塔里木河流域河岸植被根系护坡的力学机制

荒漠植被根系发达,能够有效稳定边坡、遏制水土流失。以塔里木河典型岸坡植被根系为研究对象,对塔里木河干流上、中游的6个典型河段进行现场勘查并取样,共取土样28组,17组为根–土复合体,包括红柳、甘草、骆驼刺、芦苇、胡杨、白刺6种植被根系。分别对6种不同植被的根–土复合体及相应的素土进行室内直接剪切试验,对比分析黏聚力和内摩擦角的变化规律,定量评价不同植被根系对河岸土体抗剪强度的增强效果;对6种植被根系进行单根抗拉试验,分析不同植被根系的抗拉强度及抗剪强度与根系直径的关系。试验结果表明:(1)根系能提高土体抗剪强度且主要是通过提高黏聚强度来实现的,对内摩擦角影响较小;(2)根–土复合体黏聚力普遍比素土高,6种植被根系下由3.14~16.51 kPa提高到9.43~28.30 kPa;(3)根系抗拉强度随直径的增大而减小,而抗拉力随直径增大而增大。通过分析根–土之间相互作用的力学特点,将根系假设为刚性状态和柔性状态,建立植物护坡中根–土相互作用的力学模型,分别推导出刚性状态下根系提高土体抗剪强度最大值以及柔性状态下根系提高土体抗剪强度最小值的计算公式,根据公式计算得出不同植被根系提高土体抗剪强度最大值和最小值范围,并与试验结果进行对比分析,结果表明:实测土体抗剪强度增加值全部在理论计算范围以内,说明模型计算方法的合理性,为实际工程植被护坡效应的评价提供理论依据。     

塔里木河河槽形态调整特点及影响因素Symbol`@@

为确定塔里木河干流河槽形态调整过程及特点,根据2005—2013年实测水沙数据及断面资料等,分析了塔里木河河槽形态演变特点及影响因素。结果表明:2005—2009年中上游河段河槽逐渐萎缩,平滩面积总体呈下降趋势;2010—2013年汛期水流冲刷强度增大,游荡型河段平滩河槽形态主要体现为横向调整,断面趋于宽浅,过渡段相对稳定,弯曲型河段汛期水流冲刷强度变化趋势与游荡型河段一致,期间平滩河宽变化较小,断面朝窄深方向发展;2009—2011年游荡型河段和过渡段纵比降减幅分别为1.7%和3.0%,河床比降趋于调平,弯曲型河段纵比降增幅为1.6%,河床略微冲刷;水流冲刷强度能够较好地响应河槽形态变化,可用于预测塔里木河平滩河槽形态冲淤情况。中上游河岸土体在近岸水流作用下容易分解,稳定性差,在一定程度上加快了河床调整过程。     

沉沙池泥沙沉降率的计算与试验研究

介绍了一维超饱和输沙法的基本公式,并用大禹渡沉沙池的实测资料进行了验证计算。结果表明:①沉降率计算结果与实测沉降率吻合较好;②加设调流板和溢流槽后,沉沙池的池段分组沉降率、工作段分组沉降率和大于某粒径级泥沙的沉降率均有所提高,并且泥沙粒径越细,提高幅度越大。     

沉沙池长度计算方法综述

对沉沙池泥沙危害粒径标准的选定问题进行分析研究,指出泥沙危害粒径标准的选定应该综合考虑微灌产品的性能指标和水轮机磨损等因素.介绍了准静水沉降法、沉降概率法和超饱和输沙法的计算方法,并分析了准静水沉降法与一维流超饱和输沙法之间的相互转化,指出一维流超饱和输沙法在实际中应用最广,但其计算结果精度直接受恢复饱和系数α的限制,为此需要对α进行更深入的理论研究,使其应用范围更加广泛.     

典型荒漠植被根系对塔里木河岸坡冲刷过程影响试验研究

为探讨植被根系对河岸冲刷过程的影响作用,取新疆塔里木河岸坡原状土,选取当地优势灌木红柳、乔木胡杨根系,通过室内水槽试验,分析不同植被根系对河岸冲刷起防护作用的贡献率。结果表明:①无根系河岸水下淘刷形式主要为圆弧状,下部抗冲能力差;有根系河岸的淘刷形式主要为三角形,下部抗冲能力强,上部悬空层的稳定性好。②根系的网络固土作用使河岸的抗冲能力提高12%~42%;相同植被根系河岸,根系的布置方式对河岸的固土能力有显著差异,V型根系的固土作用优于竖直型;不同植被根系河岸,红柳根系的固土能力大于胡杨根系,平均提高27%。③根土胶结崩塌体堆积形式主要为三角形,且堆积体的占比大于无根系崩塌体;红柳根系胶结崩塌体的分解速率最慢;根系牵拉系数可作为反应根系对河床防护作用贡献的参数,实际计算中可按1.15~2.52进行估算。研究结果可为塔里木河河道岸坡防护提供理论参考。     

