简谈PVAcCTFEMAH共聚物的性能研究论文

下面是小编为大家整理的简谈PVAcCTFEMAH共聚物的性能研究论文，本文共3篇，以供大家参考借鉴!本文原稿由网友“随梦而飞”提供。

篇1：简谈PVAcCTFEMAH共聚物的性能研究论文

简谈PVAcCTFEMAH共聚物的性能研究论文

超临界CO2是指体系的温度和压力均在其临界点(31.1℃,7.28MPa)之上的CO2流体。在超临界状态下CO2流体的密度、溶剂强度和黏度等参数均可通过体系的温度和压力变化来调节，CO2气体的临界温度和压力不高，具有巨大的工业潜力，因而在超临界CO2中进行的聚合研究较为活跃。

醋酸乙烯酯和三氟氯乙烯的共聚物P(VAcCTFE)除了具有含氟聚合物“三高两憎”的性能外，还兼具VAc结构单元柔韧性好的特点，在涂料、胶黏剂等领域具有广泛的应用[6-8]。在该聚合体系中引入马来酸酐共聚单体后，为共聚物的交联提供了更多的交联点，同时聚合物的形貌由透明块状固体变为流动性较好的白色固体粉末，后处理工艺简便，可直接应用于水泥减水剂、粉末涂料等领域。工业上制备同类型的产品往往使用溶液聚合或乳液聚合法，与之相比，本实验在超临界CO2中制备得到一系列P(VAc-CTFE-MAH)共聚物，不使用溶剂，无环境污染，产品的运输和储存安全便捷，因而具有很好的商业化前景。

1实验部分

1.1原料及试剂

醋酸乙烯酯(VAc)：AR，经减压蒸馏提纯处理，马来酸酐(MAH)：AR;偶氮二异丁腈(AIBN)，CP，甲醇重结晶，中国医药上海化学试剂公司;三氟氯乙烯(CTFE)：聚合级，常熟三爱富有限公司;CO2：食用级，经分子筛净化，济南气体厂。

1.2P(VAc-CTFE-MAH)制备

聚合反应在带有搅拌的60mL高压反应釜中进行，mVAc/mCTFE为6:14，引发剂AIBN的用量为单体质量的1%，改变MAH的加入量。先加入计量AIBN、VAc和MAH，向釜内吹CO2气体15min，排除氧气。再加入定量的CTFE及CO2气体后关闭反应釜阀门。65℃水浴搅拌聚合24h。冷却至室温，打开气阀排出气体，得到固体聚合物P(VAc-CTFE-MAH)。

1.3测试与表征

转化率聚合物用四氢呋喃(THF)溶解，甲醇沉降，60℃真空干燥3h，除去未反应的单体，通过重量法测定单体的总转化率。

结构表征红外光谱(FTIR)分析采用美国Bio-Rad公司生产的Bio-RadFTS165型傅里叶变换红外光谱仪进行测试;相对分子量及分布通过美国Waters公司生产的GPC(Waters-1525)型凝胶渗透色谱仪测定，THF为溶剂和流动相，聚苯乙烯为标样。

聚合物氟含量用氟离子选择性电极法测定聚合物中的氟含量。

粘度采用NDJ-8S的旋转粘度计在25℃恒温条件进行测试。

接触角及聚合物膜表面能聚合物用THF溶解配成10%的溶液，滴到载玻片上，并在不同温度下成膜。聚合物膜对不同溶剂的接触角采用JJ0-2型润湿测量仪测定，并计算聚合物膜的表面能。

自乳化乳液的制备及粒径在高速剪切作用下将溶解有P(VAc-CTFE-MAH)共聚物的THF溶液滴加到50℃水中，后减压蒸除溶剂得到自乳化乳液。乳液的粒径及分布由英国Malvern公司生产的Zetasizer3000型激光粒径分析仪进行测定。

透射电子显微镜(TEM)用日本日立株式会社HitachiH-600型透射电子显微镜测试。

2结果与讨论

2.1红外光谱分析

图中1010，1210，1750cm-1处为VAc的特征吸收峰;1100，660，550cm-1处是C-F的特征吸收峰，可证明聚合物中含有CTFE结构单元;1780，1860cm-1为MAH中C=O键的伸缩振动吸收峰，说明MAH单体已反应到聚合物主链上。由以上分析可知，聚合产物为P(VAc-CTFE-MAH)共聚物。

