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水利水电技术期刊投稿论文范文

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水利水电技术期刊投稿论文范文

工程测量被广泛应用于测绘、国土规划、土建工程等多领域,包含普通测量、控制测量、地形测量、海洋测量、大地测量、道路测量、建筑测量、地下工程测量、桥梁工程测量、隧道工程测量等技能的专业技术。下面是我为大家整理的有关工程测量论文 范文 ,供大家参考。

《 工程测量在水电水利工程建设中的作用 》

摘要:工程测量可为水利工程建设提供准确的数据、资料,对水利工程建设具有重要意义,保持水利水电工程的安全运行,为人民生命财产安全提供着技术性的支持,对促进水利水电事业起着至关重要的作用。本文从以下几个方面对工程测量在水电水利工程建设中的重要作用进行了详细论述。

关键词:工程建设;工程测量;测量数据;作用

在水利水电工程中,测量是一项很重要的工作,它贯穿着水利水电工程建设全过程。经过准确、周密的测量后,水利工程可以顺利的按图施工,还可以为施工质量提供重要的技术支持与保障,更是质量检查的主要手段与 方法 。在规划设计水利工程时,需要进行地形资料的收集与整理,要提供提供中、小比例尺的地形图以及相关的信息,在进行建筑物的设计时需要注意,应该提供的是大比例尺地形图。所以,工程建设与工程测量是确保水利工程项目建设,能够取得成功的重要基础与关键。

1水电水利工程建设中工程测量重要性

(1)现今测量作为一门专业技术,以其能够将设备、建筑物等按照大小、形状、位置等不同设计要求在实地进行标定,以及够准确的采集和表示各种地貌及地物的几何信息等显著特点,被广泛应用到了各种工程建设之中。水利工程施工测量是保证工程施工测量过程处于受控状态,并严格按设计图纸、修改通知、技术规范和合同等的具体要求,进行控制测量的作业。通过资料和图纸进行规划和设计,同时选定最为经济、合理的方案,再通过测量与各项工程的施工相配合,并确保设计意图的正确执行。为满足竣工后工程在管理、使用、维修乃至扩建时的需要,还需编绘竣工图。工程测量数据还可为确定水利工程的堤坝高度、设计水利工程中的各项水工建筑等提供依据。

(2)水利工程结构定型的依据即工程测量,工程测量决定了水利工程的设计和定位,可以利用工程测量来确定水利工程基础、诊断水利工程问题,并且是诊断水利工程质量的最重要手段,各种测量数据可尽早的发现水利工程存在的问题,其意义十分重大。施工测量准备工作是保证整个工程施工测量工作顺利进行的重要环节,包括施工图纸的审核,监理单位提供的平面坐标点和高程点的交接及校核,施工测量方案的编制与数据的整理等。测量在高程放样方面可为模板施工提供准确的基准点,能够保证模板施工的平整度以及混凝土施工提供标高控制线,以确保其在施工后和平整度。工程测量可以为工程施工管理提供可靠的资料以及技术支持,并可对水利工程项目混凝土施工中混凝土种类的使用、混凝土厚度等提供精确的数据。

2水电水利工程测量存在的问题

(1)在水利工程建设要达到水利工程项目建设质量不断提升的目标,就需要进行详细的工程测量,并将工程测量的数据予以应用,以消除那些不可预见的因素确保工程质量。水利工程的施工质量对区域性经济发展和居民的生命安全有重要的影响,在水利水电工程建设阶段需要明确各个控制要点,满足工程实际测量体系的具体要求。在水利水电工程开工建设前期的测量工作,必须按照建设单位的建设规模和具体要求,以及按照项目所在地的自然条件和预期目的进行规模设计。否则将会出现测量数据的误差,就有可能导致水利工程在施工过程中出现严重的质量问题,甚至是引发重大的安全事故造成严重的经济损失,同时对社会方面也会增加严重的负面舆情。

(2)主体结构的施工过程中,要重视工程测量对多方面数据确定的影响,要做好水利工程的轴线、坡面的平整度、 渠道 的中线、大型水利工程建筑物垂直度控制以及主体标高控制等项工作,以防止出现、变形、偏位、渗漏等常见病害的发生,造成对水利工程质量的严重伤害,从而使水利工程项目在日常运行过程的安全性能受到影响。还要作好水工建筑物的变形观测,杜绝由于水工建筑物沉降、位移所引起的安全质量事故发生,以确保水利工程安全的稳定性。工程测量对水利水电工程建设有一定的指导性意义,因此需要结合施工工程设计形式的要求,对不同的设计环节进行分析,适应水利水电工程的建设需求。

3工程测量在水电水利工程建设中的管理与应用

(1)工程测量不但广泛的应用于建筑、土地测量等领域,其在水利工程建设也占据着重要的位置。工程测量能够为水利工程建设提供各项数据,可能保证水利工程建设基础的质量,从而确保整个水利工程项目的质量。随着计算机技术的飞速发展以及“互联网+”时代的到来,出现了地面测量、数字化测绘和RS、GIS、3S、GPS等,先进技术设备和集成测绘新技术的深入应用,使水利水电工程测量的手段和方法进行着快速的更新换代,同时也在不断的开拓着服务领域。这些测量方法最大的特点就是可对数据进行修正,能够让测量对象的参数得到及时修正,提升测量数据的精准度和连续性。

(2)在结合实际对测量工作进行合理的安排,有效提升测量精度,推动水利水电工程建设、促进区域经济健康发展的同时,还应该注重加强包括测量技术水平提高、责任意提升等施工管理人员综合能力素养方面的培养,这样有助于在具体的工作中,采取切实有效的 措施 与方法,以确保工程测量的准确性。需对具体管理人员以及施工人员的工程测量意识进行巩固与加强,通过培训等对他们的质量意识和责任意识进行不断完善,使其在工作能够做到按部就班、不出纰漏,按照流程根据施工图纸进行放样,确定控制高程,以为后面的施工奠定基础,从而加强工程质量。

(3)现阶段对大坝水底地形的测量,主要还是技术人员根据卫星定位技术与多波束探测仪之间的紧密配合来进行的。近年来,我国水利水电工程测量研究投入增多,发展很快,进步很大,取得了显著成绩,在此基础之上我们还应注意,要加强管理人员以及施工人员的测量意识,要进一步提高对测量工作的重视度,从而达到各个环节工程测量水平的全面提升。随着测量数据传播与应用的多样化、网络化及社会化和测量数据采集与处理的实时化、自动化及数字化,还有测量数据管理的标准化、规格化与科学化,水利水电工程测量技术一定会有一个辉煌的未来。

4结束语

工程测量精准的观测成果,为水利水电工程质量和人民生命财产的安全提供了坚实的保障。水利工程的规划、设计和施工以及运行管理等各环节、各阶段都离不开测量工作。工程测量工作要不断的 总结 工作 经验 ,提升专业素质,引用、掌握先进测量仪器,以满足不同时期水利水电工程的不同需求。

参考文献:

[1]杨玉平,杨玉华.论工程测量在水利水电工程建设中的重要性[J].江西测绘,2014,(4):53-54+57.

[2]李添萍.浅析水利水电工程质量检测的重要作用[J].青海科技,2010,(4):136-138.

