基于数值模拟的双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀机理探讨

在渠道衬砌板下铺设双层塑料薄膜,使混凝土衬砌板与冻土层之间可滑移、不产生冻结约束,从而达到防治渠道衬砌冻胀破坏的目的,即为双层薄膜防渗衬砌渠道。为了探明其抗冻胀机理及削减冻胀效果,应用ADINA软件对双层薄膜防渗衬砌渠道冻胀进行数值模拟,研究衬砌板应力和变形规律。对比普通渠道,双层薄膜防渗衬砌渠道抗冻胀效果非常显著,自身受力状态得到显著改善,且冻胀变形、冻胀力分布更加均匀;其阴坡、渠底、阳坡切向冻结力极值及均方差降低幅度均大于法向冻胀力降低幅度,揭示了该种渠道通过削弱冻结约束来改善衬砌板冻胀受力及使冻胀量分布均匀的抗冻胀机理。对比梯形断面和弧底梯形,可知双层薄膜防渗衬砌渠道适用断面为弧底梯形,在实际工程中应对弧底板和渠坡板之间的伸缩缝加强管理,或采用整体现浇式结构,以防止渠坡板滑动失稳。这些工作为双层薄膜防渗衬砌渠道的深入研究和推广应用提供了参考。     

方形喷洒域摇臂式喷头流道优化及内部流场数值仿真研究

针对圆形喷洒域摇臂式喷头喷洒重叠多和超喷漏喷普遍,现行方形喷洒域摇臂式喷头机构复杂、旋转能耗大、局部水头损失大、喷洒形状与标准正方形偏差大等问题,该文通过对流量调节器喉口断面菱形化和流道流线化,对方形喷洒域摇臂式喷头流量调节器的形体进行优化,减少了不利的水头损失,实现了精准方形喷洒的目标。根据水动力学的能量方程及动量方程推出了流量调节器局部水头损失的计算公式;并运用三维软件Pro/E建立流量调节器及喷头的三维内流道几何模型,利用CFD软件建立其流体力学RNG k-ε湍流数值模型,对流量调节器及喷头的内流场进行数值模拟,获得了压强、流速的动态分布规律,进而求得优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失及流量,结合同型号喷头的出口流量与射程关系计算出优化前后的射程,进而对优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失、流量、射程及喷洒形状等性能进行全面评价,验证方形喷洒域摇臂式喷头流道优化成果的可靠性。结果表明:优化后的方形喷洒域摇臂式喷头结构简单、水力自控、节能耐久、喷洒形状标准、水头损失小;在额定工作压力范围内优化后的摇臂式喷头水头损失降低25.8%,流量增大12.87%,喷洒形状系数提高15.6个百分点,为方形喷洒域摇臂式喷头的设计制造及应用推广提供理论参考。     

冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型

随着城市供水与生态需水要求的提高,寒冷地区输水渠道冬季运行成为常态,目前冬季运行渠道抗冰冻破坏尚无评价准则与结构设计方法。针对此,基于冬季不输水渠道衬砌结构冻胀破坏的弹性地基梁模型,考虑冰推力、冰约束及渠基土冻胀力对结构的共同作用,在结构破坏的极限平衡状态下,推导得到冬季输水渠道冰盖运行工况下衬砌结构内力计算、应力计算及抗裂准则的解析表达式。通过静冰荷载影响系数、静水压力影响系数和冰冻荷载耦合系数的变化,可统一冬季有无冰盖输水及停水3种典型工况下衬砌结构内力、应力分布计算,进一步提出寒区衬砌渠道冰-冻破坏统一力学模型。以新疆某梯形渠道为研究原型,通过对衬砌坡板内力、应力及冰拔力计算分析,得到冰-冻破坏截面位置和各截面受力的分布规律。对无冰盖输水、带冰盖输水和无冰盖不输水3种典型梯形渠道力学模型进行内力计算对比分析表明,截面最大拉应力极大值分别为4.186、2.447和2.208 MPa,冬季无冰盖输水渠道冰冻破坏最严重(控制工况),无冰盖不输水冰冻破坏最轻,而冰盖运行介于两者中间,三者冰冻破坏规律差异较大。因此,在冬季输水衬砌渠道抗冰-冻设计中建议综合考虑3种典型工况,并按其破坏规律和力学模型进行安全性评价。     

高地下水位区灌溉渠道滤透式刚柔耦合衬护结构试验研究

通过对高地下水位灌溉渠道滑塌破坏成因分析,研究提出了高地下水位区灌溉渠道的滤透式刚柔耦合衬护技术,设计出了4种结构型式及对应的衬护方法,实例应用表明,滤透式刚柔耦合衬护结构具有固坡、护渠、导渗、排水的多重功能。     

