文摘

浑水的压力分布规律与高泥沙含量有很大影响坝体的应力、应变计算。目前,有一些研究指高泥沙含量浑水压力的计算方法,从而导致没有可靠的理论依据的浑水压力计算大坝设计。摘要浑水与泥沙含量高是模仿测试和模型试验进行调查的压力分布规律。基于试验结果分析,表明,浑水与泥沙含量高也可流动的粘流态,这是符合法律的液体行为;水平等于垂直压在同一位置,和这种关系通常是独立的;通过试验结果分析,压力公式提出了浑水与泥沙含量高;通过比较压力formula-calculated结果和监测数据,指出该压力的计算公式适用于泥泞的水压力。公式可以在大坝安全是一个有用的工具和设计计算。

1。介绍

水利工程主要是构造防止水害,合理利用水资源。大坝的其中一个功能是拦截流,为地热资源的建设创造条件在水中的部分。但在河流泥沙含量高是一个严重的问题。根据监控数据之前和之后的建设电站,杨et al。1- - - - - -3)总结了黄河泥沙问题的基本情况。相关数据(4,5)表明,在中国的最大黄河泥沙含量高达911公斤/米³。高泥沙含量有影响的设计、操作和管理的不同区段的水电站。浑水对坝体的影响主要是引起的侧向压力。特别是在大坝设计中,浑水的压力分布形式有很大影响大坝的应力和应变的计算(6- - - - - -9]。

徐(10)发现,侧压力系数接近1.0当淤泥土的含水量约等于其液限。陈和崔11,12)计算重力坝的应力有限元法。结果表明,泥沙在大坝坝体的侧压力增加,泥沙的影响时应考虑设计一个重力大坝。杨(13,14和陈15,16]表明,沉积物的高度对大坝的上游侧的一个主要参数计算泥沙负载在水工建筑物的设计。汉(17,18系统地研究了泥沙的沉积过程。阴et al。19- - - - - -21)进行了一些试验研究泥沙在上游侧的坝上。陈(22- - - - - -24)外侧主动土压力计算,单位重量的淤泥作为一个常数值。

此外,在河流泥沙的分布和运输研究Duc et al。25,26],埃里克森和佩尔森[27),Chalov et al。28),常et al。29日,30.柯林斯),高(31日,32]。他等。33)进行了仿真分析与Delft3D淤泥沉积。Campisano et al。34矩形明渠床上)进行数值模拟卷使用统一的沉积semicoupled方法基于1 d Saint-Venant-Ekner方程。Mateusz et al。35),Angelika和塔玛拉36),左et al。37]估计河流沉积物的堆积速率210 pb方法。

大坝上的过载应用包括自重、水压力(静水压力)、泥沙压力等。38]。泥沙含量较低的浑水,泥沙颗粒分散在浑水,和水的特点是不变;相应地,浑水压力可以直接根据公式计算的静水压力。

公式(1浑水压力计算和公式(2)水平泥沙压力作用于单位宽度的大坝表面建议为混凝土拱坝设计规范(38]。

在哪里是静水压力(kPa)在计算深度,是水头(m)在计算深度,然后呢是水的单位重量(kN / m³)。

在哪里是泥沙的横向压力(kPa),是淤泥的活跃的单位重量(kN / m³), , 泥沙干容重,是水的单位重量(kN / m³),是粉土的孔隙度,在坝前泥沙淤积厚度(m),然后呢是粉土的内摩擦角(°)。

然而,浑水的流动特性与高泥沙含量相当不同于静水液。考虑到浑水和液压流体流动特性区别,以下是一些基本的问题:即。的水压力计算方法公式(1适用吗?在公式(1),应带水的单位重量或单位重量的浑水?什么是关键的淤泥两个值之间的内容吗?这些问题是目前中并没有规定具体的。

通过以上分析,指出有一些相关研究工作的压力分布规律和压力计算公式对浑水与泥沙含量高对大坝应力及其影响。因此,有必要进一步开展相关研究。本文在黄河水利工程在中国作为一个研究对象,与准备的浑水与泥沙含量高,模仿和模型试验进行,压力分布规律研究。