《 建筑工程测量施工放样方法及应用 》

摘要:随着我国经济发展水平的不断提高,建筑行业得到了显著发展,建筑工程测量作为建筑工程的重要组成,在整个建筑施工前期阶段发挥着重要作用,需要不断对工程测量施工放样技术进行改进与创新才能满足建筑项目需求。本文将对建筑工程测量施工的放样方法与应用进行分析,从而表现做好测量放样处理对工程的重要性。

关键词:建筑工程测量施工放样方法技术探讨

建筑工程开展过程中对尺寸与施工范围有着严格要求与控制,这就需要应用测量放样技术,工程测量存在于整个施工阶段,对施工质量与施工开展有重要意义,需要对放样精度与测量结果反复对比,增强测量放样的精度。鉴于测量施工结果是施工依据与参照,一旦放样测量出现误差,将会影响立模、打桩、钢筋混凝土施工方方面面,在施工位置上容易出现偏差,对施工方带来损失。

1建筑工程测量施工放样概述

内涵

施工放样就是按照设计图标注的内容实地定标的过程。此过程需要使用到全站仪、测量仪器等设备,需要明确设计图纸上平面位置与高程,使用测量仪将实地位置标记出来,按照建筑物间几何关系将距离与特征确定出来,得到距离、高程、角度等数据,再结合控制点位置,在实际建筑中将建筑物特征点标定出来。

施工放样的主要方式

(1)平面放样。

施工放样分为平面位置放样与高程放样两种。平面位置放样较为常见的方法有直角坐标法、方向线交法以及交汇法,每一种方法基本操作方法都需要按照长度与角度进行;极坐标法则是使用数学极坐标原理将极轴确定为连线轴,将其中的某一极点作为放样控制坐标,将极点距离与放样极点连线方向到极点的夹角计算出来,将其作为放样参考[1]。通常,放样点距离控制点很近,需要极坐标与其保持120米距离,这样在测量时将更加方便,角度测量可以使用经纬仪或者测距仪,在使用电子测距仪时需要将控制点的距离延长,这样才能使放样作业更加方便、灵活;直角坐标法主要就是保持坐标轴的平行控制线,先沿横坐标放样,再沿控制线方向放样,只需将直角测设出来便可。

(2)高程放样。

几何水准测量法应用时需要先控制高程点,将控制点精度引入到施工范围内,使用方便固定与保存的方法,在水准点的保密上可以使用一次仪器完成高程放样。常规测量方法为:放样点附近到控制点存在高差,此时,需要使用较长钢尺对高程测设。具体施工中需要使用木桩将放样高程固定下来,使用红线对木桩侧面标记,需要结合具体情况注记高程。三角高程测量法:对水平距离与天顶距两点进行观测,将两点的高差计算出来,这种观测方法虽然简单,但受条件限制需对大地控制点高程测量。基本原理为:将地面两点设为a、b,站在a点观测b点标高,将竖向角度设为α,两点水平距离为S0,a点仪器高设为i1,i2作为标高,此时a、b两点间高差表示为:S0tgα,假设地球表面是一个平面结构,能利用上述公式将直线条件计算出来,大地测量时,还需要对地球弯曲与大气垂直折光度充分考虑[2]。为将三角高程测量精度提高,可以使用对向观测法,将两点高差推导出来。

建筑工程总定位放样方法

可以使用经纬仪将放样方向确定下来,再使用钢尺将测量距离,对地势较平坦的地区需要将定向设置在平缓点位置,再使用测距仪完成测量。曲线定位放线也是常用手段,分为直线、圆曲线等,先将圆曲线桩坐标设计出来,再对坐标加密处理,利用公式进一步对坐标测算。

2放样中注意的问题

放样工作中,有很多内容需要注意:首先,在主轴点放样中,可以使用三点交会法、三边测距法,不能仅使用两点测角定点法,需要选择至少三个方向,将校核点设定为第三点。如果使用测角定点,则要在观测时从四个方向出发,丈量好轮廓距离,不管使用哪种放样法,都需要与理论值对比,防止出现误差。在使用光电测距法放样定点式,现场至少选择一个放样点,丈量设计间距时,能够使校核作用增强。如果通过规则图放样使,则首先要考虑的是放样点间的几何关系,并反复检查几何关系,使用方向法放样时,在使用仪器时可以确定至少两个方向,对方位观察看是否合格,如果精度过低或者存在倾斜,要使用天顶距观测法,防止出现校核偏差。

3放样过程中的现场平差

现场平差就是指在现场放样,现场测量存在偏差消除时可以使用现场平差法。比如,在测放某一个方向时,需要先定点倒镜与正镜,最终将两个方向中点方向值确定下来。在建筑施工中,对测量放样精度有较高要求,分为严密性与松散性要求,从建筑物角度看,严密性与构件存在相关性,如果放样存在的误差较大,将使建筑质量降低。而建筑各部分间的联系则能体现松弛关系,这种情况下需要对建筑各部分有深入了解,将三维数据规定确定下来,也可以结合施工具体情况将放样影响度降低[3]。要想更深刻了解放样精度特征,需要使放样保持严密性,多对严密性进行考虑。如果针对松散构件,则要将误差分散开,确保总体工程质量不会受到影响。与现场平差不同的是,不是将误差全部消除,而是将其放样到质量相关的地方,对其进行吸纳。如果是精密性较高的建筑部位,则要从控制主轴线上实施放样工作,不用考虑控制网精度设计,在完成对主轴线测设后,就可以将建筑部位设定为主轴线基础,将主轴为基准才能确保建筑具备严密性,减少测设带来的精度误差,保证测设的严密性。在具体施工中,还能在主轴基础上将误差分散到建筑各个部分,防止误差过于集中。

4防范误差的对策

受多种因素的影响,测量经常出现误差,极大影响到了建筑施工的顺利开展,人员组成、操作以及施工管理都是重要的影响因素,必须切实做好这些内容的管理与防范才能减少误差。要想将测量放样误差减少,首先就要做好测量准备工作,反复校核设计图纸中的数据,并核实总平面数据与坐标,将基础图与平面图轴线位置确定下来,对符号与标高尺寸进行检查,确保各项数据、参数的准确,对总平面布设位置与分段尺寸进行设定,使分段长度与各段长度一致。其次,还要在人员组织分配上尽量选择技术精湛、有高度责任心的施工人员,将这些人员分为5组。在具体测量中,需要准备好测量仪器与工具,并调整好仪器的温度,增强仪器使用的效率与准确性。及时将测量结果记录下来,确保测量的数据能够更加真实、准确,并能在核对中及时发现问题、解决问题,必须经过两个人反复核对以后才能将最终结果确定下来,使用加减相消法能够及时发现错误。针对问题采取科学、有效的定位复测措施,完成定位以后,复测建筑平面几何尺寸与角度坐标,对建筑物图纸设计与标高是否相符进行核对,对建筑方向准确性进行检查,发现存在的问题。质量监督机构要定期对放样操作进行监督,将质量管理检查机构建设起来,采取自检、互检以及复检方法使放样精度得到保证。

5结束语

建筑工程测量施工是一个复杂且漫长的过程,是建筑施工中必不可少的组成,一个环节出现误差或者遗漏就会对整个施工质量造成影响,为施工单位带来损失。为此,加强放样管理,强化放样操作,做好校核平差工作显得非常重要。这有这样,才能将测量误差消除,确保建筑工程质量与测量精度。

参考文献

[1]邓志永,冯显征.建筑施工测量误差分析及对施工放样精度要求的探讨[J].建筑工程技术与设计,2014(22):779-779.

[2]袁俊利.采用传统测量技术进行复杂立交桥工程测量的方法和措施[J].建筑技术,2012,43(9):806-809.

