渗流仪装置结构对潜流交换的影响研究

为揭示渗流仪的不同装置结构对潜流交换的影响,通过自行设计渗流仪装置,采用室内水槽实 验与数值模拟相结合的方法,分析研究了不同装置结构对河床界面压力分布及区域潜流量的影响规律。 结果表明,三角形形状的渗流仪收集到的潜流量随地表水流条件的变化符合一般规律;渗流仪装置的凸 起高度Δｈ会增大装置上下游区域内的总水头和河床界面上的潜流量,并且随着Δｈ的增大效果越明 显,其影响程度也随着与装置距离的增大而降低;渗流仪装置插入河床深度的不同会影响该区域的潜流 量的测量,潜流量均随着上下游两侧插入深度的增大而减少。     

基于温度示踪的潜流交换通量解析模型对比

在总结和阐述一维瞬态对流-传热模型理论异同点及适用性的基础上,选取美国沃克湖流域相关河流潜流带为工程实例,采用VFLUX 2程序计算对比了不同一维解析模型量化河流潜流带垂向潜流交换通量的差异,验证和确定了适用于求解垂向潜流交换通量的最优解析模型,探究了潜流带不同深度处潜流交换通量的时空变化规律,并从理论分析角度讨论了解析模型的优缺点及未来利用温度示踪法量化潜流交换通量的研究方向。结果表明:相较于相位法和振幅-相位组合法,振幅法更能合理反映潜流带中地表水与地下水相互作用关系;潜流带不同深度处的潜流交换通量差别明显,浅层潜流带中潜流交换作用频繁,随着深度的增加,其交换作用逐渐被抑制;未来应当考虑建立更加合理且适用于复杂工程条件的潜流交换通量数值模型。     

国外河流潜流层研究的发展过程及研究方法

国外关于河流潜流层的研究经历了初始认识、概念完善、理论发展、体系形成等4个阶段,采用了现场监测、数值模拟和室内试验等方法,建立了较为完整的潜流层理论体系,取得了丰富的研究成果。我国应在借鉴国外研究成果的基础上,针对我国河流的特点,综合应用传统技术与现代技术,从多学科、多方向、多尺度等方面开展河流潜流层水动力机理、溶质迁移、生态过程、健康诊断、生态修复等方面的研究。     

基于温度示踪的渭河西咸新区段潜流交换研究

为了探索地表水和地下水相互作用的动态变化特征,使用温度传感器对渭河西咸新区段的潜流交换过程进行了温度监测试验,采用温度示踪法分析了潜流交换的动态变化机制。结果表明:左岸与右岸试验点的补给关系均为地表水补给地下水;除去降雨和气温影响较大的0.05~0.15 m深度,左岸试验点在0.70~1.00 m深度潜流交换最为剧烈,右岸试验点在0.40~0.70 m深度潜流交换最为剧烈;潜流通量越稳定,其不确定性区间宽度也越稳定;潜流带沉积层温度对气温的波动响应具有垂直方向的空间变异性。     

珊瑚岛礁淡水透镜体三维数值模拟研究

淡水透镜体是珊瑚岛礁上宝贵的淡水资源。准确模拟淡水透镜体的动力学特征和降雨影响，是制定正确的开采战略，实现安全、科学、持续开发利用淡水透镜体的首要条件。本文构建了西沙永兴岛淡水透镜体三维数学模型，将求解区域离散为23307个有效计算单元，根据实验和现场勘测获得的水文地质参数，运用有限差分法和三维可视化渗流软件Visual Modflow对模型进行了数值求解。获得透镜体内淡水流向、水头分布、过渡带厚度，淡水贮量的季节变化。以氯离子浓度600mg/l等值面为透镜体的包络面，永兴岛淡水透镜体最大厚度为16.9m，最大厚度处过渡带厚度为8.3m。透镜体淡水贮量四月最小，九月最大，九月份淡水贮量较四月多8.5﹪。与降雨量变化相比，淡水贮量变化滞后1～2个月。     

珊瑚岛礁淡水透镜体三维数值模拟研究

淡水透镜体是珊瑚岛礁上宝贵的淡水资源。为准确模拟淡水透镜体的动力学特性及其受降雨的影响,构建了西沙永兴岛淡水透镜体三维数学模型。根据试验和现场勘测获得的水文地质参数,运用有限差分法和VisualModflow对模型进行数值求解,获得了透镜体内淡水流向、水头分布、过渡带厚度与淡水贮量的季节变化。计算结果表明,以氯离子浓度600mg/L等值面为透镜体的包络面,永兴岛淡水透镜体最大厚度为16.9m,最大厚度处过渡带厚度为8.3m。透镜体淡水贮量4月最小、9月最大,9月淡水贮量较4月多8.5%。与降雨量变化相比,淡水贮量变化滞后1～2个月。本项成果可用于制定淡水透镜体的开采策略,为实现珊瑚岛地下淡水资源的持续开发利用提供参考。     

