水工泥沙实验工试题及答案

水工泥沙实验工试题及答案一、单项选择题（每题1分，共30分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在泥沙起动实验中，采用“可视化突移法”判断起动临界条件时，通常以颗粒连续移动不少于多少颗作为标准？（）A.3颗B.5颗C.7颗D.10颗答案：B2.利用虹吸式采样器采集高含沙水流时，为保证样品代表性，管内流速应控制为外部水流流速的多少倍？（）A.0.8～1.0B.1.0～1.2C.1.2～1.4D.1.4～1.6答案：B3.在振荡网格湍流槽中进行泥沙悬浮实验时，网格振荡频率f与泥沙沉速ω的无量纲判据为（）A.f/ωB.ω/fC.f·ω/gD.ω²/fν答案：B4.采用激光粒度仪（LISST100）测量絮凝泥沙粒径时，仪器默认的颗粒折射率应设定为（）A.1.05B.1.15C.1.25D.1.35答案：B5.水槽实验中发现模型沙存在“剥裂”现象，其最可能原因是（）A.模型沙密度过大B.模型沙级配过宽C.模型沙含水率过低D.模型沙形状系数过小答案：C6.在进行推移质输沙率标定时，采用“捕集法”测得的输沙率与“示踪法”相比，一般（）A.偏大B.偏小C.相等D.无法比较答案：A7.利用超声测距传感器监测河床冲淤变化时，传感器最佳安装俯角为（）A.0°B.15°C.30°D.45°答案：C8.在浑水管道摩阻实验中，当体积含沙量Cv=5%时，相同流量下浑水摩阻系数与清水相比约增加（）A.5%B.10%C.15%D.20%答案：C9.采用“标准漏斗法”测定泥沙干容重时，漏斗下口直径应为（）A.5mmB.10mmC.15mmD.20mm答案：B10.在动床模型实验中，若选用轻质煤粉（ρs=1.35g/cm³）模拟天然沙（ρs=2.65g/cm³），则根据起动相似，模型比尺λd应满足（）A.λd=λhB.λd=λh^0.5C.λd=λh^0.72D.λd=λh^1.0答案：C11.利用ADV测量近底高含沙水流时，为减少粒子屏蔽效应，应将采样频率设为（）A.1HzB.5HzC.10HzD.25Hz答案：D12.在浑水能量坡度实验中，当含沙量超过临界值后，继续增大含沙量将导致（）A.能耗率单调增加B.能耗率单调减小C.能耗率先增后减D.能耗率先减后增答案：C13.采用“染色线法”测量明槽流速分布时，染色液注入点应位于水面以下（）A.0.1hB.0.2hC.0.3hD.0.4h答案：B14.在泥沙沉降筒实验中，为保证颗粒自由沉降，筒径与最大粒径之比应大于（）A.50B.100C.150D.200答案：B15.利用压力差法测量管道泥沙浓度时，压差信号与浓度呈线性关系的上限Cv约为（）A.0.05B.0.10C.0.15D.0.20答案：B16.在动床模型实验中，若选用石膏沙作为模型沙，其遇水软化时间约为（）A.5minB.15minC.30minD.60min答案：B17.采用“声呐剖面仪”监测水库泥沙淤积时，仪器垂直分辨率为（）A.1cmB.2cmC.5cmD.10cm答案：B18.在浑水能量方程中，泥沙附加能耗项与流速的几次方成正比？（）A.1B.2C.3D.4答案：C19.利用“双筒法”测定泥沙絮凝沉速时，内外筒直径比应为（）A.1.2B.1.5C.2.0D.2.5答案：C20.在振荡流槽实验中，为防止床面出现“驻波”，槽长与波长之比应避开（）A.0.5B.1.0C.1.5D.2.0答案：B21.采用“荧光示踪沙”测量推移质运动距离时，其荧光寿命应大于实验周期的（）A.1倍B.2倍C.3倍D.5倍答案：C22.在管道输送实验中，临界淤积流速与管径的几次方成正比？（）A.0.2B.0.35C.0.5D.0.7答案：B23.利用“高速摄影法”测量泥沙起跳高度时，帧率应不低于（）A.250fpsB.500fpsC.1000fpsD.2000fps答案：C24.在浑水明槽实验中，当泥沙沉速与剪切速度之比ω/u=0.3时，泥沙处于（）A.完全悬浮B.间歇悬浮C.推移运动D.静止答案：B25.