[3]郝安华,贾涛.试论市政道路工程测量放样控制工作的要点与对策[J].商品与质量•建筑与发展,2014(5):

《 地铁工程测量技术及应用 》

摘要:在地铁工程项目中,地铁测绘工作及测量技术是项目建设的基础工作,它不仅贯穿于整个地铁工程建设始终,还对地铁工程质量产生重要影响。本文结合地铁测绘工作的实践经验,分析了常见的地铁工程测量技术,就具体的实践应用进行了分析探讨,以期对相关的地铁工程测绘工作有所启示作用。

关键词:地铁测绘;测量技术;地铁工程

伴随我国经济建设的蓬勃发展,各地城市交通建设也面临着全新的发展局面,作为城市交通的最基础建设之一,地铁工程与百姓生活密切相关,其工程质量自然也备受社会关注。地铁测绘工作是地铁工程的一项重要环节,它贯穿于整个地铁工程,从地铁工程开始筹划直到工程的后续运营,几乎都离不开测绘工作的支持。因此作为工程施工单位,需重视地铁工程测量技术的应用,保证测量的准确性,提高工程建设水平。本文结合具体工程实例,对上述问题进行探析,具有一定的参考价值。

1.地铁工程概述

为方便本次研究分析,本文选取了某地铁工程的具体实践建设作为研究参考对象。工程为某城市的地铁线路,是南北方向的主干线,线路全长约,其中地下线长约,地上线长约,该项工程是解决主城南北客运主流向出行需求的南北主轴线。结合本次地铁工程概述及以往的施工经验,总结本次地铁工程测绘工作和测量技术工作具有以下特点。首先,本次地铁工程项目属于城市地铁线路主干线,对城市交通影响较大;而且地铁项目投资大,工程建设周期长,因此地铁测绘工作要贯穿于整个项目始终,从地铁工程开始筹划直到工程的后续运营,都需要测量技术支持。其次,地铁工程界限规定严格,施工过程中存在的误差都必须受到严格控制,测量技术必须有精确性和可靠性的保障。最后,地铁测量工作必须抓好每一个细节,要通过测量技术的管理提高项目管理质量,对于施工过程中一些关键环节如铺轨基标测量、隧道施工方面测量等,都要做好严格把控,从整体上提高测量技术水平,为地铁工程打下良好的基础。

2.地铁工程测量技术分析

地铁测绘工作贯穿于整个地铁工程建设项目始终,具体包括工程勘测阶段、地铁施工图设计阶段、地铁施工测量阶段、地铁的运营期等几个方面。本文主要从施工阶段对地铁工程测量技术的应用进行分析,具体如下。

测量机器人的应用

测量机器人是本次地铁工程施工阶段的主要测量技术,其具体实质上属于一种智能型电子全站仪,它能够代替人工来进行一系列的测量工作,如自动搜索、跟踪、识别,此外它还能精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息,在实际工程中取得了良好的测量效果。该项技术的测量优势在于测量精度高,智能自动化,自动照准,锁定跟踪,遥控测量及自动调焦等。本次工程测量实例中应用了测量机器人,对于本次地铁工程测量的可靠性和效率都有明显提升,测量精度度高,测量与绘制工作可以一体化进行。在实际工程中发现,测量机器人有着良好的对数据实时分析处理能力,这对于提高本次工程数据处理能力,提升测量精度发挥了重要作用。此外,电子全站仪的应用实现了集成化管理,可以有效确保数据的共享交换,施工放样的质量和效率都大幅提升,安装误差控制在一个很小的范围内。

定向测量

传统的竖井定向测量手段均采用全站仪、垂准仪和陀螺经纬仪联合的方式,而在本次工程的具体实例中,应用了定向测量系统,在隧道盾构的情况下,利用自动化引导系统进行隧道开挖,而且定向测量能够实现实时显示,对于隧道轴线的点偏移值能够及时发现并处理,保证了隧道开挖的可靠性,提高了隧道开挖的精度程度,对于工程中所存在的误差值也能控制在理想的范围内。此外,在本次工程的地下顶管施工过程中,考虑到传统的施工手段技术(即人工测量)费时费力,施工效益低下,因此在本次实际施工中采用了顶管自动引导测量系统,由计算机远程控制测量机器人来自动完成作业,取得了非常理想的施工效果。

断面测量

在本次工程的断面测量上,施工单位综合采取了断面测量系统,该系统的具体内容包括了全站仪、数据采集器、计算机和觇牌等等。在隧道施工中的各个环节上,该断面测量系统取得了良好的实践效果,放样、测量、检测和计算等诸多环节上都没有出现问题。在隧道的初砌和开挖工作中,测量准确性得到了保证,同时测量效率提升,节约了大量的人力物力。本次施工发现,利用断面测量来保证隧道施工的测量工作,一方面可以大大提高施工进度,测量速度有保障;另一方面,在同等的施工时间内,测量精度可以控制在理想范围内,一般精度范围可控制在毫米,测量精准度大大提升。此外在本次施工工程中,还利用到了无反射和全自动棱镜三维断面测量,一方面保证了测量数据采集的高效性,另一方面由于实现了多断面共同测量,且操作简便高效,可靠性强,因此又进一步提高了测量效率。

无棱镜测量的应用

在本次的地铁工程施工中,还涉及到了无棱镜测量机器人的具体应用。该项技术通过辐射测量极坐标的方式,准确并高效地完成了一系列的工测量工作,具体包括了隧道掘进放样、断面测量、围岩净空位移量测等等,测量精确度高,测量效率好。该项测量技术进行了有针对性的创新,在工程中利用计算机自动处理,有效减少了工程成本,测量起来也十分方便。该项测量技术的一个典型特点是把设计图中的地铁相应物体的位置及大小都放到实地中,这种趋近于真实的参考参照,大大提高了本次工程的放样精确程度。此外,施工基坑监测系统能够实现对数据的及时分析管理,对于地铁基坑监测项目也具有非常高的可行性。

地铁施工铺设阶段

在地铁施工铺设阶段,本次施工也采用了测量机器人。该项技术的主要原理是应用到了无线传输技术,通过它将测量数据持续传输到机载计算机,然后再利用计算机实现对地铁铺设的精确控制。通过该项技术在本次工程施工中的应用,施工铺设的安全性与质量都得到了有效保障。同时在铺设精度得到有效控制的前提下,铺设成本大大降低,工程经济效益得到了有效保证。此外在施工路面扫描系统中,测量机器人也有很高的应用价值,可将监测目标分为圆棱镜,无棱镜和反射贴片三种。

竣工测量阶段

在本次项目的地铁工程竣工阶段,也需要进行大量的数据测量,这些测量的数据将作为竣工验收的参考,并做相应好存档工作。这些具体的测量内容包括了地铁结构的平面位置、埋深、线路等诸多方面。通过测量机器人的应用,可以实现对相关建筑物(包括附属结构)的尺寸测量、线路及高程测量等,提升了轨道测量精度,保障了地铁工程测量放样的顺利实现。

总结

综上所述,地铁测绘工作是一项系统且复杂的内容,它贯穿于整个工程始终,并对工程质量提供了强有力的保障。在当前各地城市交通建设不断发展的新时期,地铁工程自然占据了十分重要的位置,相关单位需要在保证工程质量的前提下,加强工程测量管理工作,强化对地铁工程测量技术的研究,保证测量各个环节的质量与水平,确保工程顺利开展并取得良好的综合效益,推动我国地铁交通事业的发展迈向一个新高度。

参考文献:

[1]张铁斌.地铁工程测量技术及应用分析[J].科技展望,2015,09:39.

[2]龚振文,龙晓敏,胡朝英.昆明地铁工程测量技术分析及测绘新技术应用[J].山西建筑,2013,33:208-210.

[3]程栋.地铁工程测量中平面联系测量的应用[J].科技展望,2015,35:35.

