田间梯形衬砌渠道纵横断面优化设计

本文运用非线性数学模型推导了最优衬砌梯形横断面,它是边坡ｍ＝３／３时的水力最优断面,在此基础上提出了几种田间梯形衬砌渠道纵横断面优化设计方法。     

梯形渠道冻胀数值模拟与边坡系数优化

为了得到梯形衬砌渠道适宜的保温措施和渠道断面形式,采用考虑混凝土材料非线性特性及基土与衬砌间接触力学行为的梯形衬砌渠道冻胀破坏热力耦合数值模型的方法,以黑龙江蛤蟆通灌区总干渠为原型渠道,分析了3种不同保温措施对渠道冻胀量的影响,与不设置保温措施的对比段进行比较,并应用该模型分析了不同边坡系数对梯形渠道冻胀适应性能的影响。结果表明,综合考虑工程安全性与经济性,黑龙江省蛤蟆通灌区渠道最优保温板厚度为渠坡10 cm,渠底12 cm,与试验结果相一致;当梯形渠道保温板厚度取最优值时,梯形渠道最优边坡系数为2,此时渠道衬砌适应冻胀性能较好,工程造价也相对较低;研究结果可为黑龙江及其他北方地区梯形渠道提供参考。     

梯形渠道冻胀数值模拟与边坡系数优化

为了得到梯形衬砌渠道适宜的保温措施和渠道断面形式，采用考虑混凝土材料非线性特性及基土与衬砌间接触力学行为的梯形衬砌渠道冻胀破坏热力耦合数值模型的方法，以黑龙江蛤蟆通灌区总干渠为原型渠道，分析了3种不同保温措施对渠道冻胀量的影响，与不设置保温措施的对比段进行比较，并应用该模型分析了不同边坡系数对梯形渠道冻胀适应性能的影响。结果表明，综合考虑工程安全性与经济性，黑龙江省蛤蟆通灌区渠道最优保温板厚度为渠坡10 cm，渠底12 cm，与试验结果相一致；当梯形渠道保温板厚度取最优值时，梯形渠道最优边坡系数为2，此时渠道衬砌适应冻胀性能较好，工程造价也相对较低；研究结果可为黑龙江及其他北方地区梯形渠道提供参考。     

宁夏支渠结构现状及衬砌破坏成因

针对宁夏支渠衬砌运行中出现冻胀破坏严重现象，通过对灌区现有支渠的梯形断面、U形断面、弧底梯形断面、弧形坡角梯形断面和梯形混合断面（衬砌板＋砌石护脚）5种衬砌结构型式进行调查，阐述了各种衬砌结构的破坏状况、破坏原因和影响因素，着重从渠道结构、断面型式、流量、走向、挖填方、地下水位、施工工艺等方面进行分析，通过引用大量的调查资料分析说明各种衬砌结构的优缺点，提出结构优化的建议，这将对宁夏支渠的节水改造，防治渠道冻胀破坏，延长渠道使用寿命等方面起到积极的作用。     

灌溉渠道的最优断面

灌溉渠道的最优断面均匀流灌溉渠道的设计可以通过尽量缩小过流面积和湿周来优化费用。许多文献述及最优边坡有唯一值。例如，三角形断面的最优边坡ｍ＊＝１（见附图ａ）；梯形断面的ｍ＊＝３－０．５（见附图ｃ）。然而，最优断面的线性尺寸与最优正常水深ｙ＊ｎ有关。例...     

