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基于等值面体的三维涡旋数量与形状特征研究

力学学报 2024年第1期56卷 70-78页

作者：陈槐张磊王乃茹朱立俊南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029 中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100038

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角... 详细信息

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角形相交快速检测算法提取涡旋多边形,研究不同等值面体阈值及壁面距离条件下,涡旋数量与形状特征(圆度、半径、凸状及纵横比因子)的变化规律.以对数区内涡旋为例:随着阈值的增加,涡旋密度呈对数律快速递减,圆度和半径因子概率密度函数(PDF)变高耸,圆度均值快速递增后保持不变而半径均值不断递减,纵横比因子PDF未显著改变且均值基本不变,凸状因子PDF向脉冲函数靠近,说明阈值增大导致涡旋逐渐变少、变圆、变小并更饱满.在同一阈值下,随着壁面距离的增加,涡旋密度在外区(除靠近水面区域外)也呈对数律递减,圆度、纵横比及凸状因子先快速增加随后不变或缓慢增长,半径因子快速递减后保持不变,说明涡旋在远离壁面的过程中在不断破灭但形态却较为稳定.

关键词：等值面体涡旋数量形状因子阈值壁面距离

恒温模式驱动下的二维微机电系统热膜式壁面切应力传感器水下标定试验研究

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海洋工程 2024年

作者：刘祺夏明嫣庞鹏徐华成泽霖 .南京水利科学研究院河流海岸研究所西北工业大学机电学院

床面切应力的测量研究是泥沙运动理论进一步发展的关键所在。围绕新型恒温模式下热膜式壁面切应力传感器标定问题，对已有水下壁面切应力传感器标定装置进行了改进，提高了该装置的便利性与实用性，并且通过该装置进行了恒温模式驱动下... 详细信息

床面切应力的测量研究是泥沙运动理论进一步发展的关键所在。围绕新型恒温模式下热膜式壁面切应力传感器标定问题，对已有水下壁面切应力传感器标定装置进行了改进，提高了该装置的便利性与实用性，并且通过该装置进行了恒温模式驱动下的二维微机电系统（micro-electro-mechanical system，简称MEMS）热膜式壁面切应力传感器在不同水温下的水下大小与方向标定试验，研究表明：改进后的标定装置可成功实现不同水温下的壁面切应力传感器静态标定，恒温模式可驱动该传感器完成水下切应力测试；通过标定试验，构建了传感器不同温度下统一标定公式；经标定试验验证后的传感器的灵敏度与准确性可以满足一般河口海岸工程对床面切应力的测量要求；该二维壁面切应力传感器能实现对壁面切应力角度的有效测量。标定后的传感器可应用于破碎波、波流等复杂海洋水动力条件下床面切应力的量测。

关键词：床面切应力切应力传感器泥沙运动恒温模式

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减水剂对流态固化淤泥流动性的影响试验研究

岩土工程学报 2024年第8期46卷 1605-1612页

作者：王文翀黄英豪王硕彭广益王淮南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 苏州市港航事业发展中心江苏苏州215002

相比传统回填材料,可控性能流态固化回填料(Performance-controlled fluidized solidified backfill material,PCFS材料)具有高流态、自密实等特点,能够有效避免因压实不充分导致的工程问题,特别适用于狭窄区域的回填。以淤泥为原材料,... 详细信息

相比传统回填材料,可控性能流态固化回填料(Performance-controlled fluidized solidified backfill material,PCFS材料)具有高流态、自密实等特点,能够有效避免因压实不充分导致的工程问题,特别适用于狭窄区域的回填。以淤泥为原材料,水泥为固化材料制备强度、流动性和凝结时间等性能可控的PCFS材料,通过流动度试验探讨了不同初始条件对PCFS的流动性的影响规律,为提升PCFS的流动性能,选择了木钙、萘系、聚羧酸3类减水剂,对3类减水剂提升PCFS流动性的效果进行对比分析。试验结果表明:PCFS的流动度和初始含水率之间存在线性正相关关系;水泥的掺入会导致PCFS流动度明显降低,且主要发生在水泥掺量≤2%时。3类减水剂对PCFS流动度的提升幅度从大到小依次为聚羧酸>萘系>木钙,其中聚羧酸和木钙的掺入会引入气泡,萘系和木钙的“饱和掺量”分别为2%,4%。水泥掺量不同又会使得3类减水剂提升流动度的效果产生明显差异,水泥掺量的增大使得木钙的提升效果降低,对于聚羧酸的影响则较小,而对于萘系则表现出了“反常效应”。最后讨论了“饱和掺量”和“反常效应”的成因,并提出了初始含水率2wL、5%水泥掺量条件下PCFS的流动度表达公式。

关键词：淤泥 PCFS 减水剂流动度表达公式

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鄱阳湖水沙与氮磷输移过程及滞留效应研究

环境科学研究 2024年第2期37卷 346-358页

作者：葛士林黄国鲜任倩慧王志超许新发徐晨辉徐力刚青海大学水利电力学院青海西宁810016 中国环境科学研究院水生态环境研究所北京100012 江西省水利科学研究院江西南昌330029 中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008