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新中国成立以后, 在全国开展了大规模的水利建设, 促进了水利科技的发展。下面是我为大家整理的有关水利科技毕业论文,供大家参考。

摘要:随着资讯时代的飞速发展,社会生产对机械自动化的推广和自动控制技术水平有了更高的要求,对机械的稳定性和对操作的安全性也有了更高的要求,机械操作智慧化已经是大势所趋。

关键词:机械液压;水利科技

1.我国水电站对过速保护系统的使用历史

我国在发展基础工业的初期阶段,绝大多数的技术和机器都来自前苏联。水力发电从解放以来很长一段时间都是全套引进得前苏联水轮发电机组设计技术,并且同步使用JSX型机械转速讯号器作为水轮发电机组的过速保护监控。但由于当时技术的局限性,该型机械转速讯号器只能发出过速保护讯号,而不能根据讯号作出相应的保护措施,也就是说只有报警而机械不能相应的执行保护操作;另一局限性表现在该型机械转速讯号器在长时间的工作后会出现误传讯号或者作业失灵的现象。直到八十年代中期,研究者针对前者只报告讯号不操作的局限性,增加了带执行操作部分的机械液压过速保护装置,但该由于当时电子资讯科技尚不完善,在作业过程中经常发生读卡不成功导致拒绝执行操作现象。改革开放之后,大量的国外的产品和技术被引进到国内,有几种国外厂商提供的纯机械液压过速保护装置被一些水电站使用,但是又出现了新的问题:国外的纯机械液压过速保护装置与水轮发电机大轴连线的卡环设计有瑕疵,在安装的时候还需要增加一道在水轮机大轴上加工齿口的工序之后,才能保证该装置不在水轮机大轴上做轴向位移,即才能保证装置在轴上的稳固性。我们知道轴承的材质和大小、粗细、长短的规格,都是经过严格计算的,在水轮机大轴上再加工齿口必然会对大轴的强度产生影响,会产生很大的安全隐患。另外对于经济建设来说,拿货时间、购买预算、花费的人力、物力,以及对国外产品技术的掌握和其产品的售后维修服务都在重点考虑之列,故使用国产的、效能可靠地、能解决上述局限性的过速保护系统装置是势在必行。

2.新型机械液压过速保护装置的优势

通过技术知识的积累和以往现场作业反馈给我们的经验可以了解到:机械液压过速保护装置的优点就在于获得的转速讯号不是来自于机组的转速测量装置,而是由于装置本身的离心探测器通过机组转速上升而增大的离心力带动柱塞作径向位移而直接启动事故配压阀操作液压回路来关闭的导水机构,完全是同一机组上的另外一套测速方法和感应、操作的装置,避免了因为电器测速系统出现故障之后可能发生的机器损坏和飞逸事故的发生,可以确保水轮发电机组的安全执行。新型机械液压过速保护装置国内就已经拥有极高的技术力量去生产,机器维护简单方便,相对于昂贵的国外产品,可靠性高、经济预算少、适合国情,对于关系到国家大中小城市、村镇的水电站作业可以达到广泛应用。

新型机械液压过速保护装置的技术要点和设想

在调速器失灵的情况下,新型机械液压过速保护装置能实现“零时间”无缝连结,直接启动事故配压阀操作液压回路来关闭的导水机构,从而实现紧急安全关机。

新型机械液压过速保护装置与电子调速器的有机结合,实际上就是完成了两套过速保护装置系统的安装,新型机械液压过速保护装置本质上是一套在电器测速系统发生故障、电源系统和调速器同时失控的情况下的备用保护装置,完善了过速保护装置的工作系统。

鉴于机械运动必然产生的高温和轴承的变形,以及在作业的应用范围,比如应用到水电站的地下深层取水,应用到石油工业的地下深层取油过程中,必然要遇到高温和高压的问题,新型机械液压过速保护装置必须要克服高压和高温德难关。。

标准液压元件已经在水电市场的大量应用,将标准液压元件应用于新型机械液压过速保护装置,不仅能大量节省制造时间,提高水电辅机产品的标准化程度,并且降低了操作难度和维护的难度。

3.装置工作原理

机械原理

新型机械液压过速保护装置为两级控制的切换阀。离心探测器由两个半法兰圆环、弹簧以及配重块组成。法兰环安装在大轴承上,当轴承旋转的时候,法兰环也随之旋转,而旋转产生的离心力则由探测器中弹簧产生的弹力作用在轴承柱塞上消除力的作用,使其保持径向的相对静止状态,而法兰圆环上配置的配重块,则加强了两个半法兰圆环运动的平稳性。而当机组处于过速状态且其他过速保护装置不能正常控制速度时,当机组转速达到了设定的上限时,则离心探测器中的柱塞产生的离心力大于弹簧的弹力,从而使柱塞产生径向位移,离心力增大产生的径向位移直接的结果就是增大了柱塞的旋转半径,径向位移增加到一定的值时,则柱塞可以直接撞击到切换阀的撞块,使得切换阀开始动作,通过与其串联的电磁先导阀作用于事故配压阀,然后通过压力油推动事故配压阀来切换油路,从而实现快速关机的操作。同时电气接点导通,发出事故停机警报。

液压系统工作原理

机组正常执行时,过速保护装置内的切换阀处于开的状态,事故配压阀上的电磁先导阀不动作,此时事故配压阀只作为主配压阀操作导叶接力器管路中的一个通道,使得压力油经过主配压阀和事故配压阀通道进入导叶接力器。当机组过速运转且调速器调速失灵,急停电磁换向阀和事故配压阀上的电磁先导阀等过速保护装置未能正常启动时,一旦达到设定的临界值时,由于离心力的作用使得离心探测器中的柱塞旋转半径加大撞击到切换阀撞块,使得切换阀进入动作程式,使得事故配压阀左侧油汇入到漏油箱,而排出油,其另一侧压力油则导致了两侧管道的压力差,由于右侧油压力产生的压强,右侧的压力油便将事故配压阀活塞向左推动,使得压力油通过事故配压阀的内腔直接进入到导叶接力器的关腔,并同时切断经过主配压阀的压力油回路,并通过导叶接力器关闭电气阀门。在此执行过程中压力油不经主配压阀而直接通过事故配压阀的内腔操作来关闭导叶接力器,缩短了压力油的作用路线,既缩短了导叶操作的反应时间,也减少了油耗。还有一点要补充说明的是,在启动紧急事故停机流程来关闭机组进口快速闸门的时候,也同时启动了事故停机流程来关闭导叶,双管齐下保证了停机的安全性和可靠性。

4.机械液压过速保护装置在水电站作业中的可用机组型别

目前广泛采用的是由标准化耐高油压事故配压阀为主体构成的新型机械液压过速保护装置符合各项大工业时代对机械产品的需求:标准化程度高、耐高油压、结构简单、维护方便、经济实用。机械液压过速保护系统在水电站作业中可用于额定转速为2500r/min以内,轴承直径在100mm~2500mm内的轴流式、混流式、贯流式、冲击式水轮发电机组,目前在国内大中小城市和广大农村水电站已经得到了较广泛的应用,并且在运作中已经避免了数起事故的发生,反响极佳。需要指出的是,在实际的应用中,为了配合新型机械液压过速保护装置的使用,水电站需要在引水管道上加装一道检修闸门,以方便水轮机的使用和维护,此项装置需要增加一笔费用,不过其总体费用与传统过速保护装置所需要的总体费用相比仍然较少,符合经济实用的需求。

5.结束语

随着资讯时代的飞速发展,社会生产对机械自动化的推广和自动控制技术水平有了更高的要求,对机械的稳定性和对操作的安全性也有了更高的要求,机械操作智慧化已经是大势所趋。机械液压过速保护系统目前在电气测速系统发生故障或者电源和调速器调速同时发生故障的情况下,已经成为过速保护的最后一套保障装置,能基本满足生产的需要,但是随着生产力的发展,研究人员还要顺应生产需求,进行进一步的技术革新,设计出更安全的甚至是完全智慧化的过速保护装置。