2.2MAH的含量对共聚物性能的影响

固定mVAc/mCTFE比例为6:14，聚合反应温度为65℃，压力为(20.0依0.5)MPa，改变MAH单体的加入量，考察MAH的加入量对聚合物性能的影响。从表中可以看出，在相同反应条件下，增加MAH单体的加入量，产物中VAc的摩尔百分比(yVAc)变化不大，CTFE的摩尔百分比(yCTFE)降低，MAH的摩尔百分比(yMAH)升高，产物中氟元素的质量百分比(wF)降低。

一般情况下，CTFE和MAH单体很难进行均聚反应，只能在一定条件下与其他单体进行共聚。在本实验条件下，VAc单体与CTFE及MAH单体的共聚性都很好，在VAc的用量固定时，CTFE和MAH通过竞争才能与VAc单体进行共聚合，因而增加MAH的加入量时，yMAH增大，yCTFE降低，产物的wF降低，但yVAc变化不大，稳定在52%左右。

从表1结果还可以看出，增加聚合体系中MAH单体含量，产物的相对分子质量Mn先变大后变小，并且分子量分布PDI较宽。大多数聚合物在超临界CO2中的溶解性是有限的，当产物的相对分子质量增长到一定程度，聚合物就会从反应介质中沉淀下来，反应逐渐停止。研究表明只有非结晶态含氟聚合物及含硅聚合物才能较好地溶解于超临界CO2中[13,14]。加入1gMAH单体，大部分MAH参与到反应中，wF由26.70%降低到21.34%，共聚物在超临界CO2中的溶解性下降，产物的Mn减小。但该在实验中Mn却由62032g/mol升到102259g/mol，这可能是聚合物中引入MAH单体后酐基基团与CO2的'相互作用可在一定程度上提升产物在超临界CO2中的溶解性。继续增加MAH的量，wF进一步降低，含氟单元是聚合物能溶解于超临界CO2中的主因，因而共聚物在超临界CO2中的溶解性下降，产物的Mn减小。当mVAc/mCTFE/mMAH=6:14:4时，聚合产物的Mn仅为43602g/mol。

2.3聚合物膜对溶剂的接触角及表面能

聚合物分别在20℃，100℃不同温度下成膜，测定聚合物膜对水及乙二醇的接触角，计算聚合物膜的表面能。从表2中可以看出，随着MAH的含量增加，聚合物中氟含量降低，聚合物膜对溶剂的接触角变小，聚合物膜的表面能增大。这是由于MAH中的酐基与水及乙二醇的相容性较好，因此聚合物膜对这两种溶剂的接触角降低。

100℃下的聚合物膜对溶剂的接触角均大于20℃下的聚合物膜，并且100℃下聚合物膜的表面能比20℃的低，这表明较高的热处理温度会加速含氟链段向聚合物表面的迁移，造成含氟单元在聚合物膜表面富集的情况出现，提高了聚合物膜的表面性能。

2.4pH值对共聚物水溶液粘度的影响

以蒸馏水为介质，配制浓度为2%的聚合物水溶液。为使聚合物能溶解于水，在50℃下以NaOH调节溶液的pH值。以单体配比为mVAc/mCTFE/mMAH=6/14/2的共聚物溶液为研究对象，考察了pH值对聚合物溶液粘度的影响。从图2曲线可以看出，聚合物溶液的粘度随着pH值的增大先上升后下降，pH=9.0时达到最大值。

对于P(VAc-CTFE-MAH)共聚物，提高溶液的pH值，聚合物链段中的MAH结构单元更容易水解为羧酸，并被离子化。当溶液的pH值增大时，聚合物链段上负离子间的斥力使得大分子链伸展，疏水性的C-F链暴露出来，分子间的疏水缔合作用增强，聚合物溶液的粘度随之升高;另一方面，聚合物链段上负离子间的斥力引起相邻聚合物的相互排斥，破坏了分子链间的缔合，使得聚合物溶液的粘度下降。当聚合物溶液的pH值小于9.0时，分子间的疏水缔合作用占主导地位，聚合物溶液的粘度随着pH值的升高而升高;当pH值大于9.0时，聚合物间的斥力作用占主导地位，聚合物溶液的粘度随着pH值的升高而降低。

