渠道滤透式刚柔耦合衬护结构经济特性分析

采用工程实例分析了渠道滤透式刚柔耦合衬护结构的工程造价、维护费用,并与其它衬砌形式进行了对比分析。结果表明:在高地下水位区,渠道滤透式刚柔耦合衬护结构在工程造价、使用寿命、管理维护费用等经济特性上明显优于其它衬护形式,技术可靠,经济合理,具有推广应用价值。     

锥-板环形水槽的研制及其在颗粒起动试验中的应用

在颗粒起动观测试验中,传统长直型水槽及环形水槽试验无法观测流体长期作用下的颗粒运动,依据锥-板转子流变仪原理,设计了一种锥-板环形水槽装置;采用无量纲拖曳力作为起动时的流体力学指标,结合CCD(电荷耦合组件,charge coupled device)成像技术及PIV(粒子图像测速,particle image velocimetry)技术,运用该装置对层流时无黏性均匀颗粒在流体长期作用下的运动形态及起动规律进行了观测,观测发现流体长期作用下颗粒的起动为连续的起动过程,存在2个不同的临界状态,分别为初始临界状态和饱和临界状态,初始临界状态下的起动拖曳力和经典Shields曲线的取值基本一致,饱和临界状态下的起动拖曳力明显高于Shields曲线的取值,表明锥-板环形水槽是一种合理有效的颗粒起动观测装置,特别适用于流体长期作用下的颗粒起动规律研究。     

排灌输水隧洞正常水深的简捷算法

为了使标准城门洞形断面正常水深的求解具有简单的显函数计算公式,对标准城门洞形断面正常水深的基本方程进行恒等变形,将水面位于底角圆弧段和顶弧段正常水深的超越方程以及水面位于侧边直线段正常水深的高次方程,变成无量纲化正常水深与已知量综合参数的单变量函数方程.引入准线性函数的概念并将准线性函数作为标准模板,再对正常水深的单变量函数方程应用准线性函数标准模板,在工程常用范围即无量纲化正常水深y∈[0.051,.80]范围内进行优化计算及准线性函数逼近,得到了超越方程和高次方程的替代函数方程,替代函数具有类似于线性函数形式,即正常水深的准线性显函数表达式,并进行误差分析.结果表明,在隧洞底部圆弧段正常水深的最大相对误差小于0.36%,侧边直线段正常水深的最大相对误差小于0.31%,顶弧段正常水深的最大相对误差小于0.39%,说明准线性公式在隧洞有效水深范围内计算的水深准确度较高,可为排灌输水隧洞的断面设计及实现渠道水位控制时确定均匀流水深提供参考.     

典型断面渠道临界水深计算

系统总结了明渠特征水深研究领域的计算方法,评价了各方法的特点;为了优选出典型断面渠道临界水深简捷、通用、精度高、适用范围广的显式计算公式,通过定义包含典型断面几何要素及流量的量纲为一的参数,将目前成果中临界水深的显式计算公式用定义量纲为一的参数进行统一表达,并对其进行简捷性、精度及适用范围的综合评价比较,优选出梯形、圆形、弧底梯形、普通城门洞形、马蹄形等5种典型断面渠道临界水深的显式计算公式;对标准城门洞形断面的临界水深应用最优一致逼近原理,提出以幂函数形式分段表达的新显式计算公式．误差分析表明,在工程常用范围内,由推荐的显式公式所计算的6种典型断面的临界水深,其最大相对误差均小于1％,满足工程设计对精度的要求．该研究可为典型断面排灌渠道的设计及水力计算提供参考．     

渠道冻胀敏感性数值模拟分析

渠道冻胀破坏机理复杂,其主要影响因素可归纳为土、水、温与附加荷载等4个方面。为了探明渠道冻胀影响因素对于混凝土衬砌渠道的影响程度和规律,利用正交实验设计理论,选取渠道冻胀不均匀系数作为评价指标,渠道断面形式、混凝土衬砌板厚度、分缝位置、渠基土冻胀系数和混凝土衬砌板弹性模量E作为影响因素,利用有限元软件ADINA进行数值模拟,研究各因素对渠道冻胀的敏感性。结果表明,5个因素敏感性由大到小依次排列为:渠道断面形式渠基土冻胀系数分缝位置混凝土衬砌板厚度混凝土衬砌板弹性模量E,从而为探索混凝土衬砌渠道最有效的抗冻胀措施及设计方法提供了科学合理的方法和依据。     

考虑太阳热辐射的混凝土衬砌渠道冻胀数值模拟

针对渠道冻胀数值模拟分析依赖于实测温度而无法直接预测渠道冻胀及设计的缺陷,考虑日照对衬砌渠道冻胀量及冻胀力的影响,根据冻土力学及冻土物理学和热辐射原理,利用有限元软件ANSYS按瞬态温变模式加载温度,对衬砌渠道冻胀过程进行动态数值模拟,得到了考虑与不考虑太阳热辐射两种情况下渠道温度、应力和变形场的分布规律.对比可知：考虑热辐射的衬砌渠道冻胀规律与实测正弦型温度变化引起的冻胀规律一致,考虑热辐射的渠基温度大于正弦温度变化法计算而得的渠基温度值,特别是渠道阴坡,考虑热辐射计算的冻胀力、冻胀量均小于正弦型温度变化法计算所得.     

弧形钢闸门空间框架体系可靠度分析

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》、结构可靠度理论及弧形钢闸门空间框架的失效模式,提出其空间框架体系可靠度计算的串联模型及计算方法;在对钢闸门基本构件可靠度研究的基础上,应用该串联模型及计算方法,分析了弧形钢闸门空间框架体系的可靠度。结果表明：按现行规范设计的双支臂弧形钢闸门空间框架体系的可靠度指标最低为３．４（１６Ｍｎ钢）或３．２（３号钢）,比基本构件的可靠度指标小０．８５,与建筑《设计标准》的可靠度指标一致。     

堆石料邓肯张模型的参数敏感性与

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,本文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。     

太阳辐射作用下冻结期衬砌渠道温度场分析

【目的】对季节性冻土区衬砌渠道在太阳辐射作用下的温度场进行数值模拟,分析太阳辐射对渠道温度分布的影响。【方法】利用Hottel太阳辐射模型,结合热传导理论和有限元分析方法,考虑渠道自身的遮蔽作用,对太阳辐射作用下的梯形衬砌渠道的温度场进行计算。【结果】提出了梯形渠道太阳辐射的计算方法;衬砌渠道表面太阳辐射的日变化表现为早晚最小、中午最大;渠道阴、阳坡接受到的太阳辐射差异明显,阴坡太阳总辐射约为阳坡的20%;渠道表面温度的日变化趋势与大气温度相同,近似为正弦分布,其温度变幅小于大气温度变幅,变化滞后于太阳辐射约2.5h,阴、阳坡温度最大相差4℃左右,阳坡温度值与日间温度增加速率均大于阴坡。【结论】渠道温度变化与太阳辐射有密切关系,阴、阳坡接受到的太阳辐射量不同是渠道温度存在较大差异的原因,太阳辐射是渠道冻融循环的动力,在渠道冻胀研究中必须考虑太阳辐射的影响。     

马蹄形隧洞断面收缩水深的迭代法计算

为了得到计算马蹄形断面隧洞收缩水深的好方法,该文通过引入恰当的无量纲参数并对马蹄形隧洞收缩断面的能量方程做恰当的数学变换,使各种马蹄形断面收缩水深的计算公式统一化,并推导出计算收缩水深的迭代公式;给出判别收缩水深范围的分界流量,即可计算断面收缩水深。算例表明,该方法简单、准确、通用。