湖泊底泥絮凝沉降试验研究

湖泊底泥的运动过程产生了内源污染,加剧了湖泊生态环境的恶化。研究湖泊底泥在风浪作用下悬浮后再沉降的运移规律,可为了解湖泊水质变化成因以及开展生态环境治理提供技术支持。本课题采用有机玻璃制作的沉降桶,在静水条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了沉降试验,研究3个湖泊的水体在不同初始含沙浓度和不同水深条件下含沙浓度的变化,分析了3个湖泊淤泥的沉降规律,近似代表天然湖泊的底泥运动状态。试验研究表明3个湖泊水体中悬浮泥沙的沉降均为絮凝沉降,其沉降过程和沉速与单颗粒泥沙相比均发生了量和质的变化,悬浮泥沙絮凝平均沉速随沉距、含沙浓度的增大而增大。最后得出3个湖泊底泥的沉降速度,其研究结果可为采用絮凝沉降法改善水质环境提供参考依据。     

基于摄动理论的泥沙群体沉降公式研究

国内外许多学者对单个颗粒泥沙沉降公式进行了大量的实验研究和分析,鉴于单个颗粒的沉速与群体沉降可以相差10倍,目前泥沙群体沉降公式大多为经验表达式,因此,深入研究群体颗粒泥沙沉降公式有重要的意义。考虑到在群体泥沙沉降中粗细颗粒粒径大小对泥沙沉降公式的影响,基于摄动理论和最小二乘法,在泥沙群体沉降一般模式的基础上,提出一种新的泥沙群体沉降计算模式。通过对现场实测资料和水槽试验数据进行计算拟合,并与其它经典公式相比较,发现所推导的公式要优于后者。研究结果表明:针对群体泥沙沉降中粗细颗粒粒径大小,考虑其颗粒间的相互影响,按群体泥沙颗粒粒径大小范围分别考虑,是一种群体泥沙沉降计算比较有效的途径。     

温州浅滩海堤工程原位监测分析

温州浅滩工程软土地基深厚,通过采用塑料排水板、土土材料的复合加固法,并结合原位监测沉降稳定控制手段,解决了在高含水率深厚软基上建造堤坝的稳定控制问题。根据该工程的原位观测资料进行沉降预测分析,并提出一种基于传统指数曲线拟合法的软土地基分级施工情况下的沉降预测模型,该模型考虑了土体变形的非线性和固结性质随荷载的变化,将沉降拟合方程中的待定参数在2个不同荷载级中分别加以确定。     

温州吹填土的沉降特性研究

为了研究温州吹填土的沉降特性,针对温州丁山垦区的吹填土进行了沉降柱试验。首先研究了吹填淤泥的物理力学指标,然后进行了不同土水比、不同直径和材质的沉降柱实验,测定了沉降量和孔隙比。实验结果表明,温州吹填土沉降为大变形,曲线可分为三段:自重落淤阶段、自重固结阶段和平衡阶段;水土比影响总沉降和最终孔隙比的变化,并拟合出了曲线公式,呈对数关系;沉降柱试验槽的侧壁材质的不同对实验结果有显著影响,材质越光滑对沉积越有利。     

Deposited sediment settlement and consolidation mechanisms

In order to study deposited sediment settlement and consolidation mechanisms, sediment settlement experiments were conducted using a settlement column. Based on the experimental results, sediment settlement stage definition, excessive pore pressure(EPP) dissipation, and consolidation constitutive equations are discussed. Three stages, including the free settlement, hindered settlement, and self-weight consolidation settlement stages, are defined. The results of this study show that sediment settlement is mainly affected by the initial sediment concentration and initial settlement height, and the interface settlement rate is linearly attenuated with time on bilogarithmic scales during the hindered settlement and self-weight consolidation settlement stages. Moreover, the deposited sediment layer in the self-weight consolidation settlement stage experiences large strains, and the settlement amount in this stage is about 32% to 59% of the initial height of deposited sediment. EPP is nonlinearly distributed in the settlement direction, and consolidation settlement is faster than EPP dissipation in the self-weight consolidation settlement stage. Consolidation constitutive equations for the hydraulic conductivity and effective stress, applicable to large-strain consolidation calculation, were also determined and fitted in the power function form.     