新疆某水库坝基砂层透镜体物理力学性质试验研究

新疆某平原水库坝基分布的砂层透镜体,其物理力学参数是否满足坝基土层的设计要求,对工程建设方案设计和施工处理措施具有重要的影响。通过室内物理力学性质试验和原位标准贯入试验,研究了该坝基的砂层透镜体的物理力学性质。研究发现,该砂层透镜体为粉砂,颗粒级配良好,结构密实,属于低压缩性土;抗剪强度和地基承载力满足设计要求,但渗透系数偏大,为中等透水性砂土,远大于设计渗透系数的要求;该层为水库渗漏的主要通道,水库的防渗墙必须截断该透镜体,确保坝基和坝体的防渗符合设计要求,才能有效地解决水库的防渗问题。研究成果为坝基稳定性设计提供充分和确切的试验数据和工程参考依据。更多还原     

水库运行对下游河岸潜流带水位-温度影响研究

选取浙江省新安江大坝下游尾水至富春江水库某一河段作为试验场地,实时监测同一河流剖面的河道水位、温度以及河岸水位与温度分布。通过分析侧向潜流交换流量,定量描述侧向潜流交换的空间非均质性和动态特征,刻画河岸潜流带与河道水体水位、温度之间的响应关系。结果表明:本次试验剖面上的侧向潜流交换流量变化范围为-8.36~3.87 m2/s,监测时间段内单位长度上的潜流交换量可达2.49 m2;河岸带侧向潜流区同一剖面不同观测井处的潜流流量呈线性相关,且离河道越远,潜流区水位波动振幅消减越多,响应越滞后,潜流交换流量越小;受水库下泄水流影响,河道水温日波幅很小,河岸含水层具有显著的垂向温度分层。在垂直方向上,冬季浅层河岸温度较低,深层河岸温度较高,夏季则相反,同时浅层温度梯度较大,尤以地面以下0.8~1.7 m范围内温度梯度最大,深层温度梯度小;在水平方向上,离河道越远,受河道入渗水影响越小,温度越高。揭示了水库运行对下游河岸潜流带的影响规律,为河流潜流带生态影响评估提供参考。     

硬质黏土淹没射流冲刷试验研究

近年来自吸式管道排沙系统以其省水、高效、廉价等优势,逐渐成为水库清淤的主要措施之一,然而在遇到土颗粒较细、淤积历时较长的硬质黏土时,它的清淤效果下降明显。为了探究硬质黏土的破土机制和起动影响因素,采用模型试验的方法,选取一种黏性泥沙,通过负压固结的方式制备硬质黏土样,然后进行了不同出口流速、喷嘴尺寸和射流靶距的直立淹没射流试验。试验结果表明,鉴于土样存在黏性,其受冲刷破土机制与无黏性土存在较大差异,冲坑发育过程存在一定的随机性和自相似性,并且射流冲刷效率与射流出口流速和喷嘴尺寸成正比、与射流靶距成反比,同时射流靶距对冲刷坑形态的影响最为明显。     

循环应力作用下饱和软粘土的不固结不排水强度与破坏准则

通过饱和软粘土循环三轴与循环扭剪试验,研究了循环应力作用下饱和软粘土不固结不排水强度的变化。结果表明,当循环破坏次数给定后,饱和软粘土的不固结不排水循环强度取决于试验土样受到的静剪（偏）应力,与其受到的围压力无关;当作用在试样上的静剪应力比（静偏应力比）从0.3变化至0.6时,饱和软粘土循环强度也逐渐增大;进一步依据Mises破坏准则,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环荷载作用下饱和软粘土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软粘土单元不固结不排水循环强度的变化关系。     

粘性类土的起动模式研究

本文回顾了粘性类土起动临界条件现有的研究成果，讨论了研究中存在的难点和不足。通过和土力学中粘性土边坡滑动稳定分析类比，认为河流中粘性类土的起动分析可借鉴土力学中粘性土边坡稳定分析的研究成果。在此基础上，提出一种粘性类土的起动分析的新模式。初步的讨论表明，此模式是正确的。关于此模式的具体应用将有续文进一步讨论。     

城市景观湖泊水体交换的数值模拟研究

通过水流数学模型模拟城市湖泊流场分布是评估水体交换能力的重要依据。利用二维水动力数学模型研究了惠州西湖的水动力优化调控方案,探明了惠州西湖各状条件下水动力较差的区域,评估了引水对于惠州西湖湖水动力的改善程度,并对比了不同方案的的引水效果,进而提出了较好的引水方案。其成果可为惠州西湖和其他城市湖泊水质改善工程提供参考和借鉴。     