采用“电阻率法”测量泥沙浓度时，电极间距与粒径之比应大于（）A.10B.20C.30D.50答案：B26.在动床模型实验中，若模型沙采用电木粉（ρs=1.45g/cm³），则其水下休止角比天然沙（）A.大5°B.小5°C.大10°D.小10°答案：B27.利用“声多普勒剖面仪（ADCP）”测量高含沙水流时，当含沙量大于多少时需进行信号衰减修正？（）A.1kg/m³B.5kg/m³C.10kg/m³D.20kg/m³答案：C28.在泥沙起动实验中，采用“可视概率法”判断起动时，一般取起动概率为（）A.0.1B.0.2C.0.5D.0.8答案：C29.采用“振动筛分法”测定泥沙级配时，筛分时间应控制在（）A.5minB.10minC.15minD.30min答案：B30.在浑水管道实验中，当输送流速大于临界淤积流速后，继续增大流速将导致单位长度能耗（）A.单调增加B.单调减小C.先增后减D.先减后增答案：A二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）31.下列哪些因素会直接影响泥沙絮凝沉速的测量结果？（）A.水温B.盐度C.含沙量D.光照强度E.pH值答案：ABCE32.在动床模型实验中，为保证泥沙起动相似，需同时满足（）A.粒径比尺B.密度比尺C.沉速比尺D.流速比尺E.时间比尺答案：ABCD33.采用“超声衰减法”测量高含沙量时，需进行哪些修正？（）A.温度修正B.粒径修正C.气泡修正D.盐度修正E.粘度修正答案：ABCE34.下列哪些方法可用于测量泥沙水下休止角？（）A.倾斜板法B.抽板法C.漏斗法D.旋转圆筒法E.剪切盒法答案：ABD35.在浑水能量坡度实验中，需同步测量哪些参数？（）A.流量B.水深C.含沙量D.水温E.床面高程答案：ABCDE36.利用“高速摄影”研究泥沙起跳特性时，需标定哪些几何参数？（）A.像素尺寸B.镜头畸变C.曝光时间D.帧率E.景深答案：ABE37.在管道输送实验中，临界淤积流速受哪些因素影响？（）A.管径B.泥沙粒径C.泥沙密度D.含沙量E.管道倾角答案：ABCDE38.下列哪些属于非接触式泥沙浓度测量技术？（）A.超声衰减B.电阻率C.光学后散射D.辐射透射E.荧光示踪答案：ACD39.在振荡网格湍流槽中，网格几何参数包括（）A.网格间距B.网格直径C.网格厚度D.网格材质E.网格孔隙率答案：ABCE40.利用“声呐剖面仪”进行水库淤积测量时，需考虑哪些误差来源？（）A.声速剖面B.水体含气C.船体摇摆D.底跟踪丢失E.温度漂移答案：ABCD三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）41.在泥沙沉降筒实验中，筒径越大，测得的絮凝沉速越大。（）答案：×42.采用“抽板法”测量水下休止角时，抽板速度越慢，测得角度越接近真实值。（）答案：√43.在动床模型实验中，若只满足起动相似而不考虑输沙相似，则河床变形时间比尺与流速比尺无关。（）答案：×44.利用“荧光示踪沙”进行实验时，荧光强度随时间呈指数衰减，需进行光漂白修正。（）答案：√45.在浑水管道实验中，临界淤积流速随含沙量增加而单调减小。（）答案：×46.采用“高速摄影”测量泥沙起跳速度时，镜头应与床面垂直以减小透视误差。（）答案：×47.在振荡流槽实验中，槽底铺设阻尼层可有效抑制二次流。（）答案：√48.利用“ADCP”测量高含沙水流时，底跟踪信号丢失可作为含沙量过高的判据之一。（）答案：√49.在泥沙起动实验中，采用“可视概率法”比“突移法”更适用于细颗粒。（）答案：√50.采用“电阻率法”测量泥沙浓度时，电极极化效应随频率升高而增强。（）答案：×四、填空题（每空1分，共20分）51.在泥沙沉降筒实验中，为保证颗粒自由沉降，筒内初始含沙量应小于________kg/m³。答案：152.利用“振动筛分法”测定级配时，筛分终点判定标准为每分钟通过量小于总质量的________%。答案：0.553.在动床模型实验中，若采用轻质煤粉，其水下休止角约为________°。答案：2854.采用“超声衰减法”测量含沙量时，声波频率一般选用________MHz。