2.5聚合物的组成对水溶液粘度的影响

在pH=10.0的条件下，聚合物组成对P(VAc-CTFE-MAH)水溶液粘度的影响如图3所示。结果表明在相同聚合物浓度2%及pH值条件下，共聚物中的MAH含量升高，聚合物溶液的粘度随之降低。

mVAc/mCTFE/mMAH=6/14/4样品溶解时水溶液的pH值为3.2，mVAc/mCTFE/mMAH=6/14/1样品溶解时水溶液的pH值为9.1，当pH=10.0时，聚合物中的酐基会发生电离，mVAc/mCTFE/mMAH=6/14/4样品中需要加入更多的NaOH，当离子强度较高时，大分子就会发生蜷曲，聚合物溶液的粘度随着MAH含量的升高而降低。

2.6P(VAc-CTFE-MAH)自乳化乳液性能

从表3可以看出，增加共聚物中MAH单元的含量，乳胶粒的粒径D变小，粒径分布PDI变窄。在自乳化乳液乳胶粒的形成阶段，在搅拌作用下P(VAc-CTFE-MAH)共聚物由THF溶液中的伸展状态进入水相，聚合物链段相互之间发生缠结，在热力学作用驱动下亲水性的-COOH基团处于与水接触的界面，而憎水基团远离水相迁移到乳胶粒的内部，当缠结在一起的大分子链达到一定数量时，就可以形成自乳化乳胶粒。

亲水单体MAH的数目较少时，聚合物水解产生的-COOH数目较少，乳胶粒依靠聚合物之间的聚并得以稳定地悬浮于水中，聚并发生时聚合物的相互碰撞和吸附是随机的，这就使得形成的乳胶粒粒径偏大，并且粒径分布较宽;增加MAH的含量，水解生成的-COOH数目增多，大分子之间不需要太多的聚并就可以使乳胶粒稳定地悬浮于水中，因而形成的乳胶粒数目增多，乳胶粒的粒径降低，粒径分布变小。

可以看出，聚合物乳胶粒的形貌近似球形，且粒径分布较宽，聚合物乳胶粒的粒径介于100-400nm之间，这一结果与激光粒径分析仪测定的实验数据。

3结论

以超临界CO2为反应介质，制备了P(VAcCTFE-MAH)共聚物，单体配比中MAH含量的变化对P(VAc-CTFE-MAH)共聚物的结构影响较大;

P(VAc-CTFE-MAH)共聚物膜中氟含量对聚合物膜的接触角及表面能影响较大，聚合物成膜时热处理温度也会影响聚合物膜的表面性能;

pH=9时，聚合物水溶液的粘度最大;pH=10.0时，粘度随着聚合物中MAH含量的升高而降低;

P(VAc-CTFE-MAH)共聚物在水相中形成自乳化乳液，乳胶粒形貌为近似的球形结构，乳胶粒的粒径随着共聚物中MAH含量的增大而变小。

篇2：简谈化学实验教学改革的研究与探讨论文

简谈化学实验教学改革的研究与探讨论文

实验教学同理论教学具有同样重要的地位，它是一种知识与能力、理论与实践相结合的教学活动，它与理论教学是相辅相成的关系。《分析化学实验》是分析化学课程的重要组成部分，也是专业基础实验，它主要通过实践教学使学生掌握分析方法和基本操作技能，培养学生严谨、认真和实事求是的科学态度，提高学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力，具有其它教学环节和实验不可替代的功能。但传统的《分析化学实验》教学已不适应当今高校人才培养的需要，特别是对非化学类专业人才的培养。教材的选取、教学内容的取舍、教学方法、教学手段等方面的落后保守已经严重阻碍了学生实验的积极性和主动性，并且助长了部分学生在学习中的惰性，不利于激发学生的思维及能力的培养，更谈不上创新能力的培养。面对这样的现实状况，如何提高《分析化学实验》教学质量是实验教学工作者迫切需要解决的重要问题。

