有压输水系统中用射流冲沙的系列模型试验研究

射流冲沙是解决有压输水系统中局部泥沙淤积问题的一种方法，为确定射流冲沙的主要参数和冲沙效果，进行了几何比尺分别为1∶25及1∶12.5的系列泥沙模型试验。通过试验发现冲沙效果和射流动能ρQV2有关，且通过系列比尺模型试验，得出射流冲沙的临界判别条件是保持动能为某一临界值，通过进一步分析还得出射流能量中能转化为水流紊动能量的百分比。通过算例给出了有压输水系统中计算射流冲沙参数的方法。     

射流冲沙研究

作者通过实验和分析，研究了横流中加入平面冲击射流对防止局部泥沙淤积的影响。水槽实验中观测了水射流局部紊动强度变化、射流冲沙范围内局部紊动剪应力分布、泥沙不淤积临界断面的底部垂向紊动强度和射流强度与泥沙防淤尺度的关系。得出了射流影响区水流紊动能随距离的衰减规律和保持泥沙不淤积所需的水流临界紊动强度。统计分析了射流强度与紊动能的变化关系。根据泥沙悬浮理论和射流紊动输沙机理，建立了水射流局部无泥沙淤积长度经验计算式，并以不同特性泥沙的射流输沙实验资料对所建立的计算公式进行了验证，二者吻合良好。     

等阻力树杈型冲沙管道的试验研究

多沙河流上修建的水库必然要面对泥沙淤积问题,合理科学的库容恢复和保持措施对于水库综合效益的正常发挥具有重要意义。排沙廊道是一种一次建设、可持续使用的排沙设施,但传统排沙廊道中各进口为顺序排列,不同部位进口抽沙能力不均,严重影响运行排沙效果。等阻力树杈型冲沙管道是近期提出的一种新型排沙方式,其各级管道采用树杈型布置,多口汇流的旋转流动可消除不同角度水流加速度影响,按每一个进口管至总出口的流动阻力相等为原则设计;在进口管顶部设置倒扣铁锅型防沙罩,防止进口管被落淤的泥沙所阻塞。本文在水槽中开展了树杈型冲沙管道试验,同时开展了相同条件下的进沙口顺序排列的对比试验,结果表明:当进沙口按传统廊道多口顺序排列布置时,位于远端的一半出口将被完全淤堵,难以达到预期的排沙效果;而树杈型冲沙管有效克服了传统廊道不同进沙口抽沙能力不均的缺陷,实现了对所覆盖区域的均匀排沙,正常情况下未发生淤堵;当高含沙水流集中流向某一进口时,会造成该进口淤堵,但由于不同进沙口独立运行,所淤堵进口基本不会对其他进口的正常运行造成影响。本文试验结果表明,等阻力树杈型冲沙管道的稳定排沙浓度可达400～700 kg/m3,远高于顺序排列方式的100 kg/m3;冲刷漏斗体积为多口顺序排列的1.5倍。     

小浪底水库射流冲吸式清淤设备研究

针对小浪底水库泥沙淤积情况,提出了利用射流泵冲吸库底泥沙、经排沙洞排到下游的清淤方案,并设计了移动模拟试验装置.结果表明:每套射流清淤系统的泥沙吸入量为5 t/s,最大作业水深为80 m,其单位能耗为0.156 kW·h/t.     

射流作用下不同沙床动态冲坑变化规律的试验研究

基于泥沙动力学和射流冲刷理论,对粗沙沙床和中沙沙床在某一流速下进行不同靶距的淹没射流实验,通过高速摄像机捕捉动态冲坑在短时间内的发展变化,分析了在前10s和前1s内的坑深发展规律。并将前1s等分成24个时间段分析其细微变化。结果表明:冲坑深度在前10s内基本呈对数规律发展;射流冲刷刚开始时中沙沙床冲坑深度的发展趋势有时滞后于粗沙沙床;冲坑深度随时间有先增加后减小的趋势,在此流速下存在一个最优靶距。此实验的研究成果在疏浚工程施工作业时具有一定的参考价值。     

