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[博士论文] 薛冰寒
水工结构工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:为了缓解能源紧缺的局面,更多地开发利用可再生能源,中国在西部地区修建了一系列高拱坝。中国西部地区的高拱坝大多位于高地震烈度区,一旦在强震作用下遭到破坏,将对下游地区的人民生命和财产安全造成重大影响。因此,确保混凝土高拱坝的抗震安全,防止严重地震灾变,具有重大的战略意义。三维双曲高拱坝形状复杂,上游面与坝前无限库水相连、底部与无限地基相连、坝体内部有横缝的存在,所以必须在考虑坝体横缝影响的同时,把坝体-库水-地基作为一个开放的波动系统进行处理。
  比例边界有限元方法是一种半解析的数值方法,具有仅需离散计算域的外边界,将问题维度降低一维、精确模拟无限域、无需基本解等特点,但文献中目前还未发现比例边界有限元方法用于求解三维静动力接触问题的算例。本文目的在于发展比例边界有限元方法对高拱坝静动力响应分析的研究,重点研究了保障不同特性子域界面连续性的有效算法;静动力作用下拱坝横缝接触问题的求解;基于比例边界有限元方法的高拱坝坝体-无限库水-无限地基体系动力相互作用的高效高精度计算模型。
  本文主要包括以下方面的内容:
  1、提出了基于比例边界有限元方法的Mortar方法,施加不同子域交界面的连续条件,适于不同子域根据计算要求和材料特性不同,可以采用灵活的网格剖分形式,便于交界面上疏密网格的过渡。算例表明,该方法可以保障交界面连续性达到比较高的计算精度,有利于解决实际工程问题。
  2、将比例边界有限元方法扩展到接触问题的求解中,提出了考虑静动力摩擦接触效应的比例边界有限元-B可微方程组方法。应用比例边界有限元方法只需离散计算域中含接触区域的边界,降低了求解维度;采用基于NURBS基函数的比例边界有限元方法可精确描述接触边界的几何形状;B可微方程组方法可精确模拟摩擦接触条件,且其求解方法的收敛性具有理论保证;对于网格非匹配的接触问题,采用Mortar方法进行处理。算例表明,该方法具有降维,精度高和收敛性稳定的特点。
  3、基于比例边界有限元方法建立了考虑横缝非线性的坝体-库水-地基相互作用的高效时域计算模型。该模型可综合考虑无限地基的辐射阻尼、库水的可压缩性、库底及岸坡的能量吸收作用、无限库水的辐射条件和横缝键槽等因素对坝体静动力响应的影响。另外,该模型只需要离散坝体与无限库水的交界面、坝体与无限地基的交界面和坝体各子结构的表面,可降低网格剖分的工作量、数据存储量和计算量。编制了相应的计算程序NDAADTSB,已实现了考虑横缝作用的坝体静力分析和不考虑横缝作用的坝体-库水-地基系统的时域地震响应分析等功能,并采用该程序对某拟建高拱坝进行了地震响应分析,为拱坝的抗震安全评价提供了技术依据。
[博士论文] 刘兴宗
岩土工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国水电能源开发战略的实施,西南地区建立起一大批大型水利水电工程。这些水电工程所处地区的地质条件恶劣,加之蓄水阶段库水位变化大,使这些水电工程所伴随的高陡岩质边坡稳定性问题尤为突出。因此,高陡岩质边坡蓄水期的变形破坏规律以及稳定性的研究非常重要。
  本文围绕着“高陡岩质边坡蓄水期的稳定性”这一科学问题,以大岗山水电站右岸边坡为工程背景,开展了蓄水期的微震监测及数值仿真试验。通过微震监测结果及数值仿真试验,展现了水电高陡岩质边坡蓄水期渐进性破坏的过程,探讨了水电高陡岩质边坡蓄水期发生损伤的机理,揭示了水电高陡岩质边坡蓄水期微震活动特征,评价了水电高陡岩质边坡蓄水期稳定性。此外,将微震监测与地震预报理论结合,提出了一个边坡失稳预警的指标,为类似大型水电工程高陡岩质边坡蓄水期失稳预警提供了新思路。本文主要的研究成果如下:
