为对王家滩河段进行航道整治,针对其河势及滩情,提出2种炸礁方案:炸礁方式为从炸礁基线起向河心侧的礁石炸低至设计底高程,采用1∶1边坡,与原炸礁方案一致,总计炸礁量约为14.04万m3;2级平台采用1∶0.5的边坡自然衔接,从炸礁基线起向河心侧的礁石炸低至设计底高程,近岸炸礁边坡也为1∶0.5,总计炸礁量约为16.81万m3。借助二维数学模型对2种方案进行验证比较。通过分析得出:炸礁方案采用2级阶梯,航道边界30 m以内的部分按照4.2 m水深炸除,其余部分按照3.7 m炸除,可以消除浅水平台不良流态影响。方案实施后,2级平台水深增加了0.5 m,且可供船舶行驶的平台范围增大,3 000 t级船舶可在2级平台上行驶。该方案将目前船舶航行路线右移拉直,拓宽了航槽,大幅改善了船舶航行条件。
营田滩位于湘江濠河口至城陵矶河段,为洞庭湖区洪道,具有典型的河湖两相性,浅滩演变规律复杂。近年来本滩段的采砂活动日益增多,对河床的边界破坏很大,通航水流条件受到影响。在湘江2 000 t级航道建设一期工程中,需采取相应的整治措施,以提升航道等级,满足规划要求。针对营田滩河段的具体碍航特性,提出了相应的整治措施,采用平面二维水流数学模型,对整治效果进行了分析论证。结果表明:设计方案满足航道整治规划要求,右汊方案中洪水期航道水流条件不受上、下挖口入汇水流的影响,又有利于地方经济发展,建议右汊方案作为整治工程的推荐方案。
三峡水库运行以来,长江水沙发生很大的变化,为今后泥沙模型计算与试验水文条件的仿真性提供保证和依据,统计分析了三峡水库建库以来长江中下游泥沙的变化情况,并针对泥沙模型计算与试验中常选取的频率水文年的泥沙问题,做了详细的分析与研究。提出了泥沙模型中设计频率水文年所要模拟的沙质泥沙部分的处理方法与途径,即床沙质的输沙率过程采用流量输沙率关系推求设计洪水对应的沙量过程。并出于工程安全的考虑,采用流量输沙率关系的下包线作为沙量过程确定的依据。该方法较好地反映了三峡水库蓄水后泥沙量减少条件下的频率水文年泥沙模拟实际情况。
矿山酸性废水(AMD)因其酸度大,同时还含有铜、铅、锌、镉等重金属离子,对环境危害极大。分析了矿山酸性废水产生的主要原因及其危害,总结了目前处理AMD常用的工艺技术方法,并对各种方法的基本原理及其优缺点进行了分析。简要介绍了国内外在矿山酸性废水治理领域出现的一系列新的处理技术,进一步阐述了国内外废水处理技术的研究进展及发展趋势,提出了发展高效、廉价、安全及操作简便的酸性矿山废水处理技术的必要性和必然性。
为研究地下水中“三氮”迁移转化的主要影响因子,以江西省泰和县境内的千烟洲试验站为研究对象,根据研究需要进行了实验区域的划定,对研究区域的地下水位、“三氮”、铁、锰和pH值进行了长期的监测,通过数据整理、作图分析后,利用SPSS软件对“三氮”、总铁、可滤态锰和pH值的相关性进行分析。结果表明:研究区地下水已经受到了农业氮面源污染的影响;地下水中铁、锰具有显著的伴生性;铵态氮和亚硝酸盐态氮与铁、锰存在显著的正相关。总铁、可滤态锰、pH值、温度和降雨是地下水中“三氮”迁移转化的主要影响因子。通过“三氮”迁移转化影响因子的分析,可为农业氮面源污染的防治提供一定的理论基础。
钱塘江是杭州市的重要饮用水源,长期以来咸潮入侵对杭州市饮用水安全构成威胁。采用二维数学模型对闻家堰到仓前河段的水动力和盐度进行了数值模拟,复演了大中小潮情况下水动力和盐度的变化过程,着重分析了地形下切对咸潮入侵程度的影响。结果表明:闸口站断面、七堡站断面平均下切分别为1.64,1.12 m时,可导致闸口站、七堡站大潮潮差分别增加22,9 cm,涨憩后0.5盐度线上移3.7 km,七堡站大潮盐度峰值上升17%。地形下切导致七堡断面凸岸边滩处盐度变化大于深泓线附近,因此,地形下切导致的盐度峰值增大对凸岸处取水口造成的影响较凹岸处更大。