2。制备高泥沙含量的浑水

基于监测数据的黄河水利工程,一般同一砂级配的浑水样本。和这个中心项目的年平均泥沙测量内容是144公斤/米³,最大的是1428公斤/米³。

淤泥用于本文从安静的地区的潮滩黄河(河南段)。添加一定量的粉质粘土,淤泥和均匀搅拌,然后,粒子进行了分析测试。粒度分布曲线如图所示1。

如图1,准备的淤泥的粒子组成的测量值接近实际的淤泥。根据泥沙浑水试验设计的内容,准备的泥沙与水混合的相应金额;然后,准备所需的浑水充分搅拌均匀。silt-water质量比之间的关系和淤泥内容所示公式(3)

在哪里silt-water质量比,浑水的泥沙含量,是淤泥的比重;2.65。

泥沙含量和单位重量之间的关系和silt-water浑水的质量比表所示1。浑水方法的单位重量是u形管方法。测试的液体和塑性极限淤泥是25.9%和15.0%,分别。

3所示。模仿压力测试的细节浑水与泥沙含量高

3.1。仪器用于测试

浑水的仪器用于测量压力BGK4810高精度土壤压力计。主要结构如图2。当土壤压力计放置在浑水,水压力将导致相应的压力盒中的流体压力的变化。根据阅读的振动线压力传感器和公式(4),浑水压力计算

在哪里是压力(kPa),是校准系数(kPa /数字),是温度系数(kPa /°C),和是传感器的初始和当前阅读(数字),分别和和的初始温度和电流传感器(°C),分别。

图3显示安装压力表的压力罐。

3.2。模拟测试的步骤

模仿测试来模拟不同的水进行正面使用手动压力泵连接到压力罐压力的浑水。

然后,测量水平的压力浑水的封闭在一定水头下的压力罐,和相应的垂直压力计算研究浑水的压力分布规律和在不同水泥沙含量高。浑水头在土壤的中点压力表压力柜大约是0.515米。

模仿测试步骤如下:(1)根据所需的泥沙含量,计算了相应的大量泥沙和水公式(3)和体重。准备水和淤泥混合准备所需的不同的浑水(我们组淤泥内容:110.7公斤/米³284.6公斤/米³395.3公斤/米³727.3公斤/米³和1059.3公斤/米³)(2)把土压力计垂直压力罐(3)准备的泥沙含量高浑水注入压力柜(见图4)(4)密封罐的压力后,手动压力泵被用来应用不同的头进入水箱(见图5)。压力范围是从0 kPa 400 kPa,压力梯度是50 kPa(5)读出压力表数据,并计算水平的压力每组的浑水根据相应的阅读和公式(4)。(6)每个群浑水的属性被认为是符合这一假说的流体特征。指表1浑水的,每组的单位重量计算的插值方法。然后,垂直压力 ,在同一位置每个水头下,计算等于外部压力值和压力之和计算根据测试点的深度(7)实验后,浑水取出,观察确定步骤6的计算假定是否适用(8)如果假设是适当的,那么水平之间的差异和比率的压力和垂直压力计算每组的浑水,与外部压力的关系曲线

4所示。细节的压力与高泥沙含量对浑水模型试验

进一步调查的垂直和水平压力分布规律浑水与泥沙含量高大坝的上游侧,一个圆柱体模型维度10米的长度和内径约0.28米。模型的顶部打开时密封底部。如图6气缸模型放置直立,两个水平和垂直土压力仪表放置底部的圆柱。水平压力计是用来测量浑水的垂直压力,而垂直压力表用于直接测量水平压力在同一位置。一个排放阀底部的泥沙也焊接模型,泥泞的水和沉积物。

物理模型图所示7。模型是20厘米的垂直压力计远离底部,和横向压力计是35厘米。垂直的水头压力计是9.80米。

如图8,土壤压力计固定在一个白手起家的基地之前把它放在缸模型防止压力表受到浮力的影响。

浑水模型试验与不同的淤泥进行内容,然后,浑水的垂直和水平压力测量的试验进行了分析和研究。浑水的泥沙含量为96.8公斤/米³253.0公斤/米³379.4公斤/米³600.8公斤/米³790.5公斤/米³和1075.1公斤/米³,分别。

模型试验的步骤如下:(1)根据所需的泥沙含量,计算所需的大量的泥沙和水通过公式(3)和重(2)如图9,水和淤泥混合并搅拌均匀准备不同泥沙浑水的内容(3)准备的浑水是慢慢从圆柱模型的顶部注入一个气缸压力表安装在底部(见图10)(4)浑水注入后,数据读取两个压力表,如图11。他们再次读取每隔2 - 10 h,直到测量数据基本上是不变的(5)水平压力和垂直压力根据读取数据和公式计算(4)