三场耦合作用下黏土岩损伤变形特性及本构模型

深部地下围岩常常处于温度场、渗流场、应力场等多场耦合作用,研究黏土岩在温度-渗流-应力场耦合作用下的变形损伤演化过程尤为重要。从试验和理论模型2个方面对黏土岩开展了温度-渗流-应力三场耦合特性研究,结果表明:高温会造成黏土岩内部结构发生质的劣化,黏土岩的温度越高,其峰值强度越小,而应变变形量越大;渗透系数随变形总体呈先减后增的趋势,并在峰后阶段略有降低,分别与体变压缩硬化、剪胀损伤、软化剪胀3阶段相对应,体积变形的转折拐点即为渗透率加速增大的临界点;黏土岩的渗透率随温度升高呈先减小后增大的趋势,当温度＜50 ℃时,渗透率随温度升高而减小,当温度＞50 ℃后,随温度升高而增大;温度越高,黏土岩的“实损伤”发展越快。基于试验结果,建立了温度-渗流-应力三场耦合作用下的损伤本构模型,该模型能较好地模拟黏土岩三场耦合作用下的损伤变形演化过程。     

弧形短导航墙对船闸下游引航道内水流结构的影响

通过物理模型试验,结合理论分析,研究了在不同下游水深条件下,直导航墙长度L变化对船闸下游引航道保护长度的影响,并在此基础上研究了增设弧形短导航墙对水流结构的调整与影响。物理模型试验研究表明:直导航墙长度的增加有利于改善船闸引航道口门区的通航条件,但在达到一定长度之后,再增加直导航墙长度对引航道口门区水流结构的改善效果减弱;弧形短导航墙对改善下游引航道保护区域内水流结构有很好的效果,选用较小纵向参数a和较大横向参数b效果更好,但张角不宜过大。     

冻融黏土动态回弹模量演变规律及预估模型

为研究冻融循环影响下路基黏土动态回弹模量的变化规律,开展了不同初始含水率、压实度、冻融循环次数、偏应力及围压条件下的动三轴试验。结果表明：路基黏土的动态回弹模量随初始含水率和偏应力的增加而减小,而与压实度及围压均呈正相关关系;冻融作用导致动态回弹模量发生衰减,而经历5次冻融循环后其值基本稳定。基于此,建立了全面考虑冻融循环影响、物理状态及应力条件的路基黏土动态回弹模量回归模型,预测效果较好。     

景洪水电站对下游近坝河段通航条件的影响

在模型比尺为1∶100的正态物理模型基础上,对考虑橄榄坝修建前后澜沧江景洪水电站8个日调节工况方案进行了模拟,通过在坝址下游约6.4 km河段内影响通航水流条件的关键河段布设测站,实测非恒定流水流特征参数,分析影响船舶安全航行和靠泊的重要非恒定流特征参数,研究景洪水电站各个日调节工况对坝址下游近坝河段通航水流条件的影响.研究结果表明,电站运行工况的流量最大日变幅以及小时变幅是影响下游水位变化特征参数的重要因素,所有工况下景洪水电站下游河段水位日最大变幅、小时最大变幅及20分钟最大变幅均呈沿程递减的趋势.     

一种模拟黏土心墙坝漫顶溃决的水沙耦合数学模型

为了减轻黏土心墙坝漫顶溃决的损失,需要对黏土心墙坝的漫顶溃口发展过程进行深入研究.基于黏土心墙坝漫顶溃决机理,建立了黏土心墙坝漫顶溃决水沙耦合数学模型.模型采用的水动力学模型为固液两相湍流方程,考虑了床面变形对于水流运动的影响;使用PLIC-VOF法(分段线性界面重构-流体体积法)使其精确重构自由表面;固壁边界运用基于...     

圆中环沉沙排沙过滤池结构特性试验研究

圆中环沉沙排沙过滤池是一种新型的浑水沉沙、排沙、过滤装置,通过新疆呼图壁城镇工业供水工程圆中环沉沙排沙过滤池的物理模型试验,模拟了在1 m3/s工况下的运行效果。试验结果表明:采用三层不同粒径的滤料,中心溢流筒加高0.4 m时,能较好的起到沉沙、排沙和过滤的作用且不被击穿,同时能满足引水量的要求,汇流槽平均流速在0.88～2.77 m/s范围内。与常规水沙分离装置相比,这种新型的装置实现了节能减排,环保性处理泥沙的目标,为水沙分离提供了另一种新的思路。