对于洪灾评估工作来说,制定一个具有普适性的洪灾等级评估标准是很重要的,而目前缺少一个被公开认可的标准制定方案。在模糊聚类迭代模型的基础上,提出了一种不受时空分布影响的洪灾评估标准计算方法。在求解目标函数时,采用混沌文化进化算法进行了优化。以四川省1976—2006年洪灾样本为例,计算出了四川省洪灾的标准化等级评估标准,并进行了验证。分析表明:该标准是合理有效并符合洪灾分布特点的,可以作为其它模型的评估标准。采用相对值标准,不受时空分布不同的影响,可以用于所有具有同一范围级别和较完备历史灾情数据的洪灾评估标准工作。
近年来西南地区地震频繁发生,对该地区大坝造成不同程度的震损破坏,为了探究地震对水库、大坝等水利工程产生的风险及其破坏规律,需要对大坝的震损破坏进行评价分析。选取“汶川5·12”地震后岷江上游的14座大坝为评价研究对象,同时考虑水利工程设计、运行管理、地震特性和震损特征4个方面的影响因素,筛选与大坝震损破坏紧密相关的11项指标,构建大坝震损破坏综合评价指标体系,进而运用层次分析综合指数法建立了综合评价模型。根据该模型对14座大坝工程的震损状态进行实算综合评价,并对各个影响因素的重要性程度分析辨别,评价结果与现场调查情况基本相符,说明综合评价指标选择及其权重确定的合理性,以及层次评价方法的可行性。本次评价结果能为大中型水电工程科学防震提供重要依据。
排土场边坡不同于一般边坡,排土体为松散介质,降雨入渗对排土场边坡稳定性影响较大。为了定量研究降雨对排土场边坡的稳定性影响,以及防水和排水措施对边坡稳定性的影响,首先建立降雨情况下排土场渗流数值模型,分析排土场内部渗流场;然后对排土场边坡进行水土耦合分析,通过水土耦合分析发现降雨情况下边坡稳定性安全系数大大降低。为了服务于工程和科学研究,进一步对防渗和排水情况下排土场边坡稳定性进行定量研究。研究发现:在排土场台阶底部设置排水管道或者在排土场顶部设置防水层可以大大提高降雨情况下边坡稳定性。研究结果可为正确评价和治理该类边坡的稳定性提供科学依据。
鱼道是保证鱼类能顺利洄游的过鱼设施。通过竖缝相对宽度分别为0.05,0.10,0.15,0.30,底坡为10%的鱼道模型进行数值计算。采用可视化显示及数据分析的方法分析不同竖缝相对宽度、底坡条件下的同侧竖缝式鱼道的水流结构特征。通过模型模拟,分析水流沿水深方向的流速分布情况、主流区最大流速沿程分布及沿程衰减情况,以及在不同竖缝相对宽度和(或)不同流速情况下的紊动能分布情况。综合各物理量的分析,得出竖缝相对宽度b0/B=0.15、底坡为10%时,水流在池室内能形成较好的适合鱼类洄游的流态:主流区水流横向扩散范围适中,主流区最大流速沿程均匀衰减,回流区面积较为对称,流速较小。
根据国内外及长江科学院建院50多年来对高水头船闸输水系统水力学研究成果,对高水头船闸输水系统布置型式及关键部位体型应用进行了简单介绍,给出了适应不同闸室尺度及水头的等惯性输水系统基本型式和优化闸室内船舶停泊条件以及解决输水系统空化问题的关键部位优化体型,提出了通过阀门底缘掺气解决船闸输水反弧门底缘空化从而简化高水头船闸输水阀门段体型的新思路,以及有望应用于超高水头船闸的具有内外消能系统的新型分散输水系统型式,可提供给有关的科研设计工作者参考。