一种新型冲洗式沉沙池的设计探讨

对各种类型沉沙池及适用条件进行分析的基础上,通过在沉沙池的首部加调流板、在溢流堰上沿水流方向设溢流槽、对冲沙廊道进行改进并设置辅助冲沙设施这3个方面对传统沉沙池进行了改进。提出了一种新型冲洗式沉沙池,并进行了模型试验。试验结果证明,这种新型冲洗式沉沙池可以大大提高沉沙池对悬移质泥沙 的沉淀效率,并有利于泥沙的排除。     

荆江段黏性河岸土体抗拉特性及其应用

对于绕轴崩塌为主的荆江二元结构河岸稳定性计算,土体抗拉特性具有重要意义。采取现场挖空方法,开展了间接测定荆江段黏性河岸土体抗拉特性的原型崩塌试验。通过现场测量得到荆江河岸绕轴崩塌时的临界悬空宽度,计算了不同含水率及干密度下土体的抗拉强度;分别计算了荆江和Fukuoka试验河岸土体的临界悬空宽度,并与实测结果进行了对比,计算值与实测值均符合较好。考虑不同河道水位下河岸土体的含水率、抗拉强度、容重等变化过程,对下荆江荆133断面稳定性进行了计算,计算结果与崩岸发生时间的实际统计一致,表明提出的土体抗拉强度及其计算方法的可靠性,为后续河岸崩塌过程的模拟提供了科学的依据。     

荆江段黏性河岸土体抗拉特性及其应用北大核心CSCD

对于绕轴崩塌为主的荆江二元结构河岸稳定性计算,土体抗拉特性具有重要意义。采取现场挖空方法,开展了间接测定荆江段黏性河岸土体抗拉特性的原型崩塌试验。通过现场测量得到荆江河岸绕轴崩塌时的临界悬空宽度,计算了不同含水率及干密度下土体的抗拉强度;分别计算了荆江和Fukuoka试验河岸土体的临界悬空宽度,并与实测结果进行了对比,计算值与实测值均符合较好。考虑不同河道水位下河岸土体的含水率、抗拉强度、容重等变化过程,对下荆江荆133断面稳定性进行了计算,计算结果与崩岸发生时间的实际统计一致,表明提出的土体抗拉强度及其计算方法的可靠性,为后续河岸崩塌过程的模拟提供了科学的依据。     

溢流槽对定期冲洗式沉沙池沉淀效率的影响分析研究

通过在溢流堰上沿水流方向加设溢流槽对传统沉沙池进行了改进,以提高沉沙池的沉淀效率;从理论上分析了溢流槽对溢流堰水流吸出高度和出池水流含沙量的作用,并通过模型试验进行了验证,结果表明：加设溢流槽后,沉沙池的沉淀效率有了大幅度的提高,溢流堰的出池水流平均含沙量最大降幅可达94．8％;最后根据试验结果,给出了溢流槽的设计方法。     

基于大涡模型的床面形态与水流相互作用过程模拟研究

为判断动床弯道中二次流和涡结构模型的模拟精度,基于Barbhuiya的90°水平弯道冲刷水槽试验,比较了大涡模型（LES）和RNG k-ε模型对弯道冲淤过程中床面形态模拟的精确程度,发现LES模型结果更加精确。基于LES模型模拟结果,通过使用Q准则识别二次流产生的底部涡结构,分析了涡结构对床面冲刷淤积的定量影响。结果表明：在清水冲刷动床弯道的过程中,Q值介于30~50之间时底部涡趋于稳定存在,Q值大于50时会明显影响床面冲淤;强大稳定的涡结构会使床面形态逐渐稳定,床面冲刷和淤积速率趋于一个定值,床面冲刷和淤积速率不超过2×10^-6 m/s。进一步分析弯道内剪切流速与床面形态的关系,发现弯道内存在两类高剪切流速区域,当第一类区域剪切流速值大于第二类时,床面会出现深度大于0.10 m的明显冲刷坑。研究结果可为弯道中冲淤平衡和床面形态模拟提供参考。