1根据不同专业选取教材及对教学内容的取舍

教材的选取是教学质量提高的前提和关键因素。选取一门合适的教材是对任课老师最基本的要求。一直以来，佛山科学技术学院大多数专业的分析化学实验教材都采用武汉大学主编的《分析化学实验》，该教材最适合作为综合性大学化学专业、应用化学专业分析化学实验教材，而对于作者所在的环境工程等专业并不是特别合适，没有根据专业的特点对教材进行选取，直接导致所开设的实验缺乏专业特色。教学内容的取舍也是个大学问，它是教学成功的保证，实验内容的取舍要突出专业性和实用性，删除过时理论和实验内容，使教学适应新形势的需要，凡与后续课程有关或与以后工作关系密切的要多安排课时。如分析天平称量练习实验仍介绍全机械加码电光天平的结构、原理、称量方法，而笔者现在采用的是先进的电子天平的称量方法，因此关于全机械加码电光天平的实验内容应该删除。

2对传统教学模式进行改革以提高教学效果

传统的《分析化学实验》课程是采用以验证性实验为主的教学方法，实验前教师要讲解实验原理、实验步骤、注意事项等，然后学生才可以按照教师讲的和实验教材上写的实验过程，一步步做下去，并且大部分实验教材对于配置一定浓度的溶液所需药品的质量也都会清清楚楚的给出，学生根本不用计算及独立思考，只要记住实验步骤和方法即可，这样的实验课对《分析化学实验》教学固然是必要的，但对学生思维能力、创新能力的培养和提高仍存在一定的局限性。验证性实验主要训练学生的基本操作和基本技能，这一阶段主要是教会学生实验的操作手法并会使用各种仪器，使学生能够准确、熟练地掌握基本操作，为以后的实验打下坚实的基础。所谓“设计性实验”就是由教师提出实验目的，给出实验题目和实验所需的条件并提出对实验的要求，由学生运用所学过的知识，自己确定实验方案，并加以实施。因此必须将验证性实验和设计性验相结合开展。如酸碱滴定实验完成后必须进行设计实验，之后再进行络合滴定及氧化还原滴定实验。设计实验不仅是对所学知识及所做验证性实验的总结，也是学生思维及创新能力的体现，并且由于实验方案是自己设计的，学生做起实验来非常认真，对于实验中出现的问题都不放过，从而达到了实验的目的和效果。

3改进实验教学手段，提高实验效率

采用演示与理论相结合的教学手段，提高学生认知能力，演示实验同时具有直观性、示范性、启发性和教育性的特点。分析化学实验中使用的仪器较为简单，并且常见的实验就是滴定实验，通过演示可以使学生很快的掌握操作方法，所以第一节滴定分析实验课应该具体的演示滴定分析的基本操作练习，通过演示，可以使学生掌握滴定管、移液管、锥形瓶及滴定的操作规范。在演示的过程中讲解实验原理，把演示与理论紧密联系在一起，可以克服学生上课被动听，老师枯燥讲，加强师生互动。另外，使用多媒体教学也是提高实验效率和效果的教学手段，一些滴定反应的实验可以通过Powerpoint软件、Flash软件等形象地展现出来。利用合适的时间采用多媒体教学，使学生对各种仪器药品的使用及实验室安全知识等有关问题有一定的了解，同时使学生充分了解该反应的过程，更能引起学生的学习兴趣。可见，多媒体辅助教学大大提高了人们的工作效率，对实验教学有着不可估量的辅助作用。此外，一些较为复杂的分析实验数据的处理可以通过简单明了的实验数据处理软件进行处理，如Origin、Sigamplot等软件。