静水中大雷诺数球形颗粒变加速沉降的理论分析与试验

基于单颗粒泥沙沉降的力学机理,对静水中大雷诺数球形颗粒沉降过程中的受力状况进行分析,推导出变加速沉降运动过程的瞬时速度、沉降历时及沉降位移公式。试验数据与所推导公式的计算结果对比分析表明:计算位移与实测值相对误差都小于5%,大部分小于4%;瞬时沉速计算值与试验值相对误差都在7%以内,大部分小于5%,计算值与实测值吻合良好。     

河道疏浚工程悬浮物影响预测模型

介绍用于预测河道疏浚施工活动对周围水体悬浮物质量浓度影响的数学模型。针对衰减模型预测方法存在的不足,提出基于泥沙运动方程的预测模型,并将该模型运用于工程实践。采用泥沙模型对深圳经济特区罗芳村附近施工时深圳河不同工况(雨季、旱季)的悬浮物质量浓度沿程分布进行模拟,结果表明其能够反映泥沙运动的真实情形。该模型已运用于第4期深圳河治理工程的环境影响评价中,效果较好。     

絮凝剂作用下黏性细沙絮凝沉降规律研究

细颗粒泥沙广泛分布于河流、水库、河口及海岸水体中,其絮凝沉降及输移规律是泥沙运动力学中一个重要课题。采用自制沉降实验装置,实验观测了不同絮凝剂浓度、不同浓度黏性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程,分析研究了黏性细沙絮凝沉降规律。结果表明：聚合氯化铝(PAC)絮凝剂比较稳定,PAC溶液浓度对不同泥沙浓度絮团沉速的影响均较小,最佳投放浓度可统一采用0.08 g/L。阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)絮凝剂对泥沙浓度的反应最为敏感,絮凝剂最佳投放浓度随着泥沙浓度的变化分为3个稳定段和2个敏感段,稳定段CPAM最佳投放浓度分别为0.08、0.10和0.12 g/L,敏感段CPAM最佳投放浓度可采用区间插值方法选取。阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)絮凝剂最佳投放浓度随着泥沙浓度的变化分为2个稳定段和1个敏感段,稳定段APAM最佳投放浓度不随泥沙浓度的变化而变化,分别为0.08和0.10 g/L,敏感段APAM最佳投放浓度可采用区间插值方法选取。絮凝剂APAM的絮凝效果最好,絮凝剂CPAM的絮凝效果次之,絮凝剂PAC的絮凝效果较差。     

基于自由搜索的水库入库含沙量预测模型

水库泥沙淤积问题直接关系到水库的规模、寿命以及综合经济效益的发挥。入库水流含沙量是影响水库调度运行以及水库泥沙淤积的主要因素,目前国内结构简单、实用性较强的含沙量预测模型不多。以水库的入库站流量及上游站至入库站的区间流量为研究对象,提出了基于两个水文站流量的水库入库含沙量的预测模型,采用改进的自由搜索算法率定模型参数,并将模型应用于龚嘴水库的入库含沙量的预测。研究结果表明,构建的模型结构简单,参数率定便捷,预测含沙量的精度较高,为水库入库含沙量预测提供了一种简便适用的方法。     

抽水蓄能电站下库长系列年泥沙淤积特性研究

为了把握长系列年水沙过程对抽水蓄能电站下库区河床调整的影响,以天池抽水蓄能电站下库为例开展了不同长系列年库区冲淤变形的数值模拟。根据下库水位周期性变化的运行特点,建立了基于MIKE的水沙数学模型,并进行了模型参数调试与验证;模拟给出了长系列年的库区淤积总量及排沙比;同时也给出了库区淤积的沿程分布与特征河段的淤积过程。成果分析表明:库区淤积发展状况与水沙系列相互响应,泥沙淤积主要呈现三角洲形态,淤积重心主要集中于拦河坝上游0.5~1.8 km范围内;不同河段的淤积特性不同,淤积物组成也不同,主要与其所处环境的水力与边界特性有关;频率洪水在长系列年水沙过程中虽然占据时间不长,但在库区河床冲淤量中有重要影响;要提高排沙效率、减小淤积,需要进一步调整改善下水库的洪水调度与电站运行。研究成果与同步物理模型试验结果基本一致,可供抽水蓄能电站水库调度运行参考。     

