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《沈阳农业大学》 2017年
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多孔型生态护岸块体设计及其材料研究

邢浩翰  
【摘要】:随着传统护岸对我国生态环境的不利影响日渐加深,人们逐渐意识到建设生态护岸的重要性。传统护岸块体结构简单,功能单一,多年来对生态环境产生了不利的影响。近些年,多孔型生态护岸作为一种新形式的生态护岸近年来被国内学者提出,但因孔隙理论的不完善,国内对于多孔型生态护岸的研究进展缓慢。为了改善这一状况,本文从鱼类的行为着手,设计出合理的试验,研究分析鱼类面对不同栖息环境如何做出选择,得出相应结论,据此作为多孔型生态护岸护岸块体设计的基本原则。此外,为了让新型块体适应更多的地形,更易于制作,本文设计了简易的连接方式,并使块体表面更加简洁。为了保证其稳定性,对多孔型生态护岸块体进行了稳定性分析,并确定了三种不同的尺寸。护岸材料的选择也是十分重要的。目前,护岸材料一般为普通混凝土,但随着我国中砂、粗砂资源的稀缺,急需新的材料替代它们。本文选择特细砂作为研究对象,通过多个试验分析了特细砂混凝土的一系列性质,证明其满足一般工程要求。完成了以上工作后,利用River2D软件模拟了护岸建筑前后鱼集聚效应的变化,最终证明护岸的建设可以改善鱼类的栖息条件及生存环境。主要内容及结论如下:(1)本文模拟了不同的水下环境让鱼进行自由选择,随机记录数据并分析鱼类对孔隙的选择行为。试验结果表明:单独因素光照和水面状态不能直接影响三种鱼类的行为,当它们与不同的水下栖息环境交互作用时,则可影响三种鱼类的行为;三种鱼类喜欢栖息在孔隙内及其周围,尤其意识到危险,会大量地躲入孔隙结构中;在不同孔隙的材质的选择上,三种鱼类更喜欢生存在混凝土搭建的孔隙结构当中,原因在于混凝土材料更易于构造孔隙且空间较大,易于鱼类躲藏;水生植物自身的孔隙具有良好的集鱼效应。该研究为多孔型生态护岸块体的设计和优化提供依据。(2)利用上述试验的结论,遵循一定的设计规范,本文对生态护岸块体进行了重新设计,设计出了多孔型生态护岸块体。本文设计的多孔型生态护岸块体具有很多较大的孔隙,供鱼类穿梭和栖息;植生孔的增加为水生植物提供了生长环境;为了保证块体的稳定性,为护岸块体设计了嵌插结构,这也使护岸的连接更加多样,以便适应更多地形。通过多孔型生态护岸块体的稳定性分析,确定了3种满足稳定需求的块体规格。(3)在设计后,本文又对多孔型生态护岸块体制造所用的建筑材料进行了研究。针对中粗砂资源匮乏,辽河流域丰富的特细砂资源,采用不同水灰比以及不同砂率进行对比试验,研究水灰比、砂率对特细砂混凝土抗压强度的影响,并从中选出特细砂混凝土最优配合比,据此配制C30特细砂混凝土,然后与同配合比下以中砂作为细骨料的混凝土进行抗压强度对比。从试验结果可以看出:对混凝土强度影响最大的因素是水灰比,较低水灰比的特细砂混凝土强度更高;其次,砂率的大小也是影响混凝土强度的因素;在相同水灰比下,适当调整砂率,能够使其抗压强度满足要求。C30特细砂混凝土的最优配合比为水灰比0.45,砂率0.33。特细砂混凝土试件的抗压强度稍高于中砂混凝土试件的抗压强度,说明特细砂混凝土拌合物的和易性以及硬化后的试件抗压强度能够满足工程要求。又因本试验的研究地点在辽宁省沈阳市,冬季气候较为寒冷,而且生态护岸的一部分会浸泡在河流中,故还需要研究它的抗冻性以及抗渗性,本文利用上述配合比进行抗冻性试验和抗渗性试验,试验结果显示:本文所用特细砂混凝土的抗渗性等级为W6,抗冻性等级为F200,能够为东北地区护岸的建设所用。(4)最后选取辽河新民市内一段河流为例,比较两种方案模拟出的弗劳德数Fr大小。方案一:保持河流原始条件不变,方案二:在河流水位变化区修筑护岸,利用River2D软件模型对这两种情况,分别模拟两种方案的弗劳德数Fr,结果表明:方案二具有较小的弗劳德数Fr,而较小的弗劳德数能有较好的鱼集聚效应,即方案二了改善鱼类的栖息环境。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q178;TV861

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