桩-软岩复合地基承受上部载荷时,时效变形预测依赖于对其流变机理的认识以及对流变模型的合理描述,为分析其流变机理,通过桩-软岩复合地基缩尺模型载荷试验,研究了桩身应力、桩底压力、承台下软岩压力以及软岩深部变形时效特征,对桩-软岩复合地基流变机理进行了系列试验研究。桩底压力以及桩间软岩变形时效特征明显,桩-软岩复合地基在工程荷载作用下的衰减蠕变可采用5参量广义开尔文模型进行描述,其流变参数为EH=1.1 GPa,E1=7.05 GPa,η1=929 GPa·h,E2=9.03 GPa,η2=28 GPa·h,与软岩地基比较,桩-软岩复合地基流变参数明显提高。
常规电法测量挡墙存在施工效率低的缺点,而高密度电法主要是以各种地下地质体的电性差异为基础,根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律,推断地下具有不同电阻率地质体的赋存情况,测量效率优于常规电法。将高密度电法用于南十里长沟主流左岸挡墙测量中,结果表明:挡墙高度约为2.3 m,墙后土体中潜水位埋深为3.1~3.8 m,挡墙体内部及内侧土体中空洞总体不发育,局部存在欠密实或空洞,挡墙厚度变化不大。高密度电法所得检测结果与地质雷达所得结果以及开挖所得结果一致,表明高密度电法应用于挡墙测量中是可行的。
根据影响非饱和土渗透系数变化的主要因素,选取合理特征点将土-水特征曲线划分成4个阶段。在此基础上,对大量数据进行统计分析,建立了一种分段简化模型,用于描述级配不良的非黏性土的非饱和渗透系数曲线,只需知道该模型中特征点的相关参数即可得到完整渗透系数曲线,并通过现有数据进行了验证分析。验证结果表明:在低基质吸力(0＜ψ≤ψa)时,lnK-ψ曲线呈线性变化;而当θb＜θ≤θa时,lnK-lnθ曲线也有类似变化规律。
反倾岩质边坡的稳定性分析方法一般为Goodman-Bray法,但其没有考虑地下水。对Goodman-Bray法进行改进,推导出了考虑地下水作用的反倾岩质边坡稳定性计算方法,并用MATLAB编写了计算程序。最后以重庆巫溪县中梁水库硝洞槽—郑家大沟反倾岩质边坡为例,采用Sarma法和传递系数法(TCM)对改进的Goodman-Bray法(简称WGB法)进行验证。结果表明:反倾岩质边坡往往受自身岩体结构的控制,条块划分结合结构面产状的Sarma法和WGB法比铅直方向条分的TCM法更符合实际情况,但Sarma法忽视了对条块底面连通性的考虑,使计算结果偏低。综合比较3种计算方法,WGB法更加适用于考虑地下水作用的库岸反倾岩质边坡稳定性分析。
采用三维非线性有限元方法分析深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形特性,覆盖层和坝体材料的本构关系采用邓肯-张E-B模型,在防渗墙和覆盖层之间设置接触摩擦单元以模拟两者之间的相互作用。通过建立的有限元模型分析了坝体分期筑坝、坝体填筑速度以及防渗墙施工顺序对墙体应力变形特性的影响,同时探讨悬挂式防渗墙的应力变形特性。计算结果表明:坝体分期填筑对防渗墙的应力变形特性影响较小;较快的施工速度将引起坝体竣工期防渗墙较大的应力变形,其中拉应力达到3 MPa,顺河向变形达到15 cm;防渗墙靠后的施工顺序可以使运行期防渗墙拉应力减小2.42 MPa,顺河向变形减小达85%;悬挂式防渗墙贯入深度越小,其应力变形特性越趋于安全稳定。
三峡库区自175 m蓄水以来,地质灾害事件频发,尤其在地质环境脆弱的巫峡库岸段,2008年龚家方斜坡发生380 000 m3崩滑,产生高达13 m的涌浪,严重影响该库岸段航道运营安全。以巫峡口—独龙库岸段为研究区域,通过资料搜集、地面调查、工程地质测绘、山地工程等多种手段,在掌握其环境工程地质条件和岸坡岩体结构类型的基础上,根据库岸段内斜坡变形及破坏特征,划分出18个潜在不稳定斜坡。分析表明:该库岸段变形破坏模式为复合弯曲倾倒、“V”倾倒、剪切破坏,其可能诱发斜坡整体失稳模式为倾倒型和滑移型。总结出其存在累进性破坏、“锁固段”脆性破坏和整体性破坏3种机理。成果可为今后同类高陡岸坡的调查研究提供借鉴意义,同时为三峡库区防灾减灾、地质灾害工程治理提供依据。