  (1)在“以提高材料参数的方式来等效锚索对边坡的加固效果”思路的指导下,通过数值模拟获得了大岗山水电站右岸边坡锚索加固区等效的材料属性。计算结果表明:调高锚索加固区内材料的内聚力、内摩擦角和弹性模量,可以起到等效锚索加固的效果。其中,提高内聚力、内摩擦角对等效加固的效果不明显,提高弹性模量对等效加固的效果明显。
  (2)首次将微震监测技术应用于蓄水期高陡岩质边坡的稳定性监测。根据微震活动的时空分布规律、地震变形演化规律和能量密度演化规律,圈定了库水位上升阶段右岸边坡的主要损伤区域。同时,采用数值仿真试验模拟了库水位上升的过程,探讨了库水位上升阶段边坡发生微破裂的机理。研究结果表明:在库水位上升阶段,1240m、1210m、1180m和1150m高程抗剪洞起到了抵抗边坡内软弱结构面发生剪切破坏的作用,因此在该区域出现明显的微震活动。
  (3)根据实际监测到的微震活动规律,圈定了库水位稳定后右岸边坡的主要损伤区域。同时,采用数值仿真试验模拟了边坡内发生局部渗流破坏的过程,探讨了库水位稳定后边坡发生微破裂的机理。研究结果表明:在库水位稳定后,辉绿岩脉β62、β68和β83以及连接它们的断层发生了渗流破坏,从而引发了岩石微破裂的发生。
  (4)基于能量耗散原理与边坡渐进性破坏的观点,采用数值方法计算了库水位上升阶段右岸边坡考虑渐进性微震损伤效应的安全系数。计算结果表明:边坡的安全系数随着库水位的升高而降低,并且当边坡内发生大能量破坏事件时,边坡的安全系数降低明显。最终的边坡安全系数为1.76,满足规范要求,因此,在库水位上升阶段,大岗山水电站右岸边坡状态稳定。
  (5)基于有效应力原理和微震监测结果,采用数值方法计算了库水位稳定后右岸边坡的安全系数。计算结果表明:由于边坡内发生了局部渗流,导致边坡安全系数有所降低。考虑有效应力原理时边坡的安全系数为1.94,满足规范要求,说明在库水位稳定后,大岗山水电站右岸边坡状态稳定。
  (6)将微震监测信息与加卸载响应比理论结合,计算了库水位上升阶段和库水位稳定后的加卸载响应比变化,并提出将加卸载响应比作为高陡岩质边坡蓄水期失稳的预警指标。加卸载响应比作为预警指标的预警方法:当加卸载响应比大于1.0时,边坡出现较大损伤;当加卸载响应比持续增大,说明边坡出现更大程度的损伤,边坡有失稳的风险,应当预警。
[硕士论文] 邢丹君
农业工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:大型泵站担负着防洪、抗旱、调水等重要任务,因泵站机组故障或事故停机而导致供水中断将造成重大的经济损失和严重的社会影响。因而,对泵站机组的运行监控、状态监测以及检修方式提出了更高的要求。相比于传统的故障检修和定期检修,状态检修具有提高设备安全性、减少维修时间和维修费用、提高设备寿命等优点。在泵站开展状态检修的关键是要及时客观地评价水泵机组的状态,预测设备的关键参数的变化趋势,以便及时给出合理的维修建议。为此,结合南水北调东线工程江苏段泵站运行维护的需求,开展了泵站机组状态监测与远程协作诊断系统的研究。本文侧重介绍了水泵机组的状态综合评价与参数预测分析两方面的研究,包括基于可拓综合评价法的水泵机组的状态评价和基于多算法的水泵机组参数的预测分析。
  第一章介绍了泵站机组状态检修、状态预测、状态监测诊断以及综合评价技术的国内外研究现状及发展趋势。
  第二章结合南水北调东线工程江苏段的泵站机组运行、维护和管理需求,分析了泵站机组状态监测分析与远程协作诊断系统的功能需求,给出了系统的体系结构、硬件组成和软件组成。