参考文献

1、2005年江西省水利科技人才预测与规划陈云翔江西水利科技2000-09-30

2、以节水灌溉为中心的农村水利科技发展趋势与研究重点刘钰,许迪,吴景社水利水电技术2001-01-20

摘要:水利科技工作是水利现代化实现的关键和基础,我们将通过多层次、全方位的工作举措,切实加大水利科技工作力度,以水利的科技进步推动淮安水利现代化建设迈上新台阶。

关键词:淮安水利;科技

1多措并举、精心组织,水利科技工作有序推进

近年来,我们采取多种形式,积极搭建各类水利科技服务平台,为创新水利发展提供有力支撑。一是增加了对农水科研试验站的投入。淮安市有涟水、淮阴、盱眙三个水利科学试验站,其中涟水试验站是水利部批准确立的全国100所农水科研重点试验站之一,共有职工15人,试验用地123亩,兴建了试验基础、试验大棚以及水土保持测试示范区,为进一步研究淮安市水利科技推广与应用创造了条件。二是搭建创新技术服务新平台。淮安市水利局与水利部科技推广中心签订水利科技全面合作框架协议,标志著淮安市科技兴水、提高科技贡献率进入到一个新层次。三是建立了雄厚的技术人才。淮安市水利系统除了局机关及相关直属机构外,还有甲级设计单位1个,一级施工企业1个,二级施工企业6个,水利系统职工总数约4000人。其中技术人才总量占在岗职工队伍总数约50%,为淮安市水利科技推广工作提供了人才支撑。

2投入不足、人员结构老化,水利科技工作仍有问题

“十一五”以来,水利科技取得了显著的成绩,但就从水利当前发展的力量上分析,水利发展还没有转移到依靠科技进步的轨道上来。目前水利科技工作还面临一些问题。

科技资金投入仍显不足

随着水利服务领域的拓宽,科研成本的提高,当前的科技经费投入仍不能满足水利科技发展在深度和广度上的需求。未设定专项科研基金和奖励基金。

水利前期工作中必要的研究工作开展不够

主要体现在工程规划设计中科技创新意识不强,缺乏创新内在动力,设计方案及技术支援储备上准备不足,尤其农村水利工程面广量大,先进技术的推广应用没有跟得上。

水环境保护对策措施研究需进一步加强

淮安市水体允许纳污量、地下水回灌技术、水环境管理模式等研究进度跟不上经济社会发展需求,尤其水花生打捞处置一体化技术、生态清淤技术等研究有待创新突破。

智慧水利发展提出的新问题

在全球物联网技术发展前提下,淮安市水利资讯化建设中各系统资讯交换编码体系和技术规范、中心资料库动态维护、主要应用系统实现智慧功能等要求,将是今后较长一段时期内面临的重大挑战。

水利科研基础设施老化

三个水利科研站长期资金缺乏,配套设施没有及时到位,加之装置在执行过程中,得不到正常的维修更新,在长期的执行中严重老化,加之资料采集手段原始,精度难保证。

水利科研人员结构老化

人员年龄偏大、学业偏低、专业人员偏少。

各县区发展很不平衡

少数县区和单位对水利科技工作重视不够,技术创新和推广意识淡薄,科技优先发展的措施没有得到很好落实,缺乏必要的激励措施。

3构建体系、建立机制,让水利工作插上科技翅膀

“十三五”期间,将针对工作的热点、难点开展一批专案研究;引进、推广、应用一批先进水利科技成果,建设一批水利科技示范区;建设一支结构合理、高素质的水利科技人才队伍;建成水利科技知识普及基地;建立和完善以 *** 为主导、企业和社会力量等共同参与的水利科技创新投入体制和机制,不断提高投入强度。

完善四个推广体系

科技推广是一项促进水利科技成果向现实生产力转化,促进水利行业科技进步,为实现传统水利向现代水利转变服务的一项重点科技工作,必须加强推广体系建设,具体在四个方面进行完善。一是勘测设计技术推广,在工程设计过程中推广成熟的技术产品、优化工程布局和结构型式等工作;二是以水建公司为代表的水利施工企业,在工程实施过程中,推广新产品、新工艺、新技术,提高产品的质量和施工效率;三是三个水利科研试验站,淮阴区、涟水县、盱眙县水利科学试验站,在工作中运用科学的方法、先进的装置开展水利基础技术推广工作;四是以乡镇水利站为基础的水利科技推广体系,包括村组水管员,在工程日常执行、维护等工作推广成熟的科学技术,充分发挥工程效益。

建立四项研究机制

科技研究平台,在水利科技研究、开发和成果转化过程中具有重要的支撑作用。我们紧紧围绕淮安市水利发展大局,深入开展水利现代化、水利发展体制机制、小型农村水利工程管护等课题研究和技术攻关,加快提升淮安市水利建设与管理的科技含量和服务全面小康社会、苏北重要中心城市建设的能力。一是合作机制,在淮安水利系统内广泛开展与扬州大学、河海大学、科学研究所等单位的合作,由这些单位每年提供3~5个科研课题,与市县水利局进行对接,开展课题研究。二是奖惩机制,建立水利科技奖励基金,激励广大科技人员创新、创造的积极性。设立水利课题配套研究基金,对部、省立项的专案给予经费配套;设立科研成果奖励基金,对获得上级奖励的专案,按获得奖金的不同比例给予配套奖励;设立水利学术论文奖励基金,年底组织优秀论文评比,主要作者在水利初、中级职称评审中给予加分。三是引进机制。与水利部科技推广中心、省水利厅密切联络,争取在推介的技术指南中优先安排最新的水利科技成果在淮安水利工作中推广应用,引进推广“948”专案等。四是创新机制。针对水利工作热点、难点问题,引导和激励系统部门单位大胆运用新思路、新举措创造性地开展工作,突破重点、化解难题、提升效能、激发活力,不断提高创新能力和工作水平,推动水利创新创优工作上层次、出精品。

建立多个科普平台

“十三五”期间,我们将积极开展水利科学知识普及工作,重点抓好五个交流平台,并以樱花园等一批区域内水利工程为基础,探索建立淮安市水利科普教育基地;在“淮安水利”网站上设立专栏,办好网上水利科普园地,让广大水利科技工作者能在水利建设、农村水利、城市水利等各方面参与交流;建立QQ交流群,为淮安水利科技工作者建立的一个即时通讯平台,能够实现科技资讯共享,广泛快速传递水利科技资讯,解决在工作中的遇到的问题;拍摄制作水利科普宣传片;办好《淮安水利》杂志,编发水利科普读物,加大科普宣传工作。

4精心挑选、科学布局,积极推进水利科技示范区建设

水利科技示范区是将水利科技成果进行试验示范,整合配套,发挥推广示范效应的水利科技成果推广示范区域。能够充分发挥水利科技成果在开发、转化、推广、产业化中的示范作用,促进水利科技发展和技术进步,推动区域水资源的可持续利用,支撑当地经济社会的可持续发展。我们着重开展了以下水利科技示范区建设。

科学发展的现代化生态灌区示范区

紧紧围绕水利工程生态化、科学用水节约化、配套工程标准化、科学设计人性化、建筑形象景观化、用水排程科学化、工程管理资讯化、管理队伍组织化等八个方面积极推广科技知识,建设现代化灌区,更好地为地方经济发展发挥作用。

节水高效的管道灌溉示范区

结合专案区实际情况,运用管道节水灌溉技术对专案区进行节水改造,充分发挥其作用,管道工程可大量节约用水、减少输水渠道占用耕地面积、降低提水费用、节约灌溉用工,促进产业结构调整,减少灌溉矛盾等方面。

生态河道建设示范区

对农村面广量大的河道进行生态治理,实施活水、净水、洁水等工程,从而使河道在满足防洪除涝、灌溉供水、通航等要求的同时,能与周围的生态系统相互和谐、协同发展,保持河道生态平衡,维系良好的生态系统。

长藤结瓜式现代化灌区示范区

在盱眙县,结合灌区改造工程,打造长藤结瓜式的现代化灌区。通过对渠首泵站、输水、配水渠道系统称之为藤和灌区内部的小型水库和池塘称之为瓜进行科学改造,利用科学手段对蓄水、调水、提水、引水等方案进行优化,并采取现代化手段进行管理,使灌区使用效益、效率最大化。

水土保持科技示范园

在盱眙县和市废黄河两岸沿线,打造水土保持示范教育基地。市樱花园已建立成全国第三批水土保持科技示范园,形成了完整的平原沙土区城市河道水土流失综合防护体系,起到了城市水土保持示范、引导和辐射的作用。

