沙石及模型沙水下休止角试验研究.pdf

2014年第35卷S2
础造价,在同样地基上増加建筑的高度,能给软弱土层的高层建筑带米可观的经済效凎、同时减轻自重还可以有效提高结构的抗震能力。
4结语
总之,高层建筑貝有较高的结构要求,结构设计不当会对建筑造成多方雨的不良影响,对城市居民的生活质量也会造成威胁。?此高
层建筑的结构设计必须要科学合理,根据不同的建筑要求选用合适的结构体系,并合理分析实际情況,设计出科学合理、满足实际婁求的
结构方案,让我国高层建筑在未米得到更好的推
参考文献
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21吴晓琳浅析高层建筑结构设计与特点肌中国高新技术企业,200911
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4」陈礼超浅谈高层建筑设计与城市空间形式J大众科技.2000
5评文锐,李达能高层建筑结构设计中问题之探究东科技,2007(6
沙石及模型沙水下休止角试验研究
(河北省水利水电勘測设计研究院,河北050081)
摘要:水下休止角主要是指泥沙颗粒物之间存在不同介质的情沉下所产生的静态相互作用,在摩擦力的影响下,通常会发生
定角度的倾斜,但这种倾斜不会导致坍塌。该文主要在模拟黄河丁坝坝前冲坑形态及水下根石稳定坡度的情况下对天然沙、塑料
沙水下休止角的试验进行阐述,以期能够对河流力学等学科的研究具有促进意义
关键词:水下休止角;沙石;模型沙
水下休止角是沙石最为重要的组合特征,由于泥沙在静水中经历长时问的摩擦作用会逐渐堆积成丘,进而会与水半雨产生一定的夹角
这种夹角就被称之为水下休止角,也称水下摩擦角。而当前、国外很多学者对这方面的研究已经很成功了,也取得了较为丰硕的研究成果
因此,做好对沙石及模型沙水下休止角的试验研究不仅对推移质运动等理论课题的探讨貝有重要意义,而且对水库淤积、根石防护及河道
截流等课也有着较为紧密的关联
1实验概况
本试验是在黄委会水利科学研究所泥沙试验厅进行的,试验设备除利用长2.5m、宽2m、深1.5m的试验水池外,细颗粒的试验主要
是在直径为40cm的透明玻璃容器里进行的。测试时借助于试验池绘制的座标,并利用我们白制的坡角量测仪校核
对于大颗粒,主要采用自然堆积法进行试验,而対于细颗粒,则采用自然落淤法和园盘法,测试内容主要是丘体坡度,当沙样堆积未
能成丘或丘体斜坡未呈一直线时,则该组试验作废重做,粗颗粒松散,试验易做,而较细颗粒,试验时聚凝现象显著,试验进稆缓慢,且
作度较人。此外,试验时力求注重寻求临界状况
试验材料有天然沙(包括角砾)、块石、卵石(包括园砾)及常用的模型沙,如电厂煤灰、无烟煤(包括煤块)及塑料沙。在试验材料分类时,
考虑到颗粒表面形状影响的重要性,对于砾石,我们将角砾与天然沙归为一组,将砾与卵石归为一组。此外,我们还进行了几组有关数
和介质对泥沙体止角影响的试验。试验材料分类、粒径范団、容重及主要试验组次见图
试验组
备注
天然沙
0,061~9
16
包括角砾
块石
0.15~500
16
塑料沙
0.101~3
9
图1试验材料分类、粒径范同、主要试验组次
2实验结果分析
通过多次的试验之后得到了大最的资料,分述如下。
2.1天然沙
将包括角砾在内的天然沙分成12狙均匀沙样,试验得到了水下休止角关系曲线如图2所示
?H
图2水下休止角关系曲线
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此外,还利用上述沙样及一些颗粒更人些的砾石在空气中进行了雌积休止角试验。试验表明,空气中休止角一般人于水中的0.5~2°
且随着粒径的増大两者问的差异渐趋消失。确切地讲,粒径大于20mm后,两者差异已为目前的试验精度所抢盖
2.2块石
历经亿万年的风化作用,オ使不少曾经完全为岩石覆盖的地球表面上出现了土壤和植物。这些储量丰富且开采和加工容易的块石,在
水利工程上也得到了广泛的应用。例如防波堤护坡、江河护岸、J坝和桥渡防冲以及截流进占等等。而了解堆石水下休止角,对上述工程
实际都是很有意义的
试验所采用的块石也是经过人工破碎的,块度大小用筛孔逐步変小的园孔筛了始分,即石块通过上层大筛孔而留在下层较小的筛孔上
对于大尺寸的块石,限于条件,我们用游标卡尺直接測得块石之长、中、短三轴长度,进而求其几何平均值,即为所得粒径
一般讲,当块石粒径増人时,试验所需空河也必须扩人、因而对于颗粒粒径人于150m的块石,所备水池已显得较小,故人于此粒径范
園的块石,不得不到野外试验。不过,由前述试验成果得知,介质对大颗粒的堆积休止角影响甚微,故上述做法不致影响最终成果的精度。
试验结果点绘于半对数纸上,待到了较好的点群关系出线(图3),可近似表示为
d
0.0071+0.237d
1?
图3块石及卵石水下休止角试验成果
由图2可看出,随着粒径的增大,块石的水下体止角趋于一个稳定值42.5°,因此黄河」坝根石在静水条件下的临界稳定坡度为1:1.1l
2.3塑料沙
将模型试验所购置的塑料沙筛分为9组均匀沙样,其粒径范为0.101-3mm:。由试验得出的结果来看,在d-0.2-0.8mm的范内,
水下休止角约为23.5°;而d>0.8mm后,休止角反而呈减小趋势,究其原因,可能是颗粒粒径较人的塑料沙表面非常圆滑的缘故;至于d
<0.2mm的塑料沙,在试验时聚凝现象明显,这部分塑料沙颗粒细,比表面积大,重力作用较颗粒表面的物理化学作用相对徴弱,因而图
中即显示了粒径愈小,水下休止角愈人的分布趋势
dam)
图4塑料沙水下休止角试验结果
事实上,无论何种材料,粒径较人时水下稳定坡度在很大程度上取决于阻碍颗粒间相互滑动的摩擦力,而对于靼颗粒,其间粘结水引
起的粘结力也起到了明显的作用
3颗粒级配的影响
为了研究泥沙粒配对于水下体止角的影响,我们取非均匀系数k分別为1.42、1.72和2.30的一组沙样(其纹配曲线参见图5),为便于比
较,所选非均匀沙沙样的中值粒径控制在0.25左右。
一一K
小于某粒径的重百
图5非均匀沙样毁配曲线