某水电站泄洪洞进水口边坡为典型的岩质高陡开挖边坡,其稳定性对水电站的安全施工及运行影响重大。为此,建立了泄洪洞所在开挖高边坡的三维有限元模型,并运用有限差分软件进行稳定性分析计算;综合考虑边坡在天然、开挖、卸荷、暴雨蓄水、地震工况下的应力、应变的大小及分布状况,同时结合典型剖面边坡二维极限平衡计算,计算结果中的安全系数大小,综合分析判断泄洪洞进口边坡的稳定性状况;最后结合稳定性分析结果对边坡的加固措施进行了优化分析。成果为工程施工提供参考依据。
针对红黏土地区地基排水固结过程的复杂性,对红黏土地基排水固结沉降进行数值分析。采用大型通用有限元分析软件ABAQUS/Standard中的固结计算模块Soils和自带的修正剑桥模型,以某铝厂的改造工程项目为算例,对红黏土地基中的沉降随时间的变化规律、孔隙水压力消散规律、孔隙比随深度的非线性分布以及土体的有效应力增长进行了研究。研究表明:计算结果与土力学规律吻合,能准确反映红黏土地基固结沉降的实际情况,可为红黏土地基上的建(构)物改造工程地基处理和工程设计提供参考。
采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明: 节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好; 随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素; 上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。
为研究初始缝高比对混凝土断裂性能的影响,设计4组共32个不同初始缝高比的试件进行楔入劈拉试验。测定试件断裂过程中的荷载、裂缝张口位移、混凝土应变等参数的特征值及全过程曲线。以双K断裂理论为基础,计算不同初始缝髙比试件的有效裂缝长度ac、起裂断裂韧度KiniIC和失稳断裂韧度KunIC等断裂参数。试验结果表明:有效裂缝长度ac随缝高比的增大而增大,裂缝亚临界扩展量Δac随缝高比的增大而减小;起裂断裂韧度不受初始缝高比的影响,失稳断裂韧度随缝高比的减少有所增大,当a0/D≥0.5时,为一常数。
导流底孔回填混凝土水泥含量高,温控难度大,一般需要埋设冷却水管进行通水冷却。针对导流底孔回填混凝土的特点,从动态预测角度出发,将有热源水管冷却计算式结合混凝土浇筑仓实测温度,根据浇筑仓当前实测温度动态更新有热源水管冷却计算式中的Ti,然后进行未来n天混凝土浇筑仓温度动态预测,以指导和调控现场通水措施。向家坝导流底孔回填混凝土温度动态预测的实例分析表明,建议的温度动态预测式是可行的。
为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10-5/s,10-4/s,7.5×10-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。
季节性冻土冻结时地下水通过毛细作用向冻结锋面迁移,在海拔较高或昼夜温差较大的地区,这种冻结过程可能在很短时间经历若干个循环过程。针对以上工况研制单向冻结冻融循环三轴仪,该装置能实现补水条件下的单向冻结试验,同时测试冻融循环条件下三轴强度试验。在此基础上,进行粉质黏土的单向冻结试验。试验表明,试样各断面的CT数随着冻结时间的增加不断降低,同时证明冻结锋面在冻结过程中不断由低温断面向高温断面拓展,再现了单向冻结过程中冻结锋面迁移过程。