平面斜向射流冲蚀不同坡度沙床的试验研究

利用射流清淤在疏浚工程中已得到广泛的应用并发挥了重要的作用,探究工作射流条件和沙床边界条件对冲蚀效果的影响有助于疏浚设备的优化设计及提高疏浚效率。观测和分析了静止平面斜向射流在不同射流速度、射流角度及沙床坡度条件下冲蚀沙床的过程、冲坑形态、以及冲坑外浑水流动特征。结果表明:二维冲坑剖面存在几何相似性,几何形态不对称,整体向下游发展;冲坑发展过程可分为初始、发展和稳定三个阶段,冲坑的深度随时间的变化呈对数关系增长,在冲坑深度达到最大深度一半时冲蚀速率最大;二维冲坑面积随射流角度的增大呈先减小、后增大的关系变化,在45°时存在极小值;泥沙冲蚀量、坑外浑水流运动速度随着沙床坡度的增大而增加,而坡度大于10‰后冲蚀量增长趋势趋缓。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

水平附壁射流破异重流试验研究

本文提出了利用水平附壁射流破除异重流的新方法。通过水槽试验，对水平附壁射流破异重流的现象、拦沙及冲沙效果进行了详细研究，得出了不同水沙条件下附壁射流破异重流所需喷口流速表达式。     

埋设管道平面射流冲蚀沙床的试验研究

为认识埋设管道射流冲蚀沙床形成异重流的排沙效果,开展了不同射流因素及沙床边界条件下的试验研究,分析了冲坑形态尺寸在不同试验变量下的变化规律及异重流运动特性。结果表明：冲坑发展过程分为三个阶段,冲蚀深度变化随时间逐渐变缓,冲坑二维形态相似,上下游坡面不对称,整体向下游发展;射流与沙床在一定坡度埋深、较小的沙床坡度和各喷嘴冲蚀形成独立冲坑的情况下,冲蚀效率较高;泥沙由射流冲蚀起动并在水流卷吸作用下形成浑水异重流,其实测浓度远大于水流挟沙力,实现了较高浓度的含沙水流远距离输移,表明这种方法具有较高的清淤效率,具备一定可行性。     

气动冲淤法治理黄河泥沙的一点思考

思考未来的黄河,对现在的治沙输沙进行分析研究,得出:传统的水流挟沙、输沙是低能效的输沙模式,黄河几年来调水调沙的实测资料表明未有大幅增沙的现象,都是因为挟沙和输沙本身从水流摄取的能量不足的缘故。本文提出一种新观点和新思路,即利用空气的上升流,加强水体紊动,加速排沙,治理黄河泥沙的方法。在现在治黄措施条件下,未来黄河的关键在于治理河口,使河口不再抬高,并尽可能发生冲刷。文中根据黄河的情况提出一些设想和建议。     

连续冲洗式沉沙池截沙率试验研究

对连续冲洗式沉沙池截沙率进行分析研究,并在一维流超饱和输沙法基础上,得出连续冲洗式沉沙池池段分组截沙率、工作段分组截沙率、大于某粒径级截沙率以及总截沙率的近似计算方法。为验证该方法的实用性,对连续冲洗式沉沙池的截沙率进行模型试验,试验结果表明:采用近似处理的截沙率计算公式,其计算结果与实测结果吻合较好,在符合计算精度的前提下,可以用于实际工程计算。     

不同应力条件下砂土动模量特性的试验对比研究

利用新研制的三轴—扭剪多功能剪切仪分别进行了竖向与扭转双向耦合剪切振动、振动三轴和振动扭剪等3种试验，采用内置于三轴室的轴力及扭矩双出力传感器和非接触式微小位移传感器测量荷载与位移，着重研究了均等固结条件下福建标准砂的动模量特性。试验结果表明：动力双向耦合试验在扭转方向和竖向的动模量与应变之间的变化规律分别与相同条件下的动扭剪、动三轴试验结果一致；归一化动模量与按照参考应变归一化后的应变比之间的关系不再依赖于初始固结压力、密度及应力路径；动三轴试验与动扭剪试验所得到的最大动剪切模量与初始固结应力之间的关系基本一致，与此相比，由动力耦合试验中扭转向振动分量所得到的结果偏高，由动力耦合试验中竖向振动分量所得到的结果又稍低。     

挑流水垫塘掺气比尺效应试验

为了研究泄洪消能缩尺模型中的掺气比尺效应,以提高模型预测精度,通过模型试验,对比分析1:50和1:100两个不同比尺模型上的挑流水舌形态及下游水垫塘内掺气量(体积分数,下同)分布。试验结果表明,在同样的孔口体型作用下,不同比尺模型水舌空中裂散程度有明显差异,1:100模型中水舌呈月牙形散落在水垫塘,1∶50模型水舌呈椭圆形散落在水垫塘;水舌入水形态的差异进一步导致水垫塘掺气量分布不同,1:100模型水舌入射区域掺气量相对较高,掺气量峰值约为50%,1:50模型上同样位置掺气量峰值约为40%;从水垫塘内掺气量空间分布来看,1:100模型水垫塘横向掺气范围相对较小,纵向掺气范围相对较大。     

