土-水-电解质系统作用下黏性土的分散性研究

双电层理论表明黏性土的分散性受水溶液中的阳离子种类和浓度影响。通过配制含有不同阳离子和浓度的电解质溶液,采用针孔试验、碎块试验、崩解试验对非分散性土、过渡性土和分散性土进行试验,研究了土-水-电解质系统作用下黏性土的分散特性。试验结果表明,非分散性土在一定范围内的碱性钠离子溶液中呈现过渡性或分散性土的特征;分散性土和过渡性土随着溶液中电解质浓度的增加,分散性逐渐减弱。在去离子水中,随着土体分散性的增强,其崩解速度逐渐降低,完全崩解时间延长。非分散性土在不同电解质溶液中其崩解速度和在去离子水中的崩解速度基本相同,但分散性土的崩解速度随着溶液中电解质浓度的增加,崩解速度逐渐加快,完全崩解时间缩短,其崩解特性逐渐呈非分散性土的崩解特性。分散性土最显著的崩解特点是具有突变点,突变点位于崩解量的20%~40%之间,超过突变点则分散性土在极短的时间就会崩解完全。研究结果说明,黏性土的分散特性随着外界介质环境的改变而改变。在实际工程中可以通过局部改变渗流水的溶液浓度改变黏性土的分散性;此外,崩解试验说明分散性土的崩解流失过程具有突变性,在突变点以后崩解流失加快,很容易造成水利工程的快速破坏。     

粉煤灰改性分散性土的工程特性试验研究

针对分散性土抗冲蚀能力较差,易发生渗透变形的特点,采用粉煤灰作为改性材料,通过针孔试验、碎块试验、压缩试验以及自身抗渗试验研究了粉煤灰对土的分散性、变形和抗渗性能的影响,并采用扫描电镜等试验探讨了微观结构的变化,分析了粉煤灰对土的分散性的改性机制。试验结果表明粉煤灰对土的分散性、压缩性和抗渗特性有明显的改善作用,其中粉煤灰剂量、养护龄期以及压实度对改性效果均有影响。随着粉煤灰剂量和压实度的增加,改性土的分散性和压缩性逐渐降低;随着养护龄期的增加,改性土的压缩性逐渐降低,并在养护前期(7 d以内)变化明显。粉煤灰对分散性土的改性机制在于通过水解和水化、离子交换、硬凝反应等,增强土颗粒间的胶结作用。建议在实际工程中粉煤灰剂量控制在4%~10%之间,养护时间在7 d以上,压实度控制在96%以上。     

分散性土的综合判别准则与针孔试验方法的改进

采用分散性土修建的土工建筑物,遇水容易发生表面侵蚀或管涌破坏。通常采用双比重计试验、针孔试验、碎块试验、孔隙水可溶性阳离子试验和交换性钠离子百分比试验等5种试验方法判别土的分散性,但不同的试验往往会给出不一致的判别结果,难以对其进行综合判别。以松塔水电站大坝防渗土料的分散性判别试验为例,研究分散性土的综合判别准则,并对针孔试验的方法进行改进。研究表明,赋予双比重计试验、碎块试验、针孔试验、孔隙水可溶性阳离子试验和交换钠离子百分比试验的权重值,其值分别取20%、20%、40%、10%、10%,计算土样的分散性、过渡性、非分散性的权重。①如果分散性的权重大于50%,土样属于分散性土。②分散性的权重等于50%时,如果过渡性的权重大于等于20%,则属于分散性土;反之,则属于过渡性土。③分散性的权重小于50%时,如果"过渡性+分散性"的权重大于等于50%,则为过渡性土,否则属于非分散性土。在针孔试验结束后,非分散性土的针孔不会发生冲蚀;分散性土的针孔孔径扩大,但孔道较为通直整齐。如果针孔呈喇叭口形状,土体有软化现象,则可在针孔周围3～4mm以外涂黏结材料保护临空面,以防止误判。     

不同介质环境条件下黏性土的分散性及其微观结构

采用碎块试验、双比重计试验、电动电位、扫描电镜等测试方法,对典型的分散性土和非分散性土在不同介质环境条件下的分散性及其微观结构特征进行了研究.研究表明,介质环境中的钠离子含量和pH值高低是决定土体是否产生分散的本质因素,两种因素缺一不可.如果土体中含有大量的钠离子,并且酸碱度呈强碱性,则土体具有分散性.通过掺加高价阳离子和酸性物质,降低土体中钠离子的相对含量和酸碱度,可对分散性土进行改良.在自然沉积条件下,分散性土的微观结构中含有较多的孔隙;而非分散性土比较密实,孔隙较少.     

