180°弯道水槽表面流速分布研究

自然界中河流多是弯曲的,弯道水流结构分析是水力学及河流动力学最重要的课题之一,对河道管理和河流开发利用也有着重要意义.基于粒子跟踪测速(particle track velocimetry,PTV)技术对180°弯道水槽不同流量下的水流表面流速进行测量与分析.试验结果表明:除进口断面,凹岸侧表面纵向流速均大于凸岸侧表面纵向流速,中心线上的表面纵向流速沿程变化相对较小;水流进入弯道后,凸岸的水流开始向凹岸方向运动从而产生横向流速,当水流流过弯顶后,由凸岸向凹岸的横向运动逐渐消失.对比两个流量的流速分布结果,较小流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶前,较大流量下表面水流的"顶冲点"发生在弯顶后,较小流量下的凸岸侧水流更容易向凹岸方向运动.     

江河崩岸的影响因素分析

为了研究江河崩岸的发生机理,以长江中下游及其他河流典型崩岸实例为依据,分析了江河崩岸的影响因素及其对崩岸的作用,并针对崩岸类型分析了崩岸的关键性影响因素.结果表明:岸坡土体物质组成及分布和岸坡局部地形是崩岸形成的主要内在因素,水流冲刷和地下水渗流是崩岸形成的主要外部动力因素;各因素对崩岸的作用主要表现为侵蚀破坏、渗流破坏、重力破坏及突加荷载或边界条件破坏等.     

弯道弯曲度对水流结构的影响

为研究弯曲型河流中不同弯曲度河段的水流结构及演化规律,对同一曲率半径,同一渠宽,同一水深下,弯道弯曲度分别为30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°的7种矩形弯道内的水流进行了三维数值模拟.研究结果表明,弯道弯曲度对水面超高、主流位置、弯道环流结构均有显著影响.随着弯道弯曲度的增加,弯道内水面超高增大,但纵横比降反而减小;弯道弯曲度越大,主流集中程度越高,弯道出口断面主流区向凹岸偏移程度也越大.随着弯曲度的增大,环流强度也不断增强,环流中心也有向上向凸岸偏移的趋势.     

弯曲河道演化的元胞自动机模拟

提出了二维元胞自动机模型用以模拟弯曲河道的演化.模型体现了河道冲淤状态与水流之间的反馈作用,以及河道对冲淤的历史记忆机制.将模型用于一个正弦派生曲线所产生的简单河道,结果能够再现弯曲河道演化的一些典型特征,如凹岸冲刷凸岸淤积、河道深鸿线的迁移方向、河岸演化规模的幂分布等.     

堰塞坝溃口斜坡失稳概率分布函数参数确定及影响因素分析

为确定堰塞坝溃口斜坡在水流侵蚀作用下的失稳概率分布函数,掌握函数变化规律,明确不同因素对稳定性影响强弱程度,开展了数值分析.结果表明:随着侵蚀发展,平均主应力逐渐减小,剪应力逐渐增大,处于破坏面上的剪应力到达峰值点后逐渐减小.概率密度分布函数中参数a随溃口高度和斜坡坡度的增大先增大后减小,随侵蚀深宽比的增大先增大后趋于稳定.随着斜坡坡高的增大,安全系数对小坡高较敏感,斜坡坡度和容重影响下的安全系数具有相同的规律.随着黏聚力的增大,安全系数对小黏聚力较敏感,当黏聚力增大到一定程度,黏聚力的变化对安全系数的变化不敏感.安全系数关于内摩擦角的灵敏度随内摩擦角的增大先减小后增大,侵蚀深宽比对安全系数的影响具有相同规律.     