  第三章详细介绍了基于可拓综合评价法的水泵机组综合评价方法。首先介绍了可拓综合评价法的基本原理及数学模型;然后介绍了南水北调水泵机组设备评价依据、评价设备部件划分以及评价参数选取方法;接着运用层次分析法和熵权法计算水泵机组评价参数的综合权重;最后,运用Matlab仿真验证了水泵机组的可拓综合评价方法。
  第四章分别详细介绍了基于灰色GM(1,1)预测模型和BP神经网络预测模型的水泵机组状态参数的预测方法。首先介绍了GM(1,1)的概念和数学模型以及BP神经网络预测的基本原理,再用GM(1,1)预测模型和BP神经网络预测模型来预测分析水泵机组状态量的变化趋势,并通过Matlab仿真验证了参数预测算法。
  第五章介绍了综合使用Eclipse、Mysql、Matlab、Tomcat、navicat等软件设计开发水泵机组远程状态评价与状态参数预测分析的功能模块,实现水泵机组的可拓综合评价功能,以及预测水泵机组的振动量和温度量的变化趋势。
[硕士论文] 王洁
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:沿海水闸具有挡潮、排涝等重要功能,是沿海地区的经济社会发展以及沿海地区人们的生活的重要保障。然而,由于其工作环境的复杂性沿海水闸的耐久性问题日显突出,一方面,水闸各组成部分出现了破损和老化现象,耐久性损伤已经对钢筋混凝土结构的正常使用寿命和安全造成严重影响;另一方面是结合地方环境特点与工程实践经验开展的水闸安全性态评估技术存在滞后。因此有必要开展水闸服役性能研究,本文主要研究内容如下:
  (1)探讨了沿海水闸工程运行风险的影响因素,分析了沿海软土地基的特征和危害,讨论了软土地基的处理的方法;研究了混凝土的碳化、氯离子侵蚀和碱骨料反应的作用机理,从而分析其对混凝土耐久性的危害;介绍了海水腐蚀和冻融作用的破坏类型。
  (2)结合在役水闸沉降实测资料及ABAQUS有限元软件分别计算沿海水闸实际沉降值和理论沉降值,采用指数曲线法、双曲线法和灰色模型GM(1,1)预测法结合沿海水闸实例预测其地基沉降趋势,通过3种方法计算结果精确性对比,分析其在沿海地基沉降预测的可行性。分别对沉降前后水闸闸顶高程、消能情况进行分析计算,从而分析沉降对结构产生的影响。
  (3)以沿海水闸和内地水闸的实测碳化值为基础,通过研究不同碳化时间作用下的碳化值趋势,以及不同构件的碳化值大小,分析沿海和内地水闸碳化规律差异。建立基于实测数据的碳化预测模型,分析了水闸交通桥的碳化速度。从可靠度角度出发,运用得到的混凝土碳化深度预测模型对钢筋混凝土结构进行了碳化耐久性分析,得到了概率意义下的结构碳化寿命。
  (4)建立水闸风险因子体系,运用了融合改进模糊层次分析法、权的最小平方法和基于遗传算法的投影寻踪法的水闸工程服役风险因子权重计算方法,研究了云模型的定义、数字特征、计算准则及正向云发生器和逆向云发生器的算法等相关理论,建立了基于云模型的水闸风险分析模型,为管理者决策水闸是否继续维持运行提供理论依据。
[硕士论文] 王世辉
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:引水渠和进水池间的衔接段称作泵站的进水前池,前池的作用是将引水明渠的水流均匀平顺地输送进进水池,为水泵提供良好的吸水条件。前池一般分为正向和侧向进水前池两种类型。前池设计不当容易引起不良流态,前池内的不良流态对进水池内水流的流态有严重的影响,导致水泵的能量性能下降,甚至会导致水泵发生汽蚀和振动,并且回流会导致前池内局部的淤积,淤积不仅会影响进水池内的流态和水泵的正常工作,还会导致泵装置的效率降低。因此,采取一定的措施改善泵站前池的流态对泵站的运行和管理具有重要的意义。