4加强对实验课程的重视程度

目前，中国大多数院校对实验课程的重视程度是不够的，重理论轻实验的教学是摆在各个学校面前急需解决的问题。尤其地方院校由于经费、场地、实验人员的不足，导致很多实验课程不得不压缩，有些甚至无法开课。如该校是前几年从专科院校升级为本科院校，原有的实验设备已不能满足实验课程的需要，并且很多设备已经严重老化，虽然学校已经加大力度购买了一些新的实验设备，但还是远远不够的。特别对于一些新开的.专业，实验设备的缺乏已经是普遍存在的问题，如笔者专业分析化学实验室中仅有3台电子天平及3台分光光度计，由于设备的缺乏使得学生在课上操作仪器的时间过少导致对实验的理解程度降低。因此学校应加大经费力度的投入;实验场地紧张也是不得不面临的问题，由于近年来学校不断扩招，导致学校教学场地严重不足，用于实验的场地更是少之又少，实验课经常呈现人多地少的现象;此外，专业实验人员配置过少使得一些老师身兼数个课程的实验，这样不仅使老师投入到一门实验课程的精力减少，更由于专业程度的不够而降低了实验教学质量。以上都充分说明了我们必须以实际行动来加强对实验课程的重视程度。实验课程重视程度不够在实验教学课时上也充分体现，在教学时间安排上，由于学时数的限制，无法满足不同层次学生的要求。学生没有机会在选择-尝试-失败-思考-再选择-再实验一直至成功的科学研究过程中充分发展自己的个性，无法实施真正的因材施教，另外，每周的学时数的增加，而课表的安排一般都是先排理论课，使得能安排实验课的空档很有限，实验课的安排只能见缝插针，而又因为每一个空档的前面或后面大多有理论课，所以在上实验课时，老师和学生都有一种紧迫感，在做实验时只能抓紧时间，匆匆忙忙，这种条件下的分析化学实验教学质量肯定也会受到影响。

5结束语

实验教学是实施全面教育的一种最有效的教学形式。通过教学内容的优化，教学方法、教学手段的改革以及加强对实验教学的重视程度，可以使这一有效的教学形式充满活力。为地方经济发展培养高素质的应用型人才，是当前地方性院校一项重要任务，实验教学的好坏直接影响到应用型人才的培养，因此，教师应该把提高实验教学的质量作为关键因素来抓。教师要根据专业特点，不断地保持教学内容和方法的科学性先进性，与时俱进，尽可能培养出更多高素质的专业人才。作者所在的环境工程专业是一个理论与实践紧密联系的专业，四年的课程中将开设很多实验课程，实验技能是专业水平好坏的一个评定标准。而分析化学实验课是专业实验课的基础，只有打下良好的分析化学实验基础，才能顺利地完成接下来的专业实验课。因此教师必须从分析化学实验课程开始即要重视学生基本素质的培养，还要重视学生综合素质的培养。给学生创造宽松的实验时问、良好的实验条件。为学生今后的学习工作打下坚实的基础。

篇3：简谈堰塞坝及其溃决模拟研究评述论文

简谈堰塞坝及其溃决模拟研究评述论文

1引言

堰塞坝是一类自然作用下产生的堆积物，由地震、台风强降雨和冰碛物融化等诱发山体崩塌、滑坡以及泥石流堵塞河道所形成。在堰塞坝的壅堵作用下，往往会汇集水流形成堰塞湖，对周边区域及下游群众的生命财产安全带来极大的威胁。在极端自然条件下，堰塞坝的形成愈加频繁，如2000年4月9日，西藏易贡滑坡完全堵塞易贡藏布江，形成了长2.5km、宽2.5km、最厚100m、平均厚60m的堰塞体。2008年“5·12”汶川8.0级特大地震发生后，共引发了10000多处崩塌、滑坡、泥石流，形成了256处堰塞湖，其中唐家山堰塞湖库容约为3.14亿m3，既淹没了上游村落，又对下游北川、绵阳等地上百万人口构成了巨大威胁，是地震诱发形成的极高危堰塞湖的典型代表之一。