库区碎石土边坡稳定性及其参数敏感性分析

本文以某库区碎石土岸坡为背景,建立了二维饱和-非饱和边坡渗流及稳定性计算模型。基于极限平衡法,分析库区蓄水-稳定运行-放水全过程以及不同水位升-降速度、碎石土渗透性和抗剪强度下的岸坡稳定性变化规律。结果表明:蓄水阶段,浸润线为"下凹"形,而放水阶段浸润线为"上凸"形。库水位上升或下降,安全系数均出现先减小后增大的变化规律,且水位升、降过程都存在一个最不利水位值。相较于水位上升,水位下降阶段对岸坡稳定性更加不利。稳定运行阶段,安全系数单调减小,但变化幅值不大。适当增加蓄水速度有利于岸坡稳定性,而放水速度越快,不利于岸坡稳定性,且水位骤降时,有产生滑坡的风险。碎石土渗透性越强、抗剪强度越大对岸坡稳定性越有利,内摩擦角对岸坡稳定性的影响程度要大于黏聚力。因此,建议关注最不利水位时的岸坡稳定性,严格控制水位下降速度。所得结论可为库岸边坡稳定性评价及灾害防治提供科学依据。     

泄漏原油沿河岸滞留行为

为研究输油管道泄漏事故发生后,河面漂浮原油在河岸的滞留行为与影响因素,通过河流动态模拟试验,设置流速、岸型、植被种类及覆盖量等变量,研究不同工况下河岸砂土吸附量与总滞留量的变化规律。结果表明:河岸砂土的吸附量及滞留量会随水面流速增大而增大;柔性植物河岸相对于刚性植物河岸与无植物河岸更易滞留原油,滞留量约为刚性植物河岸的2.87~6.19倍,无植物河岸的4.37~10.01倍;植被覆盖量增大会使河岸滞留量增大,但会减小刚性植物河岸吸附量,增加柔性植物河岸吸附量;岸型不同会导致水流状态不同,对原油登陆河岸会有较特殊的作用。     

强弯河道水流结构及离散特性研究

对180°强弯河道水流结构及离散特性进行了研究.采用三维多普勒超声流速仪(ADV)对强弯河道5个典型断面的流速场进行了量测,得到了各典型断面上的实测流速资料;进而采用改进的分区模型,分别对强弯河道的横向和纵向离散系数进行了研究.结果表明:在弯道进口段,凹岸附近水流受到限制,流速减小,凸岸附近水流流速增大,纵向剪切流速较大,故纵向离散系数较大,此时二次流尚未形成,横向掺混并不剧烈,所以横向离散系数还比较小.随着水流入弯的不断发展,弯道内二次流逐渐形成并不断增强,最大流速逐渐向凹岸转移,此时横向剪切逐渐增强,横向离散系数逐渐增大;而纵向剪切趋于平缓,纵向离散系数逐渐减小.在弯顶附近,二次流得到充分发展,横向离散系数达到最大值.在弯道下游段,二次流强度逐渐减弱,横向剪切流速减小,使得横向离散系数逐渐减小,此时最大流速转移到凹岸附近,流速分布变化趋于平缓,纵向剪切流速变化幅度较小,纵向离散系数基本趋于稳定.     

弯曲河流颈口裁弯模式与机理

为了揭示弯曲河流颈口裁弯的各种不同模式与内在复杂性,通过判读正裁弯和已裁弯的大量河湾遥感影像,将颈口裁弯分为3种不同力学模式,即崩岸模式、冲切模式和串沟模式,运用力学分析的方法探讨了不同裁弯模式的形成条件、过程与机理。崩岸模式是相当窄的颈口两侧河岸发生崩岸或单侧崩岸引起颈口上下游水流贯通。冲切模式是最普遍的颈口裁弯方式,其过程分为漫滩水流表面冲刷、形成沟槽后集中冲刷和沟槽达到稳定。串沟模式是初次洪水漫滩冲刷形成串沟,后续洪水沿串沟继续冲刷,且以溯源冲刷为主,直至形成新河槽。     

寒旱环境灌木根系增强春融期边坡稳定性影响

春融期边坡极易发生热融滑塌现象,为研究植被根系与边坡冻融界面呈不同夹角α条件下边坡的潜在滑移面破坏形式、位移特征以及稳定性影响,结果表明:随融化深度的增加,春融期素土及根-土复合体边坡的等效塑性应变贯通带越明显,易沿着冻融界面发生平面状滑塌;相比于素土边坡,春融期(3月份)根-土复合体边坡最大位移量减小约69.65%,春融期(4月份)根-土复合体边坡最大位移量减小约71.88%,且根-土复合体边坡位移的减少量随着α角的增大而呈增大趋势,表现出根系伸入冻融界面处时具有较强的固土能力;当根系与冻融界面夹角α由45°增大至90°时,根-土复合体边坡的安全系数呈增长趋势,且根系与边坡冻融界面垂直时,根系具有相对最大限度地增强春融期边坡固土护坡作用,可有效提高春融期边坡的稳定性。上述研究结果为探讨冻融界面处植物根系对春融期边坡稳定性具有理论研究价值和实际指导意义。     