水工特细砂混凝土性能试验

结合水电工程,对水工特细砂混凝土的力学、耐久以及热学等性能进行了系统的试验研究,结果表明:水工特细砂混凝土的收缩变形较小,抗渗及抗冲磨能力较强,绝热温升较低;不足之处在于早期强度较低,弹强比较高,极限拉伸值较低。     

自激振荡脉冲射流动态特性的实验研究

通过实验研究了自激振荡脉冲射流重要参数相互之间的影响关系。实验结果表明:泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低;而且存在一个最佳腔长使脉冲射流压力峰值达到最大。实验结果与理论分析一致。     

某尾矿库坝基粉砂动力特性试验

通过对某尾矿库坝基粉砂进行共振柱和动三轴试验,得到动力特性参数的归一化曲线。分析变形特性与强度特性得到粉砂动力参数的变化规律。由动三轴试验得到不同固结比和固结压力下粉砂动强度、动孔压比与振次的关系,发现动强度与破坏振次间符合乘幂关系,可用幂函数来拟合;动孔压比与振次的关系可用指数函数进行拟合。采用Hardin Drnevich双曲线模型与Davidenkov模型对动剪切模量比进行拟合,试验分析结果表明,随着围压的增加,两种模型的拟合效果均有所改善。同一围压下,Davidenkov模型拟合效果优于Hardin Drnevich双曲线模型。     

沙纹床面涡量特性实验研究

沙纹的形成与水流流态密切相关,但对于其相互关系至今尚无确定的结论。采用PIV（Particle Image Velocimetry）测量设备对沙纹床面水流特性及涡量特性进行了实验研究。通过对平床与沙纹床面涡量场的比较,得到了沙纹床面的涡量分布区域。结果表明,涡量较大值主要集中在沙纹的背水坡面与迎水坡带,之外区域涡量值约为零。结论对研究沙纹的形成有积极意义。      

饱和砂土液化后强度与变形特性的试验研究

利用双向振动三轴试验装置,进行了饱和砂土液化后静力再加载试验。从砂土受振动荷载结束后所处的拉伸、压缩两种状态出发,对饱和砂土液化后的强度变形特性进行分析,研究了液化程度和围压对饱和砂土液化后不排水变形特性的影响。试验结果表明：振后处于拉伸状态的试样,液化后的变形由低强度段、超线性强度恢复段和次线性强度恢复段三段组成;振后处于压缩状态的试样,液化后的变形则只有次线性强度恢复段。提出了统一描述两种状态下砂土液化后应力应变关系的三阶段模型,并给出了模型参数的推导过程。与试验结果对比显示,该模型的预测值与试验值吻合较好,该模型有较好的适用性。     

排沙漏斗的水流特性试验研究及其工程应用

根据排沙漏斗模型试验资料，通过对比分析排沙漏斗清、浑水流场特性，初步探明了排沙漏斗的水流结构和输沙机理。同时，排沙漏斗的原型观测和实际应用表明，排沙漏斗的实际工程应用是成功的，与曲线沉沙池和厢形沉沙池等传统工程措施相比，它具有截沙率高、排沙耗水量小、造价低等特点。     

水泥灌浆胶结砂砾石抗剪特性试验研究

为提高新疆卡拉贝利水利枢纽工程坝体砂砾石的抗震稳定性,通过建立与原大坝施工参数一致的实体模型试验区,采用水泥灌浆的方式形成胶结砂砾石,并对其进行室内抗剪特性试验研究。研究结果表明:试验区砂砾石料在碾压完成后,能够形成“密实-骨架”结构;水泥灌浆后砂砾石的内摩擦角和黏聚力皆有很大提高;胶结物强度、胶结物与砾石的黏结强度、上部施加的法向应力对水泥灌浆胶结砂砾石的抗剪强度起主要作用;水泥灌浆胶结砂砾石的破坏是其在剪切应力作用下内部微裂隙逐步发展成贯通裂隙的结果;由于颗粒间的咬合作用及剪涨效应,水泥灌浆胶结砂砾石的残余黏聚力下降不明显。