黏性土的分散性判别及机理分析

分散性土具有遇水分散流失的特性,容易造成堤坝等水利工程的破坏。采用针孔试验、碎块试验、双比重计试验、孔隙水可溶性阳离子试验和交换性钠离子百分比试验等5种试验方法对新疆阿克达拉水电站引水渠道土样进行分散性判别,并与黏性土分散性判别公式的判别结果做了对比。5种试验判别结果表明,6组土样均为过渡性土;黏性土分散性判别公式结果表明,6组土样中其中1组为分散性土,其余5组为过渡性土。采用试验判别结果与判别公式结果基本相吻合,综合判别引水渠道土样属于过渡性土。通过对土样的物理化学特征进行分析,发现土样中含有大量的钠离子,p H值比较高,属于强碱性土,这两个因素可促进土的分散性,但是由于土样中的黏粒和有机质含量高,抑制了分散性,因此土样表现为过渡性土的特征。     

高参数汽轮机喷嘴材料抗固体颗粒冲蚀机制研究

在设计、搭建的高温高速加速冲蚀试验台上对高参数汽轮机常用的6种喷嘴材料进行了高温抗固体颗粒冲蚀试验研究,并对试验后的材料表面进行了微观分析。研究结果表明:6种喷嘴母材均表现出典型的塑性材料冲蚀特性,最大冲蚀率对应的角度在(24±4)°范围内,速度指数在2.7~3范围,均高于Finnie冲蚀模型中的对应数值。在氧化皮颗粒小角度冲蚀下,喷嘴的冲蚀破坏主要是由颗粒的微切削所致。而在大角度冲蚀下,喷嘴材料表面主要受到粒子的正应力作用而产生严重的凿削和塑性变形。通过对试验结果进行系统分析,文中在Finnie微切削冲蚀模型的基础上建立了适用于工程实际的高参数汽轮机喷嘴材料抗固体颗粒冲蚀预测模型。该研究结果深化了高参数汽轮机喷嘴高温颗粒冲蚀机制,为综合防治叶栅冲蚀破坏和预测喷嘴高效做功寿命提供了参考。     

泾阳黄土分散性综合判别方法与机理研究

分散性土遇水易发生侵蚀，会导致管涌等危害，在堤坝工程中最终可能演化成极具规模的溃坝。文献中针对分散机理的研究主要聚焦于分散特性与某单一指标的联系，与此同时针对影响电动电位较为显著的介电常数与土体分散体系的相互作用较少报道。本研究通过针孔试验、孔隙水可溶性阳离子试验和经验公式法对陕西泾阳黄土分散性进行综合判别，研究影响黄土分散体系的关键因素，揭示导致黄土由聚结结构转为分散结构的内在机理。结果表明土体pH值呈现碱性，阳离子含量和可交换钠离子含量满足条件（CNa+> 1 mmol/L,ESP> 7%）时，土易于分散。通过与国际上类似的问题土相对比发现，泾阳黄土电动电位ξ主要受pH值影响而不是黏粒含量和液限。介电常数相比之下较其他问题土低，这是因为泾阳黄土的液限较低，土壤的盐分含量、水分含量等会影响土水混合物介电常数虚部的变化，即为介电损耗，但其分散性仍然显著。     

水工混凝土冲击磨损行为与机理研究

本文进行了混凝土材料含沙高速水流冲蚀试验,考察和分析了其冲蚀性能与磨损机理,混凝土材料呈现出脆性材料的冲蚀特点.低角度冲击时,硬质磨粒水平方向的切削作用起主导作用;90°冲击角度条件下,裂纹的形成、扩展、微断裂是混凝土冲蚀破坏的根本原因,表层及亚表层缺陷是主要裂纹源.     

水力机械中冲蚀磨损规律及抗磨措施研究进展

工作在固液两相流条件下的水力机械普遍存在破坏程度不一的冲蚀磨损作用，给工程实践和经济效益带来严重的阻碍和巨大的损失。本文主要介绍多年来相关研究人员致力于水力机械内冲蚀磨损规律及抗磨措施的研究进展，前者包括两相流流场中过流部件的冲蚀磨损规律试验研究、数值模拟和磨损预测；后者涉及水力机械机组的抗磨优化设计及抗磨材料和表面抗磨处理研究。作者结合自己的研究提出了水力机械冲蚀磨损的研究发展方向和前景预测。     

水工混凝土冲击磨损行为与机理研究

本文进行了混凝土材料含沙高速水流冲蚀试验,考察和分析了其冲蚀性能与磨损机理,混凝土材料呈现出脆性材料的冲蚀特点。低角度冲击时,硬质磨粒水平方向的切削作用起主导作用;90℃冲击角度条件下,裂纹的形成,扩展,微断裂是混凝土冲蚀破坏的根本原因,表层及亚表层缺陷是主要裂纹源。     