2堰塞坝的形成与基本特征

堰塞坝的形成涉及土石体从坡面上失稳起动到河道堆积停歇的全过程，决定了堰塞体的物质组成和形态结构特征，与坝址所在区域的地层岩性、地质构造以及发生地震、台风强降雨或冰碛物融化等诱发事件的发生概率关系密切。在一定地质条件下，崩塌、滑坡和泥石流中的土石体具有自身的物质结构，在地震或降雨等外界条件的激励作用下，在坡面上失稳起动直至堵河停歇的过程中，通过复杂的动力学作用塑造出特定的堰塞体组成结构。滑坡是堰塞坝形成的最主要的形式，岸坡向河床方向高速滑动，受到对面岸坡的阻挡后堆积至河床上，形成堰塞坝，随着水流的不断汇集，堰塞湖逐步形成。在常见的地震诱发堰塞坝形成机理方面，研究者从形态、物质组成、分布规律和稳定性等多个角度进行了详细的分析和探讨。该类型堰塞坝的形成条件，主要是位置处于高山峡谷河段，河道两岸或者其中一侧存在较为破碎的基岩或松散堆积体，同时地震需达到6级以上。同时，通过历史资料统计分析，地震震级大于6级后，堰塞湖的数量、规模与烈度值呈正相关。一般情况下，堰塞坝将河道堵死，且坝体由堆积物组成，结构松散，在水量增加后会在短时间内发生漫顶溃决;若堰塞坝未能将河道完全堵死，或存在其他泄流通道，堰塞湖入流与泄流平衡且坝体稳定，则堰塞坝可长期存在。针对堰塞坝的存在时间，国内外学者也进行了充分探讨，认为堰塞坝寿命从几分钟到几千年不等，80%的堰塞坝会在1a内发生溃决，并认为100a以内溃决的堰塞坝均为高危型堰塞坝。

3堰塞坝溃决的模拟

受入湖流量、库容大小、被堵河道几何特征、堰塞体几何形状、堰塞体物质组成和岩土结构等的影响，堰塞湖的溃决过程十分复杂，溃决机理、溃决模式、溃决过程参数呈多样化特征。从已溃决的堰塞坝破坏方式来看，主要有坝顶溢流、渗漏、管涌、余震或人为因素造成的坝体滑坡、失稳等。据统计，堰塞坝溃坝以漫顶溃坝为主，所占比例约为71.6%，如四川省叠溪地震形成的堰塞坝、雅砻江右岸唐古栋滑坡形成的堰塞坝等。研究堰塞坝溃决可采用天然观测资料分析、水槽试验、实体模型试验和数值模拟等方法，但是，由于获取天然观测资料通常需要耗费大量的人力和财力，且堰塞坝的溃决具有较强的不确定性和突发性，现场观测的危险性极大，因此目前大多数情况下采用试验分析和数值模拟的方法开展可冲蚀坝漫顶溃决过程研究。

3.1堰塞坝溃决试验模拟

3.1.1溃坝水槽试验

由于溃坝造成了巨大的人员伤亡及经济损失，因此早在20世纪中期国外一些学者便对漫顶溃坝展开了水槽试验研究。大量学者通过预设溃口以及不同的坝体材料，对溃口的发展变化过程及下泄洪水进行了研究分析，得出了坝体坡面的冲刷以泥沙输移过程为基础、溃口的展宽变化包括侧向侵蚀和垂向侵蚀等结论。

3.1.2溃坝模型试验

(1)漫顶溃坝模型试验。20世纪中期，美国开展了规模较大的模型溃坝试验，得到了不同坝体材料情况下的冲刷速率;奥地利针对堆石坝溃决过程也进行了大量的'室内试验研究，最大坝高5.5m，其溃决时间比尺与美国的基本一致，还得出了相同护坡条件下不同坝体坡度与临界水头之间的关系。

(2)管涌溃坝模型试验。管涌是导致堰塞坝溃决的原因之一。堰塞坝坝体管涌发生在坝体内部，较难被及时发现，且难以观测获得相关数据。因此，不断有学者开展关于管涌发展过程的模型试验研究，尝试通过可视化试验来研究管涌形成、发展过程及物理机制。可视化试验多是模拟堤基管涌，该类管涌一般发生在透水性较强的砂土层，砂土层上面是透水性较弱的黏土堤身或黏土层。试验采用透明有机玻璃板代替堤身或黏土层覆盖在砂槽土体表面，可在试验过程中透过有机玻璃板观察砂土层中的管涌现象，通常在上覆有机玻璃板开孔来模拟黏土层表面的薄弱点或直接在土槽下游断面上设置管涌出口。但是，实际管涌发生位置是随机的，与地质情况有关，一般发生在表面薄弱处。国内外相关学者通过大量的试验得到了丰富的成果:管涌侵蚀由管涌口逐渐向上游发展，深度在其向上游发展的过程中基本保持不变，截面为宽浅型的倒梯形，边壁的明显冲刷扩张发生在管涌通道贯穿上下游之后;通过多种土样的管涌试验还发现，虽然管涌通道的宽度随着通道的延伸而增大，但是通道尖端的尺寸始终保持不变。

