含推移质水流作用下的抗冲磨混凝土磨损进程预测

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近年来,随着我国西部大开发和西电东送战略的实施,规划建设中的水利水电工程规模的不断扩大,水工建筑物泄水速度不断提高。这些挟带砂石的高速水流对泄洪消能建筑物的混凝土破坏将日益严重,尤其是高推移质含量的高速水流。为此有必要针对如何提高混凝土耐磨蚀性能进一步开展深入研究,而且目前涉及到如何预测混凝土受磨损程度的研究相对较少。因此,开展不同磨蚀条件下混凝土抗冲磨方法的试验研究,深入探讨磨损机理,具有重要的学术意义和较高的工程实用价值。   本文针对含推移质水流对抗冲磨混凝土的磨蚀特征,首先改进水下钢球法试验机,考查了在不同流速下,不同粒径的磨粒对混凝土的磨损程度,再结合图形分析方法,研究了磨粒的形状对混凝土磨蚀进程的影响。最后采用力学分析及数值分析方法建立水体中推移质的二维运动方程,进而根据试验实测结果建立了预测在一定条件下抗冲磨混凝土磨损程度的方法,为进一步研究混凝土的磨蚀机理与磨蚀进程预测提供了参考依据。   本文的主要结论如下:   1.水流速度与推移质粒径是影响混凝土磨损程度的主要因素。在不同水流速度下,均对应有某一粒径的磨粒可对混凝土产生最大的磨损;同样,对于不同粒径的磨粒,均存在能够使之对混凝土产生最大磨损的水流速度。   2.磨粒的形状系数与磨损程度具有良好的指数关系。相同条件下,形状系数越小的磨粒对混凝土的磨损程度越大,磨蚀速率越高。   3.通过求解推移质的运动方程可求得推移质的有效动能,且有效动能与混凝土所产生的磨损率之间具有线性关系。   4.在已知水流速度及推移质粒径的情况下,结合推移质形状系数对混凝土磨损程度的影响,可评估并初步预测在一定条件下的混凝土磨损进程。
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