复式断面渠道渠系水利用系数测算方法研究

【目的】研究采用复式断面渠道的灌区渠系水利用系数更精确地测算方法。【方法】采用动水测定法测定了渠道各断面水力要素,之后通过修订后的戴维斯-威尔逊公式和考斯加科夫渠道渗漏经验公式求得研究区域复式断面渠道渠系水利用系数,对比分析了各渠道水损失以及渠系水损失量。【结果】动水测定法更适合不断流复式断面渠道水力要素的测算;采用标准梯形断面渠道衬砌的方式渠道损失最小;考斯加科夫渠道渗漏经验公式求得灌区渠系水利用系数为0.75,而戴维斯-威尔逊公式求得灌区渠系水利用系数为0.82,更加接近实际值0.86,精确度提高了9.5%。【结论】由于占地、开挖等影响因素,灌区渠系衬砌后多形成复式断面渠道,灌区渠道衬砌优先采用标准梯形断面衬砌方式。对于这类渠系工程,动水测定方法明显优于典型渠道测量方法,戴维斯-威尔逊公式也更适用于复式断面渠道的渠系水利用系数的测定。     

梯形与准梯形渠道冻胀有限元分析

根据混凝土衬砌梯形渠道冻胀变形及破坏特征,通过恰当的假设及简化,利用有限元分析软件ANSYS对其冻胀过程进行数值模拟,对温度场和应力场及变形场进行分析研究,模拟结果与野外观测资料基本吻合,表明渠道冻胀的二维有限元数值模拟能够为季节冻土区渠道工程设计及力学计算提供参考和科学依据,同时模拟了准梯形渠道冻胀,指出准梯形断面抗冻胀能力高于梯形断面.     

根据最小衬砌材料费用设计渠道断面的方法

一、引言渠道衬砌材料的费用,取决于所用衬砌材料的体积。取单位长度,则材料的费用是衬砌厚度和周长的函数,而厚度和周长是由渠道断面的形状决定的,一定的底坡条件下,过水能力也是断面形状的函数。利用这些相互关系,可以确定衬砌材料费用最小的渠道断面。如果渠道用一种材料以均匀厚度衬砌,问题就简化为只要确定一个最佳水力断面。如所用的衬砌材料或衬砌厚度是不同的,则问题就变得复杂。本文要阐说的是:当梯形(或矩形)渠道渠底和两侧单位面积衬砌材料费用不同时,求其最小费用的断面。     

对衬砌渠道横断面开挖计算的补充

《农田水利与小水电》1983年第5期曾发表程振远同志《衬砌渠道横断面开挖计算》一文,对梯形衬砌渠道的工程设计和施工放线很有帮助。但在实际工作中,当衬砌渠道的边坡断面为楔形时,则计算式已不适应而感到困难。若采用以下方法,则上述问题可以解决,而且计算简便。本方法不论对刚性或柔性防渗材料进行渠道衬砌,只要是梯形渠     

U形衬砌渠道结构及水力最佳断面的分析

通过对U形断面渠道的衬砌冻胀破坏特征、机理的分析,指出最优U形断面应是从结构和水力两方面考虑的,通过合理的假设,建立简单的力学模型,以衬砌体结构抗冻胀性能最优及水力最佳为原则,最终推出最优的U形渠道断面参数孤底圆心角和圆弧上部直线段的长度.同时,指出了U形衬砌渠道的冻胀力分析可以表达成最大冻结力的函数,而最大冻结力是反映土质、负温及水分状况的综合指标,只要根据经验或实验确定了最大冻结力,再结合渠道几何要素及衬砌材料的力学指标和衬砌结构的有关参数,就能计算出最优U形断面的参数,使问题简单化、定量化.该计算方法的结果表明符合工程实践的要求,而且安全合理,使用简单.     

渠道衬砌几个问题的探讨

1　Ｕ形渠与梯形渠、矩形渠衬砌工程量的分析比较在相同的流量、比降、糙率条件下 ,Ｕ形渠比梯形渠和矩形渠节省多少衬砌工程量 ,教科书和有关资料没作回答。本文试图作较系统的量的分析比较 ,这也是推广Ｕ形渠的主要依据和关键问题所在。设Ｕ形渠和梯形渠、矩形渠的衬砌厚度相同 ,在一定的流量、比降、糙率条件下 ,比较Ｕ形渠、梯形渠、矩形渠的衬砌工程量 ,等于它们的湿周比较。1.1　Ｕ形渠的水力计算公式水深ｈ =12 +β Ｄ过水断面Ｗ =π8+β Ｄ2湿周 χ =π2 +2 β Ｄ水力半径Ｒ =ｗχ =π8+β Ｄ/π2 +2 β谢才系数Ｃ =Ｒ1/ 6/ｎ断面平…     