3.2堰塞坝溃决数值模拟

坝体的溃决过程受入库流量、库容、坝体形状和坝体材料特性等多方面因素的影响，按照溃决物理机制来划分，堰塞坝溃决模型有统计模型、参数模型和物理机理模型。本文主要介绍基于参数的数值模拟和基于物理过程的数值模拟。基于参数的模型是建立在统计分析溃坝历史资料基础上得到的统计模型，已有的相关模型中主要采用坝体高度、库容总量、溃决时库内水位与溃口高差、溃决时库内水量等作为特征参数，建立最终溃口宽度、溃决时间和洪峰流量的模型表达式。但是，由于堰塞坝溃决案例的历史实测资料稀少且通常难以获得，因此统计资料的选用具有较强的主观性，导致该类统计模型的计算结果往往存在极大的不准确性。同时，该类模型只能计算出洪峰流量、溃口最终宽度和峰现时间等离散值，无法得到这些主要参数的时变连续变化值。基于物理过程的数值模拟模型是依据堰塞坝形成与发展机理，从理论角度考虑了水流运动、泥沙输移、边坡稳定性等因素而建立的能预测堰塞坝溃坝过程及下泄洪水过程的模型。CristofanoE.A.最早提出了模拟土石坝漫顶溃决时变过程的数值模型，HarrisG.W.等又在此基础上建立了HW模型。随后，FreadD.L.开发了BREACH模型，该模型采用两种模式计算溃口展宽及形状变化过程:一种模式是假设溃口形状为矩形，发展变化形式同DAMBRK模型;另一种模式是通过坝体材料的特性确定临界滑裂面，当溃口深度超过临界深度时边岸以临界角度发生崩塌。由于这类模型结构简单并且考虑了溃口发展过程，因此被广泛应用于行业软件中。

3.3堰塞坝溃决的三维视景模拟

随着计算机图形学、地理信息系统(GIS)、遥感等技术的快速发展，结合数值模拟的三维视景可视化研究受到越来越多水利专家、学者的青睐。三维视景模拟是虚拟现实的一种表现形式，是结合研究对象通过实时三维图形技术展现出的逼真的虚拟现实场景，相对实体模型来说更精确、更易实现。堰塞坝溃决洪水三维视景仿真主要通过三维图形实时展示堰塞体溃决后下游河道的洪水运动状态，包括瞬时流量、水位、到达时间以及影响范围等动态因素，可对溃决洪水进行实时预测和分析，从而为决策者制定防洪方案提供准确信息，降低堰塞坝溃决洪水造成的损失。冶运涛等开发了汶川地震灾区堰塞湖溃决洪水淹没过程的三维可视化系统，直观展示了堰塞湖的蓄水过程和洪水演进的三维效果;陈伟利结合唐家山堰塞湖区域航空遥感影像数据及DEM高程数据，验证了该区域的地形构建原理及工作流程，发布后通过仿真引擎VegaPrime初步实现了该区域三维地形仿真系统的构建;钟登华等采用三维溃堤洪水演进数学模型对长距离调水工程进行了溃决洪水演进模拟，在虚拟现实平台上开发了溃决洪水淹没演进的三维情景仿真系统。相关溃决的三维视景模拟可对堤防管理，下游防洪和应急决策提供虚拟可视化情景分析与展示。

3.4堰塞湖除险减灾

按照存在的时间长短，堰塞湖可分为高危型堰塞湖、稳态型堰塞湖和即生即消型堰塞湖三种类型，其中高危型堰塞湖威胁最大，是需要实施除险减灾措施的主要对象。在除险减灾过程中，首先进行堰塞湖溃决致灾风险评价，然后对除险减灾措施进行优化决策。由于溃决机理的复杂性，因此目前对堰塞湖的溃决预报还不成熟，而溃坝洪水的下游演进和淹没范围计算已有较成熟的方法和多种模型。相应地，溃口洪水过程预报的不准确、应急分析时下游河道水沙资料的不完整，大大降低了洪水演进模型的预报精度，导致了洪水淹没分析结果及风险评价结果的显著不确定性。在高危堰塞湖的除险处理方面，主动开挖泄流明渠、降低溃决时坝前水位是控制溃决洪水的一种有效方法，成功应用于西藏易贡堰塞湖和“5·12”汶川特大地震形成的唐家山堰塞湖、肖家桥堰塞湖的工程除险。但是，泄流明渠的开挖时机、开挖程度、开挖位置等都与除险目标(控制后的溃决洪水过程)直接相关，目前尚缺少优化方法的研究。