为了开展鄱阳湖水沙、氮磷输移过程及滞留变化的研究,收集了鄱阳湖“五河”七口水文站1958-2021年的径流量和悬沙浓度数据、1965-2020年鄱阳湖湖口入江水道地形数据、2003-2021年水质监测数据以及1973-2018年湖区围垦遥感解译等数据,采... 详细信息

为了开展鄱阳湖水沙、氮磷输移过程及滞留变化的研究,收集了鄱阳湖“五河”七口水文站1958-2021年的径流量和悬沙浓度数据、1965-2020年鄱阳湖湖口入江水道地形数据、2003-2021年水质监测数据以及1973-2018年湖区围垦遥感解译等数据,采用统计、对比、双累计曲线及质量守恒法等方法,分析了鄱阳湖“五河”入湖沙量变化趋势、鄱阳湖入江水道地形变化以及鄱阳湖TN、TP滞留变化过程.结果表明:①从20世纪90年代起“五河”入湖总沙量呈显著下降趋势.②鄱阳湖出口河段河床于2000-2010年期间在深度10.0~12.0m中滩河床发生了强烈下切和横向展宽,2010-2020年下切显著减缓,中滩河床还存在横向展宽的可能.③出入湖TN、TP通量与出入湖泥沙通量成正比.④鄱阳湖2003-2021年逐年TN、TP滞留率显著降低.研究显示:鄱阳湖“五河”流域各大中型梯级水库的建设使得鄱阳湖湖区多年来沙量显著降低,鄱阳湖流域水土保持及闸坝体系在2000年后水土流失韧性增强;但湖区采砂挖沙和航道整治等使得鄱阳湖出口河段河床显著下切;采砂挖沙活动导致鄱阳湖湖盆沉积物受到扰动,使得沉积物中的氮磷被释放出来,增加了出湖TN、TP通量,在一定程度上降低了鄱阳湖TN、TP滞留率.

关键词：长江流域鄱阳湖水沙过程湖盆演变滞留效应

玄武岩节理系数及其与强度和变形特性的关系研究

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岩土工程学报 2024年第S01期46卷 132-137页

作者：孔洋阮怀宁张桂荣何宁汪璋淳南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 河海大学岩土工程研究所江苏南京210024

节理密度、节理倾角与节理粗糙度情况等是控制玄武岩力学响应的三个关键因素。基于3D打印技术,通过开展单轴压缩与界面剪切试验,针对不同的模拟柱状节理玄武岩试样的破坏模式深入探究了特殊柱状节理的存在对玄武岩强度与变形的弱化作用... 详细信息

节理密度、节理倾角与节理粗糙度情况等是控制玄武岩力学响应的三个关键因素。基于3D打印技术,通过开展单轴压缩与界面剪切试验,针对不同的模拟柱状节理玄武岩试样的破坏模式深入探究了特殊柱状节理的存在对玄武岩强度与变形的弱化作用,分析了节理系数与试样各向异性效应的关系。研究结果表明随节理系数的增大,模拟柱状节理玄武岩试样强度折减系数的线性减小程度及模量折减系数以指数关系式降低幅度受失效模式影响显著;强度各向异性效应与模量各向异性效应数值越大,表明柱状节理对玄武岩的岩块弱化作用越强;不同失效模式工况下,随节理系数的增加,强度各向异性效应线性增大,模量各向异性效应以指数关系式升高。研究成果可为工程岩体各向异性力学响应分析提供一定的技术支撑。

关键词：玄武岩节理系数弱化效应强度变形各向异性

基于补偿水头差的沿江口门引排流量预测方法研究

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人民长江 2024年

作者：张芮李寿千王志力朱明成陆彦南京水利科学研究院

沿江支流口门多建有节制闸，利用涨落潮过程自行引排水，引排水流态的复杂性使得引排流量过程难以精准确定。本文以杨林塘口门为例，通过分析引排水调度方式及流态特征，涨潮时开启中孔闸门引水，内河侧流态复杂且附近水位差别大，而落... 详细信息

沿江支流口门多建有节制闸，利用涨落潮过程自行引排水，引排水流态的复杂性使得引排流量过程难以精准确定。本文以杨林塘口门为例，通过分析引排水调度方式及流态特征，涨潮时开启中孔闸门引水，内河侧流态复杂且附近水位差别大，而落潮时开启全部闸门排水，外江侧流态复杂且附近水位有所差别；并且提出一种基于补偿水头差的沿江口门引排流量过程计算方法。结果表明，该方法设置系列的补偿水头差修正了堰流公式中的水位，统计了计算流量与实测流量偏差值，建立了流量偏差值与补偿水头差的相关关系。基于该关系确定适宜的补偿水头差，从而建立适宜沿江口门引排流量过程预测公式，实现了引水流量预测误差减小40%～50%，排水流量预测误差减小3%～6%。