Influence of single and multiple environmental stresses on trackingand erosion of RTV silicone rubber

Single and multiple effects of UV, corona, thermal, water absorption and acid rain stresses on the tracking and erosion characteristics of room temperature vulcanized silicone rubber (RTV) are investigated. It is shown that corona stress and water absorption stress decrease the tracking and erosion resistance of RTV, while thermal stress and UV stress improve it. Synthetic acid rain, 500× stronger than actual rain in Japan, cannot induce the change in the tracking and erosion characteristics. RTV subjected to simultaneous multiple stresses also is evaluated. Significant variations in the tracking and erosion resistance appear. Chemical and morphological analysis for assessing the aging level is carried out by scanning electron microscope (SEM)-energy dispersive X-ray (EDX), attenuated total reflection (ATR)-Fourier transform infrared (FTIR) and differential scanning calorimetry (DSC). In this study, DSC plays an important role to detect boiling and combustion temperatures of byproducts affecting tracking and erosion. Noteworthy results are obtained in that the decrease in the resistance to tracking and erosion is related to the formation of byproducts that burn at low temperature (170 to 275°C)     

基于关联规则和证据理论的输电线路水土流失地质灾害风险评估

为了及时发现输电线路潜在的地质灾害隐患,提出了架空输电线路水土流失地质灾害风险评估方法。首先,结合架空输电线路环境特征、气象数据和巡线相关数据,利用关联规则量化环境特征与水土流失灾害的关联关系,基于证据理论以坡度、坡向、坡位、海拔等特征因子为证据体计算水土流失灾害基本信度;然后,结合雨温联合致灾风险概率分布函数,构建了架空线路水土流失灾害风险概率计算模型。以某500 kV线路为例,分析了该评估模型的详细计算流程,划分了输电线路水土流失灾害风险等级,提出了差异化的地质灾害风险防范措施。该方法能有效评估架空输电线路的水土流失灾害风险,为线路的智能化运维管理提供理论支持。     

Tracking and erosion of HTV silicone rubbers of different thickness

Tracking and erosion behaviors of high temperature vulcanized (HTV)-silicone rubber (SIR) of 0.5 to 6.0 mm thicknesses were investigated in order to obtain the optimum thickness for enhancing tracking and erosion resistance under various leakage current levels. Under low leakage current, thinner samples showed a higher tracking and erosion resistance, while under medium and high leakage current, thicker samples showed better resistance to these behaviors. The optimum thickness to prolong the time to tracking and erosion failure appeared in the range of 1.0 to 3.0 mm thickness. The content of an initial low molecular weight (LMW) silicone fluid was shown to be closely related to the development of leakage current and high temperature thermal spots. The results indicate that the sample thickness is crucial to the ability of HTV-SIR to withstand a large number of high temperature thermal spots under condition of high level leakage current     

Contamination performances of silicone rubber insulator subjectedto acid rain

Acid rain causes one of the more severe environmental contaminants, and there is an increasing interest in the degradation of outdoor polymer insulating materials in severe pollution conditions such as acid rain. The performance of high temperature vulcanizing (HTV) silicon rubber insulators in accelerated aging of artificial acid rain is investigated by the salt fog method. Experimental results and theoretical analysis show that acid rain exerts a large erosion effect on the silicone rubber insulator. The inorganic filler alumina trihydrate (ATH) in the silicone rubber easily dissolves in acid rain, and the increasing discharge heat from dry band arcing due to acid rain can further cause the loss of ATH. The hydrophobic groups of hydrocarbon branch (ie. methyl in silicone rubber), are also degraded in acid rain. Therefore, the surface of aged insulators becomes rough, they become less hydrophobic, and the surface discharge current increases. However, in a subsequent dry environment, the low molecular weight (LMW) polymer silicone liquid or oil in the bulk of the insulator diffuses and migrates to the surface to provide a hydrophobic layer so that the degraded surface of silicone rubber insulator is compensated, and the contamination performance is restored to some extent. Such recovery of contamination indicates why silicone rubber insulators can be used for long times under severe environmental stress     

饱和重塑黄土在部分排水条件下的力学特性研究

针对黄土地区实际加载工程中部分排水问题,利用多功能GDS应力路径三轴仪开展饱和黄土不同排水条件下的三轴试验,研究了不同排水条件下饱和重塑黄土的强度特性。试验结果表明：饱和重塑黄土的强度随应变增量比的增大而增大,剪切过程中产生的超孔隙水压力随应变增量比的增大而减小;不同排水条件对土的强度特性的影响在两个方面：一是荷载条件,即土的有效应力路径,使得排水和吸水条件的加载模式不同;二是土性条件,即体积变形约束制约着土样剪胀特性的发挥,进而影响内摩擦角的发挥程度,形成渐近状态。根据试验数据,分析了不同排水条件下应力路径及渐进状态变化规律,调整了极限应力比的计算方法,得出饱和重塑黄土的极限应力比与应变增量比的线性关系方程。     