4需要重点研究的若干关键问题

(1)堰塞体形成过程中的土石料堆积分选机制。堰塞体结构和物质组成是堰塞体破坏溃决过程模拟和预报的基本岩土参数。但是，由于堰塞湖形成突然、进入现场难度大、难以及时直接获知堰塞体内部结构和物质组成，因此需要研究建立快速判别堰塞体结构和物质组成的方法。土石料堆积分选机制作为松散土石体运动过程中的内在力学机制，将是堰塞体物质结构和组成与源区失稳土石体的物质结构和组成之间的内在联系。可以通过土石料堆积分选机制的研究，将堰塞体结构和物质组成的判别与源区失稳土石体的特征识别联系起来。

(2)强非恒定流、非均匀流下的输沙理论。现有泥沙输移理论基本上是在恒定均匀流条件下建立的，且强烈依赖于理论检验的输沙资料。堰塞体溃决过程中水流和边界发生复杂变化，具有强非恒定、非均匀特点，与溃口变形直接相关的泥沙输移还没有相应条件下的理论模型(包括启动、推移质运动、悬移质运动等不同内容)。同时，堰塞体松散土石料的输移资料基本无历史观测资料，现有输沙理论外延应用的误差大。因此，亟需研究松散土石料的泥沙输移特征并建立溃决水流条件下的输沙理论模型。

(3)多机理耦合的溃口发展模型。堰塞体溃决过程中包含复杂的水土耦合作用。除了典型的水力冲刷和重力坍塌以外，还存在沿流向的冲决破坏(滑动、倾覆或挠曲破坏)。只有合理考虑这些力学机理的作用，才可能建立起可靠的溃决模型。现有机理模型由于在机理描述上存在不足，因此尚不能模拟从初始破坏至溃口稳定的溃决全过程，如初始渗透变形所致的坝顶坍塌、溃口发展的溃决过程。另一方面，天然堰塞体通常显著厚于人工土石坝，溃口发展在时间上和沿程上都极不均匀，现有经验模型和参数模型都难以应用。

(4)大尺度堰塞坝溃决实体模型试验。目前专门针对堰塞坝的溃决过程实体模型试验或大尺度试验研究较少，尤其是在符合模型相似律的实体模型试验研究方面。已有的水槽试验研究中只局限于少数影响因素的分析，缺乏对漫顶溃决过程影响因素的系统性试验分析研究。因此，有必要开展符合模型相似律的实体模型试验，分析研究可冲蚀坝漫顶溃决机制及下泄流量变化过程。

(5)如何降低除险减灾策略制定中的不确定性。堰塞湖的处置通常具有显著的应急特征，堰塞湖、堰塞体及下游易受灾地区的信息一般并不完整。为了提高除险减灾措施的可靠性，通常需要通过不同方法进行对比决策。相应地，在堰塞湖入流预报、溃决过程预报和下游洪水演进、淹没预报等环节中，基础资料的误差、预报方法的差异和误差等都具有强烈的不确定性，从而对除险减灾策略的制定及实际实施效果产生重要影响。在这种不确定性的实际条件下，需要估计不同环节的不确定性大小和环节之间的传递过程，从而寻求降低不确定性的有效方法，提高除险减灾决策的可靠性、科学性。

建筑砂浆流动性性能研究建筑工程论文

不同软段结构聚氨酯-酰亚胺嵌段共聚物的合成及热性能研究

简谈班主任工作 (六年级)

WEP安全性能研究及其攻击

双羟基桥联配合物的合成与性能研究论文

简谈PVAcCTFEMAH共聚物的性能研究论文.doc

将本文的Word文档下载到电脑，方便收藏和打印

推荐度：

点击下载文档