  改善前池的流态一般可以采用的以下的措施:延长前池的长度,在前池加设隔墩,减少前池的扩散角;加设导流墩、导流板、导流栅等导流的措施;设置底坎、立柱、压水板等整流措施。在前池中采用底坎的整流方法具有结构简单、施工方便、整流效果好、水力损失小等优点,便于在泵站中推广使用。
  本文以某大扩散角进水泵站为原型,设计了一套小型实验装置。对不同位置和不同高度的底坎进行了数值模拟计算,并对底层、面层的流态图和进水池进口断面的流速分布均匀度进行了比较,选出最优方案。为了较全面地研究底坎的位置、高度和顶宽、断面形状等因素对底坎整流效果的影响,比选出10种方案,来进行数值模拟与模型试验的对比分析。
  最后,对模型试验与数值模拟的结果进行分析和比较,综合各方案的底层、面层的流态以及各断面的流速分布均匀度的测试结果,得到如下结论:梯形断面的底坎可以削弱引渠所携带的余能,对前池的流态改善效果显著;底坎的位置对前池流态影响较大,过于靠近或者远离底坎都会导致前池流态紊乱,进水流态恶化,将底坎设在距进水池1.37B处,能明显的改善前池的流态,水流能比较均匀的流进各机组;坎高在底坎处水深的0.35倍时,前池的流态较好;底坎的顶宽尺寸对前池流态的影响较小。建议用底坎整流时,采用梯形底坎,高度设置为底坎处水深的0.35倍,位置设置在距进水池1.37B处。
[硕士论文] 毕超
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:大型低扬程泵站在中国应用广泛,是重要的水利工程建筑物,在水资源调配、城市防洪、灌溉排涝和水资源改善等方面发挥了重要的作用。泵装置水力性能优劣在大型低扬程泵站中越来越受到重视,其水力性能与水泵选型和进出水流道水力设计密切相关。引江济淮工程是安徽省的“南水北调”工程,盛桥泵站是该工程的梯级泵站之一,设计总流量为150m3/s,采用立式全调节轴流泵,进水流道采用肘形进水型式,出水流道采用直管式出水型式。本文基于盛桥泵站的基本参数,从水泵模型比选和进出水流道水力设计两方面进行低扬程泵装置水力性能的研究,并采用泵装置模型试验的方法对研究结果进行检验。本文主要研究内容和成果如下:
  1)采用同类型换算方法,基于刘山泵站(TJ04-ZL-06)和长沟泵站(TJ04-ZL-19)泵装置水力性能模型试验结果进行盛桥泵站水泵选型;采用选型系数法对盛桥泵站TJ04-ZL-19水泵模型和TJ04-ZL-06水泵模型进行选型比较;两种选型方法的结果表明TJ04-ZL-19水泵模型适合盛桥泵站。
  2)对低扬程泵站进、出水流道三维流场数值模拟基本理论进行了阐述,确定了进水流道和出水流道流场计算所采用的边界条件;分析了进水流道和出水流道水力设计优化的目标,选取轴向流速分布均匀度、水流入泵平均角、水力损失和阻力系数作为进水流道水力性能评价指标,选择水力损失和阻力系数作为出水流道水力性能评价指标。
  3)盛桥泵站肘形进水流道初始方案三维流场数值模拟结果表明出口断面轴向流速分布均匀度和水流入泵平均角分别为97.8%和88.2°,水力损失为0.122m,出口水流基本垂直均匀流出;经过优化改进的进水流道方案2出口断面轴向流速分布均匀度为98.4%,水流入泵平均角为88.3°,水力损失为0.108m,水流转向有序、收缩更为均匀。
  4)盛桥泵站直管式出水流道初始方案三维流场数值模拟结果表明该方案水力损失为0.579m,阻力系数为6.43×10-4s2/m5,流道右侧存在较大范围旋涡区;经过优化改进的出水流道方案2水力损失为0.391m,阻力系数为4.34×10-4s2/m5,流道水力性能显著改善。