5。实验结果和分析

5.1。模仿测试的结果和分析

模仿测试后,观察到的浑水粘性和可流动的,这符合流体力学的基本假设。计算假定的垂直压力是适当的。和水压力公式的计算方法(1)可以用来计算浑水与泥沙含量高的压力。水平压力之间的区别和垂直压力并计算其比率的计算和 ,分别。总结了计算结果表2。

根据流体力学理论,液体的压力等于向四面八方扩散。表2表明,水平的压力小于垂直压力在模仿每个群浑水的测试结果。的曲线 - - - - - - 和 与外部压力值绘制,如图12和13。

曲线表明, - - - - - - 价值波动和外部压力的增加价值,但波动幅度很小,最大2.9 kPa,只有1.4%,值都略低于值。分析表明,这是由于外部压力的压力罐压力的浑水,和一些能量散失时通过底部的压力。因此,测量小于计算 。

的 值还与模仿水头的增加略有波动,但波动不超过2%。当水压大于300 kPa, 往往是稳定的。比接近1.0时,泥沙含量较高。也就是说,浑水与泥沙含量高的水平压力等于垂直压力。

浑水压力的变化与泥沙含量的1059.3公斤/米³在站时间进一步测试在模拟测试分析压力分布的变化规律浑水与泥沙含量高。水是恒定的主管发起300 kPa,测试时间是240 h。结果如表所示3。

水头的模仿使用外部设备的压力,这将导致一个小振荡的浑水,导致小波动测量的数据高精度土壤压力计。因此,表3表明,当模仿水头300 kPa,测量随时间波动略有减少,但变化小于1%。此外,值总是略低于值,但 值大于0.99。因此, 。即相同压力四面八方的浑水的特点是时间无关的。

模仿的综合分析试验结果表明,在封闭的压力罐,浑水与泥沙含量110.7 - -1059.3公斤/米³模仿时粘性和可流动的压力是50 - 400 kPa,这是符合流体力学的基本假设。公式(1)可用于计算浑水与泥沙含量高的压力范围。每组的水平压浑水等于垂直压力,和这种等价关系不会改变站的浑水。认为浑水与泥沙含量高的压力也是平等的四面八方,也就是说, 。

5.2。模型试验的结果与讨论

上述模仿的压力测试表明,浑水与土压力计可以测量,根据公式计算(1)。一个圆柱体模型进行模型试验,浑水的压力计算方法和高泥沙含量进一步研究。准备的浑水注入圆柱体模型,和压力表的读数放置在模型中读取到阅读是稳定的。考试时间范围从50 h - 200 h。

测试结束后,每组的泥沙浑水收集,和其容重和含水量测试。结果如表所示4。

含水量的淤泥沉积测量用比重瓶法和大于测试的液限粉土(25.9%),和泥沙可以考虑侧向压力系数等于1.0 [5]。如数据所示14和15水平的变化规律和垂直压力测试时间在每组的浑水。

从数据14和15在测试中,可以看出和每组的浑水第一次大幅减少测试时间,然后缓慢下降,最后趋于稳定。的和浑水的泥沙含量为1075.1公斤/米³在6组均高于其他组。

浑水的分析表明,泥沙颗粒将解决由于自重,以及粒子与气缸内壁的摩擦在沉积。与此同时,内壁产生一个向上的力在浑水。因此,测试和所有随时间逐渐减少。淤泥沉积完成后,摩擦趋于0,测量相应的压力也达到一个相对稳定的值。

进一步的分析表明,两个压力表的位置高度区别放置底部的圆柱测量水平和垂直压力的浑水是15厘米。因此,理论计算值 。因此,我们对模型试验的测试数据显示深度公式 。之间的关系曲线 每组的浑水和测试时间如图16。

图16显示比例 略有波动与测试时间深度校正后的差异在每一组中,但幅度不超过0.5%。因此,我们可以考虑 。模型试验证明了浑水的压力分布规律与高泥沙含量等于向四面八方扩散。

浑水的压力在一定的深度是根据公式计算液体压力的流体力学理论 。然后,我们计算的理论计算之间的区别和和测量和每组通过公式(5)(8),分别。的变化和与测试时间如图17和18。

在哪里和是泥泞的水压力的理论计算值深度压力表所在地,是每组的单位重量的浑水,和分别是水平和垂直压力的测量值,然后呢和之间的差异计算水平和垂直压在某个时刻的值和理论计算值。