关键词：长江涨落潮引排水流量过程补偿水头差

不同颗粒组成与质量分数矿料的尾矿浆流变特征与模型研究

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三峡大学学报（自然科学版） 2024年第3期46卷 70-75页

作者：邓曌吴昊钟启明南京水利科学研究院南京210029

尾矿库溃坝下泄物的流变特征,是分析溃坝时空演化过程及致灾范围的重要前提.本文配制了6组不同粗细颗粒比和6组不同质量分数矿料的尾矿浆,采用旋转式流变仪分析颗粒组成和矿料质量分数对尾矿浆流变特征的影响,并分别基于屈服伪塑性流变... 详细信息

尾矿库溃坝下泄物的流变特征,是分析溃坝时空演化过程及致灾范围的重要前提.本文配制了6组不同粗细颗粒比和6组不同质量分数矿料的尾矿浆,采用旋转式流变仪分析颗粒组成和矿料质量分数对尾矿浆流变特征的影响,并分别基于屈服伪塑性流变模型和Bingham流变模型拟合得到尾矿浆的流变模型.结果表明:40%矿料质量分数条件下,尾矿浆体中细颗粒含量较少时,浆体的黏度和屈服应力很小,且剪应力随剪切速率的增大变化不大,呈现牛顿流体特征;随着细颗粒含量的增大,浆体逐渐转变成非牛顿流体,黏度和屈服应力迅速增加,并逐渐趋于指数增大趋势,剪应力也随剪切速率的增大迅速增大;矿料质量分数为10%或40%且细颗粒含量较低的尾矿浆体由于水和尾矿砂分离,其性质类似于挟砂水流,可以通过牛顿流体模型进行描述;细颗粒含量较高的尾矿浆体,Bingham模型和屈服伪塑性流体模型均可以对其流变特征进行描述.

关键词：尾矿浆流变特征拟合模型颗粒粒径

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岩石平面应变状态辨识特征与精度控制

地下空间与工程学报 2024年第2期20卷 471-479,506页

作者：温嘉琦汤雷水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029 南京水利科学研究院材料结构研究所南京210029

水工隧洞等地下工程围岩可视为处于平面应变状态,为了认识岩石平面应变状态辨识特征,开展了系列离散元岩石力学试验。首先,阐述岩石平面应变试验的意义及问题;然后,通过实验室单轴结果标定一类花岗岩参数,从“数据”和“损伤”两方面分... 详细信息

水工隧洞等地下工程围岩可视为处于平面应变状态,为了认识岩石平面应变状态辨识特征,开展了系列离散元岩石力学试验。首先,阐述岩石平面应变试验的意义及问题;然后,通过实验室单轴结果标定一类花岗岩参数,从“数据”和“损伤”两方面分析了岩石平面应变状态的辨识特征;最后,探索了岩石平面应变试验侧限装置的精度控制阈值。结果表明:(1)通过分析平面应变压缩下岩样轴向应力、侧限墙应力、裂纹发育趋势,给出了3个特征数据点,揭示了岩石从损伤到破裂的阶段性变化过程;(2)平面应变压缩过程中的3个特征点界定了试样裂纹发育的演化规律;裂纹从零星分散发育到局部化发育,然后开始深化连通直到试样破裂;(3)建议岩石平面应变试验的侧限装置的位移允许值取单轴峰值点对应的单向侧应变,在该阈值控制下获得的“半平面应变状态”的特征点与“完全平面应变状态”的特征点基本吻合。

关键词：岩石平面应变状态岩石损伤特征点微裂纹发育侧限装置离散元法

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高性能箱型复合结构增韧模型与优化计算

工程力学 2024年第S01期41卷 38-49页

作者：喻江胡少伟范向前陆俊水科学与水工程国际联合研究中心江苏南京210029 南京水利科学研究院江苏南京210024 郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001

为了深入揭示高性能箱型复合结构受力机理并有效提升结构整体性能,通过定义四种混凝土翼板模式开展高性能箱型复合结构增韧模型理论研究。通过建立剪力滞翘曲位移模型和界面滑移模式,推导出考虑剪力滞行为与界面滑移相互影响的控制微分... 详细信息

为了深入揭示高性能箱型复合结构受力机理并有效提升结构整体性能,通过定义四种混凝土翼板模式开展高性能箱型复合结构增韧模型理论研究。通过建立剪力滞翘曲位移模型和界面滑移模式,推导出考虑剪力滞行为与界面滑移相互影响的控制微分方程,求得在均布荷载作用下的增韧模型理论解析解,进一步以界面滑移量、剪力滞系数、混凝土材料为韧性指标,对提出的增韧模型进行优化计算分析表明:II型增韧模型受剪力滞影响程度仅为0.04%~0.05%,混凝土材料用量节约35.00%,为四种模型中基于剪力滞与滑移耦合行为的最优高性能箱型复合结构增韧模型,便于为水利、土木工程韧性指标设计提供技术支撑。

关键词：高性能复合结构增韧模型韧性指标优化计算