三角形明渠水跃共轭水深的近似解法

【目的】推求三角形断面共轭水深的近似计算公式,为梯形断面共轭水深的简捷求解提供参考。【方法】根据三角形断面特征,选取无量纲共轭水深作为参数,首先对用于判别三角形明渠水跃类型的弗劳德数计算公式进行推导,然后对三角形明渠水跃共轭水深方程进行化简,得到三角形断面第二共轭水深的迭代计算公式;在工程常用范围内,通过假设无量纲跃前水深,用迭代公式计算跃后水深,再根据对应的无量纲共轭水深值,利用Matlab软件进行函数配线拟合。【结果】在对共轭水深求解方法进行分析研究的基础上,选用了2个二次多项式之比的形式作为三角形明渠共轭水深的近似计算公式,该式在跃后水深与跃前水深比y/x∈(1,85)时,跃前水深最大相对误差小于0.20%,跃后水深最大相对误差小于0.17%。【结论】推导的三角形断面共轭水深近似计算公式可用于跃后与跃前水深的求解,为梯形断面共轭水深的简化计算提供了新的途径。     

我国城市河流水环境综合规划治理探讨

城市河流水环境建设是城市规划与城市建设的一个重要组成部分,随着我国城市化的快速发展,城市居民的生活环境质量开始下降,尤其是体现在城市河流水环境的恶化方面。针对这一现象,本研究简述了城市河流水环境的含义、构成及功能,并通过对国外河流建设的介绍及对我国城市河流水环境建设现状的分析,提出了我国城市河流水环境综合规划治理的原则与措施。     

圆形断面临界水深新近似计算式

针对目前圆形断面临界水深普遍采用的试算法、图表法存在计算误差大、适用范围小的缺点,提出一种新的近似计算公式。通过对圆形断面临界流公式的数学变换,得到其临界水深的数学模型,并采用最小二乘法进行编程计算,得到了一种求解圆形断面临界水深的新近似直接计算公式。实例计算及误差分析表明,在工程实用范围内该公式最大相对误差小于1%。与现有圆形断面临界水深的计算公式比较,该计算公式计算便捷且适用范围广,可供工程实际参考应用。     

堆石料邓肯张模型的参数敏感性与统计分析

近些年,面板堆石坝在我国水电建设中是重点选择的坝型.有关研究方兴未艾.堆石料的本构模型是面板堆石坝计算分析的重要基础.各种本构模型中,参数均需试验所得,增加了工作难度.由于邓肯模型的广泛应用,目前已积累了相当多的试验资料,在此基础上对邓肯张E-B模型的参数进行敏感性与统计分析,得出了邓肯张模型各参数与空隙率、密度的关系式,从而不需试验即可充分了解模型参数的变化趋势与数值范围.     

梯形渠道砼衬砌体冻胀破坏断裂力学模型及应用

在线弹性断裂力学的基础上,运用已有的渠道砼衬砌冻胀结构力学模型,考虑各种冻胀力的作用,通过合理的假设和简化,将砼衬砌板断裂看作是（Ⅰ+Ⅱ）复合型（张拉型+剪切型）裂纹的扩展问题,提出了适用于渠道混凝土衬砌板的冻胀断裂力学破坏准则,建立了渠道阴坡、阳坡和渠底3个不同位置砼衬砌板的冻胀断裂力学模型及砼衬砌板厚度设计方法。运用渠道砼衬砌体冻胀断裂力学模型不仅可以计算出阴坡、阳坡和渠底的砼衬砌板厚度,而且实例应用表明,通过渠道砼衬砌冻胀断裂力学模型指导渠道砼衬砌体设计是一种符合实际工程简单实际有效的方法。     

弧底梯形渠道砼衬砌冻胀破坏的力学模型研究

弧底梯形渠道以其抗冻胀性能及水力特性良好,在北方寒旱地区得到广泛应用,但该种形式衬砌的结构计算仍无力学模型,该衬砌体的设计只能凭经验选取,而无法量化.该文通过对弧底梯形渠道砼衬砌冻胀破坏机理及破坏特征的分析,指出了弧底梯形渠道砼衬砌整体结构的计算简图是在法向冻胀力及切向冻结力和重力共同作用下的薄壳拱形结构,就局部受力来看属压弯组合变形问题.通过恰当假设及简化,提出了该砼衬砌整体结构冻胀破坏的力学模型,求出了其冻胀控制内力及最大拉应力的计算公式,并结合砼板抗裂条件,给出了胀裂部位、衬砌板厚及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法.理论分析阐明了弧底梯形砼衬砌结构因法向冻胀力数值小、分布均、恢复力大,因此,整体适应变形及抗冻胀能力强,从而更优于梯形断面.实例计算表明该模型安全合理、简单实用.