数据17和18显示不同的水平和垂直压力测量值每组和理论计算值不等于0,和和随着浑水密度的增加而增加。当泥沙含量小于600公斤/厘米³的区别,浑水压力的测量值和理论计算值小。和大大增加随着泥沙含量不断增加,近60 kPa和最大。

的斜率和浑水的组1、2和3的变化随着时间的推移,很小,最大值是近20 kPa。然而,当浑水的泥沙含量大于600公斤/厘米³,和突然随时间变化。斜率的变化大于泥沙含量大时,然后,它趋向于一个稳定值。的原因是泥沙浑水还没有开始定居的早期准备浑水涌入圆柱体模型试验。这时,浑水沿深度方向上的单位重量等于其设计值。然后,浑水的泥沙颗粒开始解决,单位重量的浑水沿深度方向不再是统一的。啤酒淤泥内容导致更快的粒子的沉淀与较大的单位重量的差异后的浑水泥沙颗粒沉淀是稳定的,一开始。

6。压力计算公式的推导和验证浑水与泥沙含量高

的基础上模仿和模型测试,可以验证,浑水的压力分布规律与高泥沙含量符合流体力学理论,和浑水压力可以通过规范的计算公式,即公式(1)。然而,我们没有明确的规定和相关建议如何确定浑水与泥沙含量高的公式。

水平和垂直压力的浑水与泥沙含量高是相等的。因此,我们进一步分析和每组模型试验。的 每组计算,单位重量的关系曲线准备的浑水,如图19。

图19表明, 近与单位重量的增加线性增加的浑水。之间的关系 单位重量是通过拟合六组的数据,如图所示

结合公式(5)(8),浑水压力的实际值可以计算在一定的深度,和的公式计算的压力与泥沙含量高是派生的浑水

在哪里压力在一定深度的浑水(kPa),之前的单位重量是浑水泥沙颗粒开始定居(公斤/厘米吗³,可以计算的方法模仿测试),和是水的头。

验证导出压力计算公式的可靠性浑水与泥沙含量高,在中国水利工程大坝的应力计算基于公式(10)和(2),而大坝的应力监测价值。这个项目是一个水利工程大坝最高最大的存储容量和高的省份,包括混凝土拱坝230身高和排水,沉积物排水、防渗工程。用来测量方法嵌入大坝应力应变计提前在所需的深度,计算对应的应力值根据泊松比应变仪和测量压力。

经过多次模拟计算,结果与实际监测数据的项目(见表5)。结果表明,如果浑水压力计算公式(10),然后计算和实际监测值之间的最大区别是10%左右。这一发现表明,该方法的计算值与实际监测值是一致的项目,和泥泞的水压力的计算提出了公式(10)是可靠的。

浑水压力的计算公式与泥沙含量高派生的研究提供了强有力的理论依据和指导大坝工程的设计计算,从而避免工程投资的浪费。监测和计算值之间的比较也验证公式的适用性 计算的压力浑水与泥沙含量高。它将提供一个可靠的为国内外类似工程参考和指导。

7所示。结论

在这项研究中,人工浑水与泥沙含量高是用来模仿黄河的浑水与泥沙含量高。浑水的水平和垂直压力使用高精度测量和计算土压力计,和相关的模仿和模型试验。浑水的压力分布规律与高泥沙含量进行测试和分析,和浑水的压力计算公式与泥沙含量高。研究结果为类似工程有一定的指导意义和以后的工作项目:(1)在模仿的测试中,浑水的垂直压力的计算值测试深度等于外部压力和压强之和计算根据测试点的深度。垂直压力的计算值几乎是等于水平压力的测量值(2)模型试验验证浑水与泥沙含量高也可流动的粘性,它与流体力学理论的假设是一致的。流体力学公式可以用来计算浑水与泥沙含量高的压力(3)单位重量的浑水可以直接代入公式(1)计算浑水与泥沙含量高的压力只有在泥沙颗粒开始前解决。然而,过程中泥沙颗粒开始稳定,压力测量和计算值有所不同。水泥浆体的内容由浑水的泥沙颗粒大于液限(4)浑水的压力计算公式与泥沙含量高。它被应用到大坝项目。小差异计算和监测值。这些结果可以提供相应的参考和依据国内外类似工程的计算

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

所有作者声明没有关于这篇文章的出版的利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(12072260)和国家重点实验室中国西北干旱地区的生态(qnzx - 2019 - 07)。