城市水环境综合整治示范区

按照构建“水畅、水活、水清、水景”的城市水利治水方针,努力打造生态水城。水畅,即建成流的进、排的出的安全水系统;水活,即建成相互补充、相互流动的动态水系统;水清,即建成清澈见底、碧波荡漾的生态水系统;水景,即建成风景优美、独具特色的景观水系统。

水利资讯化示范区

用资讯化技术提升水利工程执行和管理的现代化水平。如3G技术在防汛指挥系统视觉化会商中的应用,推出“防汛快e通”产品,并在全市防汛系统加以应用,有力提高了淮安市防汛指挥系统应急指挥能力,是全省乃至全国资讯化示范专案。

水源地保护示范区

采取在地表饮用水源地和工业集中取水水源地设立保护区,在一级、二级饮用水水源保护区设定明确的地理界标和明显的警示标志及防护设施和禁止任何污染水体或者可能造成水体污染的各类活动,运用现代科学手段进行监视监测,确保水源地安全。水利科技工作是水利现代化实现的关键和基础,我们将通过多层次、全方位的工作举措,切实加大水利科技工作力度,以水利的科技进步推动淮安水利现代化建设迈上新台阶。

参考文献

1、2000年我国水利科技期刊综合评价李向东,季山黑龙江水专学报2002-12-30

2、科技进步对水利经济增长速度贡献率的测算王博;严冬;吴巨集伟;江焱生;陈真林;中国农村水利水电2006-07-15

水利水电技术期刊是一个非常专业的学术期刊,主要刊载与水利水电工程相关的学术研究成果和技术进展。如果您的研究方向和内容与该期刊的主题相关,那么投稿是非常好的选择。然而,期刊的编辑和审稿人员会根据文章的质量、原创性和实用性等多个方面来评判稿件的优劣,所以投稿需要充分准备和重视。同时,期刊还有一些针对性的投稿要求,例如投稿格式、参考文献等,需要认真了解并按要求提交。总之,如果您的研究成果符合水利水电技术期刊的主题和要求,那么投稿是非常值得一试的。

水利科技水利论文投稿期刊

只要省级的么?现在开源类的期刊也是一种大趋势哦~水资源研究这本就是的,有时候期刊等级不影响论文的知名度~

河南水利与南水北调是全国水利杂志里面最烂的。收费是最高的。垃圾杂志。。建议躲远点。最主要是编辑很没素质。

水利工程类核心期刊表1、水利学报 2、水科学进展 3、泥沙研究 4、水力发电学报 5、水利水电技术 6、水电能源科学 7、水力发电 8、人民黄河 9、长江科学院院报10、水利水运工程学报 11、中国水利 12、水利水电科技进展 13、人民长江

《山西水利科技》、《陕西水利》

中国水利水电技术期刊

水利类核心期刊推荐一、EI收录(2个)水利学报水科学进展二、中文核心期刊和科技核心期刊共同收录(14个)泥沙研究水力发电学报河海大学学报水文南水北调与水利科技长江科学院院报水利水电技术水利水运工程学报水电能源科学水利水电科技进展水力发电人民黄河中国农村水利水电水土保持学报三、中文核心期刊收录(2个)中国水利人民长江四、科技核心期刊收录(6个)水资源与水工程学报中国水利水电科学研究院学报水资源保护水利经济水土保持研究

《水利水电技术》为全国中文核心期刊。在1992年荣获全国“优秀科技期刊二等奖”,在1996年被评为全国水利系统优秀科技期刊。2001年入选中华人民共和国新闻出版总署“中国期刊方阵”(双百期刊)。2003年荣获第二届国家期刊奖“百种重点期刊”称号。2008年,荣获“抗震救灾宣传报道先进期刊”称号。 先后被“中国科学引文数据库(CSCD)”、“中国科技期刊数据库(VIP)”、“中国科技论文与引文数据库”、“中国期刊全文数据库(CNKI)”、“数据化期刊全文数据库(NLW)” 、“水利数字图书馆” 、“中文电子期刊服务数据库(CEPS)”、 “美国《剑桥科学文摘》(CSA)” 、“中国知识资源总库·科技精品期刊库”等数家国内外评价与检索系统收录。

摘 要:

为了研究水岩作用对岩体劣化的影响,针对在pH值较低的溶液中试样浸泡效果不明显、浸泡时间长,且长时间浸泡对结果影响较大等问题,以三峡库区库岸边坡砂岩为研究对象,基于不同pH值的化学溶液对岩石的侵蚀作用,对岩石浸泡时间尺度问题及浸泡损伤后的强度模型展开研究。以H+物质的量为指标,运用高浓度的硫酸溶液在较短时间内对低浓度的反应速度和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟。同时,分析了浸泡时间周期对砂岩试样的影响,得到了砂岩腐蚀浸入深度与浸泡时间的关系。结果表明:当拟合次数达到4阶时,拟合曲线已基本和数据点重合,说明采用高浓度硫酸溶液的反应来模拟低浓度酸溶液与岩体的反应是可行的;对于较低的pH值,按小时统计的H+物质的量的变化量的变化显得缺乏规律;随着浸泡时间的增加,H+反应面由表及里逐渐深入,浸入路径也不断拉长,导致腐蚀浸入速率也逐渐放缓。砂岩的强度参数对岩石劣化损伤模型的准确性验证分析表明,预测模型能较好地反应岩体劣化后强度的变化趋势。

关键词:

劣化作用;化学溶液;浸泡;时间尺度;损伤模型;

作者简介:

周济芳(1980—),男,高级工程师,博士,主要从事水利水电和岩土工程研究。E-mail:;

基金:

国家自然科学基金资助项目(U1765206);

引用:

周济芳. 酸性溶液作用下岩石浸泡时间尺度及劣化预测模型研究[J]. 水利水电技术( 中英文) ,2021,52( 8) : 162-171.

ZHOU Jifang. Study on prediction model for rock immersion time scale and deterioration under effect of acidic solution[J]. Water Resources and Hydropower Engineering,2021,52( 8) : 162-171.

地表或地下水及其他化学溶液在运移过程中与其周围的岩体不断发生物理力学及化学作用,削弱了围岩体矿物颗粒间的黏结能力,改变了物质组成及孔隙结构,在这种长时间的水岩作用下岩体内部缺陷进一步扩大,导致岩石的物理力学性质逐渐劣化,给围岩、边坡的长期稳定性带来巨大的隐患。

近年来,国内外许多学者从化学机理上对环境对岩石浸泡损伤展开了一系列研究。KUVA等采用化学溶液对岩石进行不同时间浸泡,并结合X射线层析成像和SEM电镜扫描找出了岩石微小孔隙结构,为进一步分析岩石细微观浸泡损伤提供基础;TIWARI等利用不同溶液的流体渗透土体,得出了劣化后的土体抗剪残余强度与化学成分、塑性变形之间的关系,研究方法可为岩石试样的浸泡损伤提供参考。许多学者对岩石浸泡后的物理力学性质及响应机制也进行了大量的浸泡损伤研究,诸多成果为岩石力学的发展提供重要的研究基础。其中:傅晏、刘新荣等采用单轴、三轴压缩及电镜扫描等技术手段对酸性干湿循环的砂岩进行分析,得出酸性干湿循环作用对黏聚力c的劣化影响要大于对内摩擦角ϕ的劣化影响,此结果为边坡治理提供了理论依据;王鲁男、俞缙等通过对不同化学溶液浸泡和冻融循环处理后的粉砂岩进行物理性质与细观结构测试,得出了化学腐蚀与冻胀荷载耦合作用下粉砂岩强度的长期衰减规律,并建立了能反映出粉砂岩强度的非线性衰减特征的预测模型;王思敬等采用水-岩反应的大模式与小模式理论,解释了自然界中岩体的剧烈变形及破坏往往发生在暴雨或人类工程活动时的原因。前人通过电镜扫描和力学等方法研究了浸泡后的岩石在微观和宏观上的变化,其结果具有重要的研究价值,为岩石浸泡损伤研究提供有效手段。