Similarity-Based Optimal Operation of Water and Sediment in a Sediment-Laden Reservoir

Reservoir sedimentation is a severe problem because it leads to the loss of reservoir storage capacity. Therefore, the sustainable management of water and sediment constitutes a critical measure in reservoir operation. In this research, a model of similarity-based operation method of water and sediment which can improve the efficiency of reservoir operation strategies is presented. Two parts comprise this method: a similarity-based forecasting model for the sediment process at the dam, and a new operation mode of water and sediment based on the sediment process at the dam. The similarity-based forecasting model is built on the total flow model of water and sediment, which requires less data. Using the similarity among flood cases, the parameters of the model are calibrated by group, and are dynamically selected, an approach which enforces the suitability of parameters and improves the forecasting accuracy. In terms of the sediment process at the dam, the proposed optimal operation model of water and sediment improves the sediment-venting efficiency and saves the water resource.     

超声衰减谱法测量泥沙粒度分布

利用超声衰减谱的测量,可以获得泥沙中颗粒粒度分布信息。采用超声耦合相模型和Bouguer-Lambert-Beer-Law散射模型的叠加描述河流泥沙中超声衰减行为,宽频超声换能器测量得到2MHZ至7MHZ间泥沙声衰减谱,结合独立模式的最优正则化反演算法,获得了体积浓度4.5%,12.4%,15.8%下泥沙的颗粒粒度分布。结果表明,超声衰减谱法能在体积浓度直至15.8%的高浓度条件下获得泥沙颗粒粒度分布,并且测量得到的平均粒度受浓度变化影响较小。将超声法测量结果与光学图像法测量结果相比较,两种测量方法得到的结果较为吻合。     

黄河口水下三角洲冬季床面变化初步观测研究

黄河携带大量泥沙入海,底床沉积物在波、潮、流等水动力条件作用下会不断地发生再悬浮与输运,形成黄河三角洲海底面的动态变化过程。利用自主研发的电阻率探杆三脚架,观测了水动力作用下海床面的侵蚀与淤积过程。研究结果显示,研究区涨落潮过程中海水浊度的变化主要受波高的影响,近底床位置海水浊度的变化趋势是涨潮过程中海水浊度上升,落潮过程中海水浊度降低。侵蚀或淤积是海床面泥沙的再悬浮与悬沙沉降共同作用的结果。研究区冬季的海床面变化以侵蚀为主,当沉降作用强于侵蚀淤积作用时,即使海床所受切应力大于沉积物临界切应力,海床仍发生淤积。     

三峡水库淤积计算预测与原型实测结果比较分析

在分析三峡工程蓄水运行10a以来水库淤积规律的基础上,对长江科学院在三峡工程初步设计、技术设计以及三峡后续工作规划等不同阶段的水库淤积预测成果与三峡工程蓄水运行以来库区淤积量、淤积分布以及排沙比的实测结果进行了对比分析。结果表明,各阶段预测的水库淤积规律与实测的相同,由于预测采用的入库水沙条件及水库运用方式与三峡工程运用以来实际发生的差别较大,因此预测的库区淤积量及排沙比较实测的大,如近似将预测采用的入库水沙条件换算至与实际发生的相近时,则预测成果与实测值接近,表明预测采用的数学模型及预测成果是可靠的。今后需进一步研究揭示水库泥沙运动机理,改进和完善预测模型,并随着实测资料的积累,对数学模型进行不断地率定与改进,以提高预测精度。     