  5)采用泵装置模型试验的方法对盛桥泵站泵装置模型水力性能进行了研究,测得6个叶片角度下模型泵装置能量性能、汽蚀性能、飞逸特性、压力脉动特性等水力特性,结果表明:泵装置在-4°叶片角度下,运行扬程为4.73m时,装置效率能达到75.54%,满足设计要求;在设计扬程4.4m运行时,汽蚀余量为8.1m;最大扬程4.9m运行时,汽蚀余量为7.8m,水泵不会产生汽蚀危害;-6°叶片角、扬程为4.9m时装置飞逸转速为额定转速的1.43倍,不会对水泵机组造成损坏;压力脉动幅值为+6cm和-7cm,小于试验扬程1/10,没有危害。从数值模拟和模型试验两个方面来看,说明盛桥泵站选用TJ04-ZL-19水泵模型能量及汽蚀性能较好。通过水力优化,盛桥泵站整体性能较为优越,能够满足实际运行要求。数值模拟结果有效指导模型试验,节约成本,提高研究效率。同时,模型试验又可以验证数值模拟的准确性。本文研究结果不仅为盛桥泵站泵装置的设计、选型等提供理论依据,同时也对提高同类型泵站设计质量和工程建设水平具有借鉴意义。
[博士论文] 夏臣智
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:当前,面广量大的中小型泵站普遍采用开敞式进水池的进水形式,开敞式进水池易形成危害极大的水面吸气漩涡。为消除水面漩涡,对开敞式进水池进行封闭式改造。前期模型及现场实验研究均表明,开敞式进水池经过封闭式改造后,虽然消除了水面漩涡,但是诱发了新的顶板附壁涡。随着江苏省灌区改造和中小型泵站更新改造的实施,拓宽泵站稳定运行范围,防治顶板附壁涡显得十分迫切和必要。在此背景下,本文以模型实验为手段,采用图像处理、高频压力脉动测试和时频分析的方法,结合数值模拟,对封闭式进水池顶板附壁涡的发生机理和防治措施展开研究,主要研究内容和结论如下:
  (1)研究了不同湍流模型下的封闭式进水池的水力性能和顶板压力场特性,分别对叶轮和封闭式进水池开展了网格无关性分析。预测结果与实验结果对比表明Standard k-ε湍流模型预测高效区与实验一致,且Standard k-ε湍流模型对顶板的压力分布预测较为准确,最终选用Standard k-ε湍流模型作为后续研究的湍流模型,网格无关性分析表明叶轮网格单元数大于30万,封闭式进水池网格单元数大于50万后,计算结果趋于稳定。
  (2)设计建立了具有透明观测实验段的封闭式进水池循环实验装置,实验装置可进行顶板附壁涡流动机理、压力脉动、水力性能和消涡措施实验。研究了水深、顶板高度和来流偏流对封闭式进水池水力性能的影响,试验结果表明:水深越低,入流水流受到的扰动越大;顶板高度下降,封闭式进水池内出现附底涡,附底涡较顶板附壁涡对泵装置性能及稳定运行危害更大;来流偏流会使得泵装置扬程下降。研究了采样时间、窗长度和帧重叠长度对压力脉动时频特性的影响。结果表明采样时间越短,压力脉动频谱的分辨率越小;窗长度越大,压力脉动的频率分辨率提高,压力脉动的时域分辨率减小;帧重叠长度越长,压力脉动时频特性分辨率越高,但消耗计算资源增大;经过比较,确定采样时间为1s,采样频率为105Hz,窗长度为0.6fs,帧重叠长度为0.6fs。
  (3)揭示了封闭式进水池内顶板附壁涡的主要形态,阐明了顶板附壁涡的时空演化过程。试验表明,顶板附壁涡的主要形态可分为圆弧形(Ⅰ型)、钩形(Ⅱ型)、海豚形(Ⅲ型)、螺旋形(Ⅳ型)、直线形(Ⅴ型和Ⅵ型)等形态。Ⅰ型顶板附壁涡发生发展演化过程可分为先兆、初生、发展、成形和溃灭5个阶段,每个阶段顶板附壁涡具有不同的形态特征。在顶板附壁涡的成形阶段,水汽被吸入水泵,对水泵运行的影响最严重。在顶板附壁涡发生工况的整个时段,靠近水泵后壁顶板区域压力脉动幅值均显著较大,压力变化急剧。在顶板附壁涡发生工况的无涡时段,水泵与后壁之间顶板的其他区域压力脉动主要受转频影响;涡发生区域监测点的压力脉动主频不随时间改变,主频压力脉动幅值略有波动。