在化学损伤模型研究方面,李宁等采用不同pH值溶液对钙质胶结长石砂岩进行了浸泡损伤,研究了含钙质胶结物的砂岩在酸性环境下力学性质的弱化问题,并从化学动力学的角度建立了砂岩损伤模型。霍润科等通过室内长期加速腐蚀,研究受酸腐蚀砂岩的物理化学性质,建立了酸岩反应动力学模型,为酸性环境下的工程耐久性评价提供参考。王伟等通过对损伤后的红砂岩进行三轴蠕变,基于Kelvin模型提出了考虑水化学作用的砂岩流变损伤本构模型,利用该模型很好地解释了岩石流变过程中的线性及非线性特性。邓华锋[21]根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩应力-应变曲线的特点,分段建立了砂岩损伤本构模型,描述了不同阶段的砂岩力学性质,研究成果对库岸边坡长期变形稳定分析提供了参考。目前,尽管关于化学溶液浸泡对岩石力学特性的影响以及相关研究已有不少的成果,但大部分主要集中在化学溶液浸泡损伤对岩石力学特性影响,以及损伤本构模型的研究。而浸泡损伤的时间效应对过程与结果的干扰问题研究较少,不能全面地反映不同浓度的化学溶液浸泡的时间尺度对岩石劣化的影响,尤其是浸泡时间的长短对数据准确性的影响。

为解决pH值较低的溶液中试样浸泡效果不明显、长时间浸泡中对结果影响较大等问题,本文通过对砂岩在不同pH值的硫酸溶液浸泡下,研究较短时间内对低浓度硫酸溶液的反应速度(用H+物质的量的变化量表征)以及低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果,并验证了该方法的可行性,总结酸性溶液作用下岩石浸泡时间尺度效应,建立砂岩腐蚀浸入深度与浸泡时间的函数关系,以及砂岩浸泡损伤后一时间段内弹性模量与浸泡时间的相互关系模型,并通过砂岩的强度参数对该模型的准确性进行验证分析。

仪器

以中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RMT-150C岩石力学系统为主要平台(见 图1 ),该设备可进行单轴压缩、三轴压缩、直接剪切和间接拉伸(巴西法),过程控制均采用伺服控制,本文主要利用该平台进行单轴压缩。采用LC-pHB-1M数显pH计(如 图2 )对岩石浸泡前后的4种酸性溶液pH值进行测量,是一台由单片机控制的具有温度及pH双显示pH计,适用于工矿、研究院所的化验室取样测定水溶液的酸度(pH)值和测量电极电位(mV)值。

岩样性质和溶液制备

以三峡库区巴东部分库岸边坡采集的砂岩为研究对象,岩石试样沿同一个方向加工成54 mm 100 mm的圆柱体,岩样直径误差 mm, 端面不平整度误差 mm, 岩石较为致密,接触式胶结(颗粒含量较高,胶结物含量较低)。岩石中碎屑物主要为石英、白云石、长石、岩屑和黑云母。粒度在 mm之间,砂粒以 mm为主,属于中-细粒砂岩,其单偏光和正交偏光如 图3 所示。

为缩短时间和排除其他因素的干扰,采用pH值较低硫酸溶液进行岩石浸泡,初始溶液酸碱度分别取pH=1、2、3、4,浸泡期以1 h和12 h为周期进行测量,测量值包括溶液即时pH值和试样直径。浸泡期间以12 h为周期的主要原因为:(1)测量周期较小时,测数据相差不明显,难以对比分析出有效数据;(2)以12 h为周期的数据密度已足以反应H+物质的量随时间的变化规律。

三峡库区水岩化学作用主要是以化学溶蚀改变边坡岩石表面特征,所采用的浸泡溶液是以pH值较低的硫酸溶液,通过以消耗的H+物质的量作为换算标准,建立两者之间的对应关系,就可以利用时间尺度进行两者之间的转化,即,在消耗同样的H+物质的量的条件下,各自所需的时间。同时,浸泡可有效地缩短所需的时间,在短时间内得到覆盖pH=0 7的曲线,通过短时模拟长时,在节省时间的同时,还可有效地减少过程中的温度变化、震动扰动等外界因素对试验结果的影响,使结果更准确可靠。

量测思路

(1)列出一个相对的时间比尺。在pH=1的溶液中一天消耗氢离子物质的量为 γPH=1,在pH=4的溶液中一天消耗氢离子物质的量为 γPH=4。两者的时间比尺λ= γPH=1/ γPH=4,即岩样在pH=1的溶液中浸泡一天的反应效果,等同于岩样在pH=4的溶液中浸泡λ天的反应效果。

(2)在同一反应曲线中对比不同pH值处在不同H+物质的量的改变量,不同H+物质的量的改变量的比值即为其时间尺度比。测量时段的选择和测点数目的确定是关键。

测量时段的选择和测点数目的确定

以1 h为测量周期

如 图4 所示,每两个数据点之间的量测间隔为1 h, 采用多项式拟合。从图4可见:(1)当拟合次数达到4阶时,拟合曲线已基本和数据点重合,拟合的决定系数R2达到,该拟合可靠性很高,说明采用高浓度的酸溶液的反应来模拟低浓度酸溶液与岩体的反应是可行的;(2)对于较低的pH值,按小时统计的H+物质的量的变化量的变化显得缺乏规律,当反应物质由表及里逐渐深入,浓度较高的硫酸溶液与砂岩试样中的白云石、方解石等物质发生反应生成水,浓度较高的硫酸溶液电离后,与水形成稳定的水合H+,在短时间内导致较低pH值的H+物质的量的变化量缺乏规律。

因此,须根据实际条件来选取测量的时间段和测量周期,下面将考虑增长测量的时间段,使其他因素引起的扰动不至于掩盖在不同pH值下H+物质的量随时间的变化量的演变规律。

以12 h为测量周期

在拟合的过程中,首先去除大于0的值,根据对拟合曲线的观察,为了满足客观规律:随着pH值的升高,即在溶液中H+浓度降低的同时,H+物质的量的改变量会随之降低。

多项式拟合—数值太大,拟合时舍入误差太大,所以下面采用多项式拟合和先取对数再线性拟合(见 图5 和 图6 ),对比两者的分析效果。

由图5和图6中可知:(1)若以小时作测量周期,宜采用pH=4或pH值更高的溶液,pH= 3时的拟合曲线在对pH>5的溶液进行预测时,得到的H+物质的量的变化量与实际(已定性的规律)相反,当pH更低时,难以通过拟合来获取一条与已定性的规律相符的曲线。(2)用较高的浓度可以在较短时间内对低浓度的反应速度(用H+物质的量的变化量表征)和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟。浓度越接近的两种溶液模拟的效果越好,浓度相差越大的模拟时会带来一定的误差,这与反应中的其余因素扰动和这种模拟的前提假设有关。

不同pH值计算预测综合对比分析

根据上述时间尺度方法,对4种不同pH值的实测值分别求取对应pH预测值,并进行综合对比分析(见 图7 )。由图7可知:该预测方法在一定条件下是可靠合理的,pH为2、3、4时预测值和实测值吻合得较好,其中pH=4的实测值与pH=3对应的预测值两者差值仅为,即较低浓度下该方法预测的准确性很高;但pH=1时的预测值与实测值偏离较大,最大相差为,说明高浓度酸溶液下该方法预测的准确性降低。这也印证了浓度相差越大,预测偏差越大的结论。