答案：1～555.在振荡网格湍流槽中，网格振荡行程与网格间距之比应大于________。答案：256.利用“高速摄影”测量泥沙起跳高度时，镜头俯角一般控制在________°以内。答案：1557.在管道输送实验中，临界淤积流速经验公式中指数n对于细沙一般取________。答案：0.3558.采用“荧光示踪沙”时，其荧光寿命应大于实验周期的________倍。答案：359.在浑水能量坡度实验中，附加能耗项与含沙量呈________次方正比。答案：160.利用“声呐剖面仪”测量淤积时，声速剖面测量误差应小于________m/s。答案：0.561.在泥沙起动实验中，采用“可视概率法”时，观测窗口面积一般不小于床面面积的________%。答案：1062.采用“电阻率法”测量时，电极材料多选用________以减少极化。答案：铂黑63.在动床模型实验中，时间比尺λt与流速比尺λv、水平比尺λl的关系为λt=________。答案：λl/λv64.利用“ADCP”测量时，水体跟踪与底跟踪速度差大于________m/s时认为底跟踪失效。答案：0.165.在振荡流槽实验中，为防止床面出现驻波，槽长应避开波长的________倍。答案：整数66.采用“倾斜板法”测量水下休止角时，倾斜速率应小于________°/s。答案：0.167.在浑水管道摩阻实验中，当Cv=10%时，摩阻系数比清水约增加________%。答案：2568.利用“抽板法”时，抽板加速度应小于________m/s²。答案：0.0169.在泥沙沉降筒实验中，筒高与最大粒径之比应大于________。答案：100070.采用“标准漏斗法”测定干容重时，漏斗下口距受料面高度为________cm。答案：5五、简答题（每题10分，共30分）71.简述利用“高速摄影+激光片光”测量泥沙起跳特性的实验步骤与数据处理方法。答案：（1）实验布置：在水槽侧壁架设高速相机（1000fps），激光片光（532nm，1W）垂直床面形成0.5mm厚光幕，相机光轴与片光夹角15°，标定像素尺寸0.05mm/px；（2）图像采集：连续拍摄3000帧，覆盖面积10cm×8cm，同步记录流速、含沙量；（3）图像预处理：采用背景差分法去除噪声，利用CLAHE算法增强对比度；（4）颗粒识别：基于Hough圆检测算法识别粒径>0.2mm颗粒，采用Kalman滤波跟踪轨迹；（5）参数提取：计算起跳高度h、起跳角θ、起跳速度v0，统计概率密度函数；（6）误差修正：考虑透视畸变、景深误差，采用棋盘格二次标定，修正后相对误差<3%；（7）数据输出：给出h、θ、v0的均值、标准差及与Shields数的经验关系。72.说明“超声衰减法”测量高含沙量的原理，并给出浓度反演公式及温度修正方法。答案：原理：声波在浑水中传播时，因颗粒散射与吸收导致能量衰减，衰减系数α与含沙量Cv呈正相关。反演公式：Cv=(α−αw)/(K·f²)，其中αw为清水衰减系数，K为颗粒散射系数（与粒径d、频率f相关），f为声波频率。温度修正：K(T)=K0[1+0.03(T−20)]，αw(T)=αw20[1+0.02(T−20)]，最终Cv(T)=Cv20·K0/K(T)·αw(T)/αw20，修正后温度漂移<1%。73.论述动床模型实验中“起动相似”与“输沙相似”同时满足的约束条件，并给出比尺关系推导。答案：起动相似要求Shields数相等：θm=θp，即(ρs−ρ)gd/(ρu²)|m=(ρs−ρ)gd/(ρu²)|p，得λd=λh·λρs/λu²；输沙相似要求单宽输沙率比尺λqs=λqs(p)/λqs(m)，根据MeyerPeter公式qs∝(θ−θc)^1.5·[(ρs−ρ)g]0.5·d^1.5，得λqs=λd^1.5·λρs^0.5·λ(θ−θc)^1.5；联立流速比尺λu=λh^0.5，最终得λd=λh^0.72，λqs=λh^1.08，λt=λh^0.28，实现同时相似。六、计算题（每题15分，共30分）74.已知某管道输送实验：管径D=0.1m，泥沙中值粒径d50=0.