The role of inorganic fillers in silicone rubber for outdoor insulation alumina tri-hydrate or silica

A systematic study to understand how alumina tri-hydrate (ATH) and silica fillers improve the erosion resistance of silicone rubber during dry band arcing showed that the thermal conductivity of the resulting composite material is the main criterion governing material erosion. The thermal conductivity of the composite material is dependent on the thermal conductivity, concentration, particle size, and bonding of the filler particles to the silicone matrix. In this context, either filler can be shown to perform better than the other, depending on the formulation, in the ASTM inclined plane tracking and erosion test. Therefore, the industry perception that ATH filler imports better erosion resistance than silica in silicone rubber can be misleading. The release of water of hydration from ATH appears to have a secondary effect that may be more relevant in silicone compositions having a low concentration of a filler.     

基于LabVIEW的特高压工程水土保持在线监测

水土保持监测是输变电工程水土保持竣工验收必须进行的工作之一,随着电网改造、特高压工程的加快,监测量将越来越大,且输变电工程兼有点、线、目标点分散等特点,在这些前提下要实现电网水保数据采集、数据监测、数据发布、网络传输以及数据深入分析处理等任务,故采用了以LabVIEW软件平台为基准的一套在线监测系统。该监测系统包含气象信息与土壤侵蚀模数监测功能、数据采集与存储功能、数据传输功能与数据管理功能,实现了土壤侵蚀模量、气象数据等的在线实时获取与后期分析处理,可以清楚得到较长时间范围内的气象与土壤侵蚀量的变化率,且具有较高精度,该系统已在张北1 000 kV 变电站成功应用。其系统对现场环境数据的全面感知、实时监测也积极响应中国特色电网的建设,具有重要的工程与实际意义。     

微生物拌和渗滤砂土固化试验研究

河道崩岸现象频发,严重威胁河流航运和两岸人民的生命安全。微生物矿化技术作为一种新型的土体改良技术,在河道护岸方面具有一定的应用前景。本文选用3种不同颗粒粒径范围的砂土进行微生物拌和渗滤固化,并基于无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量、崩解率及吸水率测试,分析颗粒粒径、渗滤次数及拌和配比对微生物固化效果的影响,探究拌和法和渗滤法结合的固化机制。研究结果表明：拌和法在砂土试样中生成的碳酸钙大多起填充作用,胶结程度较低,而后续渗滤固化能够显著改善土体特性。拌和配比为2:8、粒径为0.3 ~ 0.6 mm时试样的固化效果较好,抗压强度最高可达1.86 MPa;试样的碳酸钙含量和抗压强度随渗滤次数增加呈非线性增长,而强度上限随粒径增大呈上升趋势。试验得出崩解率最低为2%,吸水率最低降至9.26%,较一般黏性土而言,固化试样抵抗水的侵蚀性较强且具有一定的渗水性,在河道护岸及施工工艺方面具有一定应用价值。     

山东电网水土保持现状分析

随着山东经济持续快速发展,电力需求日益增加,但是电力输变电工程建设会造成沿线地区水土流失。通过分析山东超高压输变电工程水土保持措施及发展方向,介绍一些切实可行的水土保持措施,为保证电力安全输送、减少水土流失、保护生态环境提供科学依据。     

Electrical performance of RTV silicone rubber coatings

The role played by two major constituents in a room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber coating, namely, the inorganic alumina trihydrate (ATH) filler and the silicone polymer, on the coating's electrical performance was examined. The principal variable in the RTV silicone rubber coatings evaluated was the different weight fraction of the silicone polymer and ATH inorganic filler normally used for improving the tracking and erosion resistance. Other formulation details were essentially the same in the cured rubber. The coatings were spray coated on glazed porcelain rods and subjected to accelerated aging in a salt fog chamber. The changes produced by accelerated aging on the contamination withstand capability, leakage current suppression and erosion resistance were determined and correlated with the ratio of polymer to inorganic filler in the coating. It is shown that critical aspects of electrical performance necessary for satisfactory service operation such as contamination withstand capability before flashover and leakage current suppression are superior for the coating with a relatively high ratio of polymer to inorganic filler in comparison to the coatings with a relatively low ratio of polymer to inorganic filler. While all the coatings showed a high erosion resistance under mild discharge activity, the erosion resistance was found to be superior for the formulations with high inorganic filler under conditions of intensive surface discharge activity