假设在反应中产生的次生矿物黏粒不会对已有的贯通孔洞进行堵塞,从而降低反应的速度。实际反应中,这种堵塞造成的反应面减小量dS相对于较大的试件表面积S而言很小,即

所以该假定成立。通过上述内容的分析,可得出:在所取的时间段内反应速度消耗H+物质的量与时间成正比,即

式中,t表示时间;C为常数。

上述时间尺度的关系不仅能在酸溶液中应用,在做一些近似处理后,还可运用于碱溶液或其余化学试剂对岩体的浸泡中。对酸溶液而言,该方法适用于岩体在化学溶液浸泡过程中岩质劣化的主要因素是该岩体的矿物与溶液中氢离子发生反应的情况。

浸泡现象分析

试验中所采用的砂岩属于中-细粒砂岩,浸泡过程中与硫酸溶液发生反应的物质主要为方解石和白云石,反应式如下

砂岩与硫酸溶液反应后,其生成物附着在表面起到了减缓反应速度的作用,由于其反应生成物多为“孔状”和“层片状”(见 图8 和 图9 ),使得溶液仍能与内部岩体发生进一步的反应,随着反应的进行,溶液的pH值也逐渐降低,说明该反应是由表及里逐渐进行,而且反应速度是逐渐衰减的。

酸性浸泡的过程中,通常通过潜蚀作用来改变矿物颗粒之间的连接状态。某些矿物颗粒尤其是胶结物若是碳酸盐为主要成分的话,上述胶结类型将出现由填充胶结式向接触胶结式的变化或出现胶结物劣化或消失现象。若岩体矿物成分以碳酸盐为主或极易溶于水(如钙质砂岩),浸泡侵蚀之后会出现试件的整体崩塌和颗粒化,实现由岩向土的快速转化。

砂岩腐蚀浸入深度计算

试验过程中定期用游标卡尺对浸泡试样直径D进行测量,每次测量时选取3 4个测点进行量测,然后求取平均值: D为4次测量的直径和, D/4即为4次测量时段对应的腐蚀浸入深度,通过对数据的拟合分析可以发现,腐蚀浸入深度随时间的变化符合以下公式

式中,a、b为系数,是由岩石性质、温度等因素共同决定的参数,本试样取a = 、b=。

图10 为腐蚀浸入深度随时间的变化曲线,可以看出:在浸泡的初期腐蚀深度增长较快,随浸泡时间的延长,腐蚀浸入深度增长逐渐变缓。这是由于:(1)随着浸泡时间的增加溶液中H+物质的量逐渐减少,溶液pH值则逐渐增大,导致腐蚀浸入速率也逐渐放缓;(2)在化学反应结束之前,反应面由表及里逐渐深入,H+浸入路径也不断拉长,使得腐蚀浸入深度逐渐变缓。

化学损伤模型的分区

根据现象的分析,将岩体分为三个区域(见 图11 )。

脱落区

脱落区为试件表面层,侵蚀后与试件脱离(自动脱离或受轻微外力后剥离),不再充当承力骨架。假设该区域中可与氢离子反应的物质均已发生反应。

脱落的岩样体积的测定:对应单位时间的pH值测试,用游标卡尺对试件直径进行测量,测得试件直径改变量 ϕ随时间的变化规律,换算后即得到岩样脱落体积随时间的变化规律。

渐进损伤区

渐进损伤区和脱落区相邻,但其胶结物只是发生部分溶解。该区可以作为承力骨架的一部分。若试件较小,孔洞较多,与表面连通的损伤率较大,认为该试件的渐进损伤区域贯穿试件核心,试件只由脱落区和渐进损伤区两部分组成。该区域的化学损伤是渐变的,越远离反应面,损伤越小。该区域的氢离子消耗量为

式中,H0+为试件浸泡反应前用pH计测量并计算得到的溶液所含氢离子数目;Ht+为试件浸泡时间为t时,用pH计测量并计算得到的溶液所含氢离子数目。

该区域溶解的胶结物体积为

无损区

无损区域没有产生任何的化学损伤,是承力骨架的组成部分之一。若试件足够大或试件表面生成物结构致密(如灰岩试件),可阻止氢离子与内部岩体发生进一步的反应,那试件内部就可能存在一个不受酸溶液侵蚀的区域,称为无损区。

浸泡后模型弹性模量预测

岩体弹性模量与岩体组分、内部结构及所处应力状态密切相关。假设:岩石试样被视为两相物质,由岩石基质和孔隙组成;试样的弹性模量与基质承载面积成正相关性;化学腐蚀结果导致基质承载面积的减小和试样孔隙率的增加,因此试样的弹性模量会随着孔隙率的增大而变小。

定义剩余损伤模量百分比为岩石浸泡损伤前后的弹性模量相对值,即

式中,Et为砂岩损伤后的弹模;E0为砂岩未损伤的弹模。

赵阳将岩石等效为具有不同性质部分的组合体,经过理论推导,得出弹模相对值与孔隙率的关系为

式中,nρ为砂岩孔隙率砂岩试样;χ为相对弹性模量。

浸泡在有一定浓度的硫酸溶液中,溶液中H+与试样中的胶结物发生反应,导致砂岩试样的孔隙率增大;同时,随着浸泡时间的增加,砂岩试样的浸入腐蚀过程由表及里逐渐加深(见 图12 ),则腐蚀区对应的承载截面积随时间变化关系如下

式中,R(0)为砂岩试样未损伤前半径;R(t)为砂岩试样腐蚀浸入深度。

因为浸泡后试样的孔隙体积与酸液的腐蚀脱落区体积hA(t)成正比,其中h为试样高度,则有

式中,γ为一比例常数与试件高度h的乘积,通过得到的数据,采用回归方程拟合求得。

将式(8)带入式(6),得

式(15)近似表达了在硫酸溶液作用下,试样弹性模量与时间关系。

算例:对于pH=2的硫酸溶液来说,砂岩试样高度h=100 mm, R(0)=27 mm, γ=10,初始弹模E0= GPa, 求得a1= 10-6、a2= 10-4、a3= 10-5、b1= 10-5、b2= 10-3、b3= 10-4,将以上系数和浸泡时间代入式(15)计算可得相应的劣化Et值,相应的计算预测成果与实测数据比较如 图13 所示。

由图13可知:计算值普遍高于实测值,实测最终值越低,高出比例越大,这主要是由于计算公式中没有考虑水对岩体的劣化作用。但变化趋势大致相同,说明该模型具有一定的合理性和适用性。在浸泡腐蚀初期,砂岩试样强度下降较快,随着浸泡时间的延长,砂岩强度逐渐保持稳定。

5 结 论

(1)提出利用H+物质的量的变化量表征岩体化学反应时间尺度的量测方法,并验证了用较高的浓度可以在较短时间内对低浓度的反应速度和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟的可行性。

(2)通过时间尺度λ= γPH=1/ γPH=4的方法,对不同浓度的溶液进行相互预测,对比分析预测值和实测值得出:浓度越接近的两种溶液模拟的效果越好,相差越大的模拟时会带来一定的误差,这与反应中的其余因素扰动和这种模拟的前提假设有关。

(3)对浸泡后砂岩表面的形态进行分析,指出砂岩与硫酸溶液的反应生成物多为“孔状”和“层片状”结构,其生成物附着在表面可起到了减缓反应速度的作用,为岩样化学损伤中反应分区和方程式的建立提供依据。

(4)对损伤后的岩样进行了分区—脱落区、渐进损伤区和无损区,建立了浸泡后弹性模量预测模型,通过预测模型计算分析得出:在浸泡腐蚀初期,砂岩试样强度下降较快,随着浸泡时间的延长,砂岩强度逐渐保持稳定。

水利水电技术(中英文)

水利部《水利水电技术(中英文)》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊(月刊),为全国中文核心期刊,面向国内外公开发行。本刊以介绍我国水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护,以及水利水电工程的勘测、设计、施工、运行管理和科学研究等方面的技术经验为主,同时也报道国外的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工建筑、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水环境与水生态、运行管理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利规划、防汛抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。

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