弧底梯形渠道抗冻胀结构优化与数值模拟

在季节性冻土地区,弧底梯形渠道属于抗冻胀结构之一,但其设计方法仍依靠经验和规范,设计结构易发生冻胀破坏,为此提出了结构优化的方法进行渠道设计。该方法包括构建结构优化数学模型和"冻土-衬砌结构"简化算法二方面内容。首先以渠道造价为目标函数,以实用经济断面、衬砌体拉应力和法向位移为约束,建立结构优化数学模型。其次采用"初始冻胀位移"模拟高度非线性的法向冻胀力,通过定义摩尔库仑摩擦单位模拟冻土与衬砌间的相互作用,最后基于ANSYS的APDL语言的二次开发建立参数化模型进行结构优化。通过实际工程的结构优化表明,在最不利气象和水文地质条件下,优化后的断面可保证渠道不产生裂缝;同时节约土地面积207 m~2/km,衬砌厚度减小0.3 cm。提出的方法可用于弧底梯形渠道结构计算和优化设计,可以获得运行安全、造价合理的断面尺寸。     

基于数值模拟的“适变断面”衬砌渠道抗冻胀机理探讨

能适应渠基冻胀变形的衬砌渠道简称“适变断面”渠道。为了探明其抗冻胀机理及削减冻胀效果,应用ADINA软件对混凝土衬砌“适变断面”渠道冻胀进行数值模拟,计算渠道冻胀的温度场、变形场和应力场,研究衬砌板应力和变形规律,并与弧形坡脚梯形渠道比较分析表明：“适变断面”渠道能降低最大法向冻胀量55.11%、最大法向冻胀力51.65%、最大切向冻结力56.85%;通过冻胀量均方差及冻胀力分析比较,“适变断面”使渠道受力状态得到显著改善,冻胀变形分布更加均匀;衬砌板法向错位值总计1.3 cm,纵向伸缩缝周向压缩值总计为9.7 cm,揭示了“适变断面”渠道利用宽纵缝既能释放衬砌板法向冻胀变位,又能吸收周向冻胀变位,从而适应渠基冻胀变形减轻冻害的抗冻胀机理。最后通过模拟计算了“适变断面”渠道冻胀量均方差对边坡系数的敏感性,指出边坡系数i约为1∶1.7～1∶1.4时,“适变断面”渠道抗冻胀效果很显著,为“适变断面”渠道的推广及优化设计提供了参考。     

宁夏季冻区骨干输水衬砌渠道冻害调查与原因分析

【目的】总结宁夏骨干输水衬砌渠道冻害现状,分析造成渠道冻害问题频发的主要原因。【方法】在对宁夏引黄灌区骨干渠道深入调研的基础上,总结冻害现状及特征规律,量化分析了不同影响因素对冻害影响程度。【结果】梯形断面主要发生错台、整体脱空、滑塌及开裂,弧底梯形断面主要发生坡脚、渠底开裂以及错台,弧形坡脚梯形断面主要发生坡脚开裂以及拱起破坏;渠道不同位置处的最大冻融深度随着地下水位埋深的增大而增大,地下水位埋深对最大冻融深影响的敏感程度顺序为:渠顶>1/2渠坡>渠底;各月平均地面冻深呈现阴坡>渠底>阳坡,冻结速率阴坡最大,阳坡与渠底冻结速率大小不一;东西走向阴坡冻深为阳坡的1.3～2.4倍不等,渠底位置冻深最大,阴坡坡脚次之;南北走向阴坡坡脚冻深为阳坡的1.1～2.0倍不等,渠底位置处冻深最小;不同结构型式对冻胀量不均匀程度影响:梯形>弧形坡脚梯形>弧底梯形渠道。【结论】破解宁夏引黄灌区骨干渠道冻害破坏严重的问题,仍需从解决高地下水位影响、混凝土材料性能提升、纵缝设置不规范突出问题出发,开展符合区域实际特点的滤透式衬砌结构优化研究,混凝土干湿、冻融、盐渍化交互影...     

