用针贯入法对干硬性混凝土预制构件进行了大量的强度测试,通过对测试数据的整理、分析,并与标准试件抗压强度的比较,得出了江苏地区干硬性混凝土预制构件针贯入法检测抗压强度的专用曲线。研究结果能够较好的反应预制构件的真实强度,且适合各种形式、各种规格的干硬性混凝土砌块的强度检验,具有很好的应用和推广意义。     

四参数随机生成法重构土体微观孔隙结构的分形特征

四参数随机生成算法(QSGS)生成的微观结构模型,已被广泛用于研究土的微观孔隙结构并预测土的水力学性质,但模型能否真实反映实际土体的孔隙结构特征,目前尚缺乏实验证据及定量对比分析。利用扫描电镜(SEM)对3种不同孔隙率的土样制备SEM图像,以与QSGS模型进行定量对比分析。采用数字图像技术分析QSGS模型与土体中孔隙的形态特征和分布规律,基于实测数据估算孔隙的质量分维数Dm和表面分维数Ds。结果表明:QSGS算法生成的微观结构由孔隙度P、生长核的分布概率Pd和方向生长概率Pi等参数控制,其中Pd对孔隙结构的影响更为显著。Pd≤0.01时所生成的QSGS模型与实际土体具有相似的微观孔隙形态和分布规律,以及相同的分形特性和相近的分维数值。P越小则Dm越大,Dm与P存在较为显著的线性回归关系。孔隙轮廓愈不规则,Ds愈大,各孔隙的Ds分布符合总体正态分布形式。研究结果揭示了模型参数对QSGS算法生成的微观结构的影响,为合理选取参数提供了科学依据。