宜昌城区长江岸坡稳定性预测评价

三峡水库修建与蓄水后,由于清水下泄,长江宜昌城区河段发生明显冲刷,深泓普遍下切,河段内出现了多处新的崩岸险情,为此,国家启动三峡后规长江崩岸治理工程.在工程勘察的基础上,对岸坡地形地貌、地质结构以及岸坡稳定影响因素进行了综合分析,对宜昌城区长江岸坡的稳定性进行了工程地质分类评价,并采用河岸地质结构预测法对岸坡发展趋势进行了预测.分析和预测表明,护岸工程岸坡不存在稳定（A）类岸坡;基本稳定（B）类岸坡约占23%;稳定性较差（C）类岸坡约占48.5%;稳定性差（D）类约占28.5%.     

弯道水流的混合有限分析解

建立了基于曲线拟合坐标系下的平面二维弯道水流数学模型,采用混合有限分析法进行了离散,对强弱弯曲河道矩形断面水流进行了数值计算.弱曲率弯道主流速度沿弯道外岸逐渐增加,在离心力作用下主流最大流速由凸岸逐渐向凹岸转移;且弯道水流的水面为一扭曲面,凹岸的水位线常形成上凸曲线,凸岸的水位线常形成下凹曲线.水面形态和流速重分布与相关文献实验结果符合良好,表明混合有限分析法与曲线拟合坐标的结合是一种可适用于弯道水流计算的有效格式.     

北盘江大桥推荐桥位安龙岸边坡稳定性分析

为判断北盘江大桥推荐桥位安龙岸边坡的稳定性,分别采用Slide. v6007、Phase2 V9. 0边坡稳定分析计算软件和FLAC3D软件对安龙岸边坡进行二维和三维稳定性计算分析。计算分析显示,安龙岸边坡稳定性计算安全系数大于安全系数设计标准,从理论分析来看该边坡处于稳定状态,并且有一定的安全裕度。相对于二维分析的计算安全系数,三维分析的计算安全系数要大。安龙岸边坡稳定性分析结论为花江北盘江大桥推荐桥位的初步设计提供了较为合理的依据。     

不同床沙组成的冲积河流中河型的分布特征

以包括401组数据的大样本为基础,将河型频率的概念用于床沙粒径与河型关系的研究,首次发现了河型频率随床沙粒径变化的统计规律.研究表明,弯曲型频率随床沙粒径的增大而减小,而分汊型频率随粒径的增大而增大.这种统计关系可以用床沙粒径与水流切力及能耗之间的关系来解释.床沙粒径越大,则河流的水流切力越大,能耗率越高,越有利于分汊河型的形成.反之则有利于弯曲河型的出现.     

基于极限平衡法的岩质边坡结构面贯通性质研究

结构面影响着岩质边坡稳定性,而结构面的贯通性质是研究结构面的重点。针对某岩质边坡工程,利用Slide极限平衡法软件,从结构面倾角、贯通率和贯通形式出发,研究贯通性质对岩质边坡稳定性的影响。计算结果表明:结构面的贯通形式对坡体稳定性无明显影响;当坡体处于稳定状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越大;当坡体处于失稳状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越小;当结构面的倾角和贯通形式一定时,结构面贯通率越大,边坡安全系数越小,坡体容易发生失稳破坏。     

强制型迂迴扇形成的条件和机制

在横向环流动力作用下 ,凸岸部位形成的常规迂辶回扇中 ,由于洪水的变化 ,垄岗沙坝可逐次地向下游堆积 ,但辐聚、辐散方向不同 ,凹岸也相应的向下游侵蚀 ,而强制型迂辶回扇的垄岗状沙坝则是逐次向上游堆积 ,基本是向上游辐散 ,凹岸也相应地向上游侵蚀 .     