面板堆石坝施工期坝体沉降变形预测模型研究

总结分析了各种统计预测模型的原理和优缺点,基于堆石体沉降变形机理,提出了一种针对坝顶及坝体表面测点的统计预测模型。采用数学优化通用软件1stOpt计算模型的统计参数并与笔者基于matlab、VB等编写的程序计算结果对比,结果表明1stOpt操作简便,拟合效果好,计算速度快,能大大减少建模的工作量。提出了选取多个在工程实际应用中效果较好的预测模型联合对某个工程建模,选择效果较好者作为实际预测模型的建模方法,经实例计算分析表明:提出的模型精度高,拟合效果好,提出的建模方法也是可行的。     

土石坝沉降统计预报模型

首先综述了土石坝沉降统计预报模型的概况，在比较分析了几种简单曲线模型后认为，S型生长曲线较为符合土石坝的沉降规律。拟合预报效果良好。然后，结合面板堆石坝的施工特点，并考虑库水位升降速率及各因子耦合的影响，建立了面板堆石坝沉降统计预报模型，经实测分析表明，该模型精度高，拟合效果好。     

黏性泥沙絮凝研究现状与进展

黏性泥沙絮凝机理研究对河口、水库、航道淤积治理及水环境保护具有重要意义.总结了泥沙絮凝研究中数值模拟、现场观测、室内试验等手段的试验装置和方法,阐述了紊动剪切率、盐度、悬沙浓度、有机质等因素作用下的泥沙絮凝研究成果.分析认为,在三维絮团结构观测、高浓度水体絮凝试验装置、多因素影响的泥沙絮凝,以及水流紊动与絮团特性对应关...     

改进的多元方差分析用于黄河水位过程研究

作者从工程应用的角度提出了改进的多元方差分析法。并取黄河下游近年来出现过的三类具突变性洪水的水沙资料，用水沙因子的不同搭配描述其水位过程中的非线性扰动，依据最小均方误差原则得出了高精度的非线性拟合模型。这一模型结构及参数确定方式用于同对断面其它年份水位过程拟合时，精度相同。此外本文还阐明了黄河下游含沙量对水位的影响，及模型参数摆动的物理成因。     

基于LIB-SVM的盾构隧道地表沉降预测方法研究

在大数据开源的背景下,为了分析及预测隧道施工盾构掘进引起地表沉降,同时容纳较多影响地表沉降的因素,提高沉降预测的准确性,本文在总结归纳支持向量机的建模原理的基础上,将支持向量机(support vector machine,SVM)方法应用到地表沉降预测中。结合虹梅南路隧道西线工程,选取土体参数、盾构参数和隧道埋深等8个影响因素作为输入特征,地表最终沉降量作为输出目标值,通过交叉验证选取LIB-SVM的最优参数组合并建立预测模型,对盾构施工引起的地表沉降进行了预测,并与实测数据进行了对比。结果表明:预测结果与工程实际情况较吻合,误差基本在5%以内,证明了该方法在盾构施工引起地表沉降的实际预测中具有可行性,为隧道工程的研究提供了一条新途径。     

郑武客专线粉质土地基沉降观测数据异常值判别及沉降预测研究

郑武客专沿线广泛分布有深厚的粉质土,客运专线对工后沉降控制非常严格,根据沉降监测数据控制填土速率,保证路堤在施工中的安全与稳定,预测工后沉降确定无渣轨道的施工期,控制工后沉降在设计允许范围之内是路堤填筑的关键。对路基沉降观测数据的可靠性、沉降数据的预处理以及沉降观测异常数据判别方法进行了系统的叙述,尝试用最小二乘支持向量机对沉降数据进行预处理;讨论了各种预测模型的特点及适用性。基于沉降资料可靠性和沉降预测方法两方面的研究,形成了粉质土地基沉降系统预测方法,并通过实例详细介绍了预测过程。预测结果显示郑武粉质土地基沉降已基本趋于稳定,运行期不会发生较大的工后沉降,郑武客专地基处理及施工方法是成功的。