实用弧形坡脚梯形断面的设计

以梯形断面同边坡系数、同底宽为条件,导出了弧形坡脚梯形断面的几何尺寸及水力要素计算公式,还编制了不同边坡系数弧形坡脚梯形断面设计参数表,并通过实例说明渠道断面设计方法。     

模袋混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型及应用

为了探究寒区模袋混凝土梯形衬砌渠道冻胀破坏力学模型,通过总结寒区模袋混凝土梯形衬砌渠道的冻胀破坏形式,对模袋混凝土梯形衬砌渠道发生冻胀破坏的机理进行分析,并结合大量的野外试验,对寒区模袋混凝土衬砌渠道的受力问题进行研究.在此基础上,通过对衬砌渠道合理的假设和简化,提出了模袋混凝土梯形衬砌渠道受冻胀破坏的力学模型,推导出模袋混凝土在空洞处内力表达式,同时总结了模袋混凝土衬砌结构发生冻胀破坏的判断准则.通过有关规范确定了最大法向冻胀力和切向冻结力,即可求出模袋混凝土的内力,并对模袋混凝土的厚度进行验算,为今后的工程设计提供一定的理论依据.在实际工程中,模袋混凝土衬砌结构在空洞处容易发生断裂破坏,应避免模袋混凝土衬砌结构出现空洞现象.     

平底抛物线形复合渠道水力最佳断面计算方法

为了解决抛物线形断面应用在大中型渠道上存在深度大、工程量大等问题,提出了一种水平渠底和平方抛物线形渠坡的抛物线复合断面渠道,推导出了过水断面面积、湿周的计算公式,并根据明渠均匀流理论,建立了平底抛物线复合渠道水力最佳断面情况下的流量和水深关系式,借助Mathcad软件计算出最优宽深比,推导出了平底抛物线复合渠道水力最佳断面水深、水面宽度、过水断面面积和湿周的计算公式.通过实例计算,当流量Q为30 m³/s时,在水力最佳断面情况下,平底抛物线复合渠道的水深H₀为2.904 m,水面宽度B₀为6.278 m,过水断面面积A₀为13.604 m²,因此,相同流量下平底抛物线复合渠道的过水断面面积比梯形渠道减小了1.7%,比弧脚梯形渠道减小了0.2%,表明平底抛物线复合渠道是一种比梯形和弧形坡脚梯形渠道更为优越的渠道断面形式.     

梯形明渠临界水深的计算解法

1 梯形断面渠道临界水深计算方法 梯形断面渠道临界水深hk的计算是水力计算中的一个基本问题,设梯形断面渠道底宽为b,边坡系数分别为m1、m2,设计流量为Q,水深为h,见图1.     

扩散型梯形断面跃后共轭水深的解析计算研究

针对现有水闸消能计算公式只适用于矩形断面的不足,而浙江沿海地区挡潮排涝闸已创新性地采用了梯形断面,水闸规范(SL-265-2001)消能公式需补充完善。根据水力学理论和数学理论对扩散型梯形翼墙水闸水力消能计算进行了研究,推导出了相对收缩水深的解析计算式和扩散型梯形翼墙消力池的水跃共轭水深基本方程,并利用数学方程理论和因式分解法给出了无扩散时梯形断面跃后水深的一元四次方程公式解,进而给出了梯形断面跃后水深通用简捷计算公式,并通过Matlab软件数值分析,认为该跃后水深通用算式精度较高。     

关于弧底梯形渠道横断面设计方法的探讨

从多泥沙河流取水的灌区渠道大都存在泥沙淤积的现象，笔者通过理论分析找到了弧底梯形渠道横断面设计的新思路——即通过数学公式解弧底梯形的水力最佳断面的水深来确定弧底梯形断面，较好地解决了弧底梯形渠道设计成果不太理想和渠道泥沙淤积的难题。