基于Midas GTS/NX的新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性分析

为了准确评估各类工况对新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性的影响。通过开展室内土工试验及对该渠道岸坡地质工况进行了调查,采取Midas GTS/NX软件中的强度折减法对输水明渠在未加固和加固两种工况下的竣工期、降雨期、输水期和水位骤降4个时期的二维岸坡进行稳定性计算,通过对比岸坡在未加固与加固两个工况下4个时期的整体位移量、等效塑性应变区和安全系数,对岸坡整体稳定及加固效果给出了分析及评价。结果表明：渠道未加固与加固两个工况下4个时期下风积土岸坡均处于稳定状态,安全系数均大于1.30;渠道位于输水期时,坡体前缘水压增加,有效提高渠道岸坡的安全系数,但水位骤降对风积土岸坡稳定性影响最大,降雨次之;未加固时,4个时期的岸坡等效塑性应变区呈圆弧状且已贯通;经加固后,岸坡等效塑性应变区大体沿衬砌呈直线分布,滑移带位移变形得到较好控制,极大程度降低了滑坡灾害发生的可能性。研究结果在一定程度上可以为新疆沙漠风积土输水渠道工程建设提供参考。     

长江中下游崩岸时空分布特征与规律

为认清长江中下游河段出现崩岸灾害现象的规律,根据近几十年来的诸多崩岸实例,结合河道水沙特征和沿江两岸地质地貌条件,分析揭示崩岸现象的类型和时空分布特征.结果表明,长江中下游崩岸与河床演变过程密切相关;崩岸空间分布特征表现为:随河岸地质条件而呈现的不均衡性,随岸坡地形条件和河道水文条件不同而呈现的类型差异性,随河道边界条件突变而出现的集聚性;崩岸时间分布特征表现为:随年内季节不同呈现明显的分布非均匀性,随年际水沙来量变化呈现相对的分布稳定性和间歇性,以及随来水来沙过程骤变而呈现的变异性.     

紫花苜蓿根系-砂土复合体力学特性

为探究紫花苜蓿根系对砂性土的增强作用,以黄土为基础土料,河砂为改性土料,将改性土料加入基础土料中,制备含砂质量百分比为0%,20%,40%,60%的紫花苜蓿根系-砂土复合体;通过根系拉伸试验,得到根系抗拉强度;通过直剪试验,得到不同含砂量和根系面积比(根系横截面积A_R与土体横截面积A的比值)的根土复合体抗剪强度参数;采用电子放大镜对紫花苜蓿根系、根土复合体及剪切后试样进行观察,分析根系与土体的结构和特征。结果表明：随着紫花苜蓿根径的增大,抗拉强度呈指数降低;随着含砂量的增加,根土复合体黏聚力呈现先增大后减小的趋势;随着根系面积比的增加,根土复合体黏聚力逐渐增大;以根系抗拉强度和根系面积比的乘积为自变量,实测的抗剪强度增量为因变量,进行线性拟合得到K值,在含砂量为0%,20%,40%,60%下的K值分别为0.38,0.56,0.2,0.09;当根土复合体受到剪切力时,根系所受到的拉应力可转变为增强剪切面的摩擦力和抵抗土体变形的剪应力,提高了根土复合体抗剪强度。研究结果对矿山生态修复中的土体重构工作提供理论依据。     

基于可靠度反分析的悬臂施工倾覆计算方法

为方便评估预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程中的整体倾覆稳定性,基于可靠度反分析理论,在给定目标可靠指标的前提下,计入结构参数随机性分布,得到计算悬臂施工整体倾覆稳定安全系数的方法,最后对此方法的可行性进行了算例验证,并讨论了参数的敏感性.计算结果表明,影响连续梁悬臂施工整体倾覆稳定安全系数的因素主要包括临时固结形式、锚固钢筋预拉力以及梁体不对称自重比;安全系数初始值的越大,在收敛于特定数值的过程中振荡就越剧烈,稳态误差越大.