在顶板附壁涡发生工况的有涡时段,涡附着区域的压力脉动频谱有两个特征,一是由压力下降引起低频脉动幅值显著增大,顶板附壁涡的特征低频频率为1.11Hz;二是涡附着区域的叶频压力脉动幅值随涡的发展溃灭而先增大后减小。在顶板附壁涡的初生阶段,涡附着区域的压力脉动主频保持稳定,涡的初生阶段涡对附着区域的扰动较小;顶板附壁涡发生时,涡附着区域的压力脉动低频分量的能量明显提高。对顶板附壁发生的工况进行非定常数值模拟,数值模拟预测的顶板附壁涡发生位置和相对强度与实验吻合。揭示了顶板附壁涡的形成机理,顶板上入流水流与后壁水流交汇,形成直线形的水流交汇界线,交汇界线处水流发生强烈的剪切作用,在交汇界线的两端形成了漩涡,实验发现水流交汇界线区域的压力脉动频谱的特征频段为200Hz~400Hz。
  (4)基于统计的方法,分析了流量、水深和顶板高度参数对顶板附壁涡发生频次的影响,结果表明顶板附壁涡的历时过程中,存在“平静期”和“活跃期”的特征;顶板附壁涡的发生次数与流量呈现正相关特性,与水深呈现负相关特性;随着顶板高度下降,顶板附壁涡得到消除,但会诱发新的漩涡——附底涡。研究了不同流量、水深和顶板高度工况下顶板附壁涡发生的压力场特性,结果表明随着顶板高度的降低,水泵后方的压力陡降的低压脉动消失,顶板附壁涡发生的前兆之一为水泵后方顶板上出现了瞬时深V形的水压力陡降特征,该特征低压脉动强度与流量参数呈现正相关关系,与水深参数呈现负相关关系;特征低压脉动发生区域的平均压力随流量减小而降低,随水深减小而升高。顶板附壁涡发生的前兆之二为顶板上涡发生位置叶频压力脉动幅值的出现极值点,叶频压力脉动幅值在顶板附壁涡发生的区域最大,叶频压力脉动幅值随着流量减小而降低,叶频压力脉动幅值在水深降低情况有所增大。顶板上的叶频压力脉动强度随着顶板高度下降而减小,在低顶板高度工况(无涡工况),叶频压力脉动分布发生明显变化。
  (5)发明了两种新型消涡方法,可有效消除封闭式进水池顶板附壁涡。研究了W形后壁的高度和中隔墩的位置对其消涡效果的影响,结果表明W形后壁的高度和中隔墩位置参数均对顶板附壁涡的消涡效果有明显影响,且参数设置不当会在顶板上诱发新的漩涡,推荐W形后壁方案的高度为2.88D和中隔墩位置为0.950D。研究了不同封闭式进水池后壁形式方案的消涡效果,结果表明弧形后壁方案对顶板附壁涡抑制效果较小;在后壁处加入中隔墩的消涡结构能够明显抑制顶板附壁涡;梯形中隔墩方案能够完全消除顶板附壁涡,并得到实验验证。研究了4种壁面栅条方案的消涡效果,结果表明顶板壁面栅条厚度影响对顶板附壁涡的消涡效果,栅条厚度过小不能消除顶板附壁涡,顶板壁面栅条厚度为0.17D的方案能够消除顶板附壁涡,并得到实验验证;两侧壁面栅条可消除侧壁面的漩涡;顶板壁面栅条的数量影响顶板附壁涡消涡效果,栅条数量过小不能消除顶板附壁涡。
[硕士论文] 袁程
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:大型低扬程泵站在中国应用广泛,为保证经济繁荣发展、人民幸福生活、社会和谐稳定起到了不可磨灭的作用。派河口泵站是安徽省引江济淮工程的梯级泵站。该站提水扬程范围为1.4m~5.3m,总设计流量为301.5m3/s,为低扬程大流量泵站,其进出水流道的水力特性对泵站能否高效运行有着至关重要的影响。本文以派河口泵站工程为研究对象,采用物理模型试验和三维流动数值模拟进行泵装置的水力特性研究,主要研究内容和成果如下:
  (1)对泵装置模型试验进行设计。根据派河口泵站工程的设计情况,通过选型系数法和同类型换算法,分析比选南水北调天津同台测试TJ04-ZL-06和TJ04-ZL-19水力模型,选定更为适合的TJ04-ZL-06水力模型,并对模型制作过程、流量等基本参数的量测方法和能量、汽蚀、飞逸转速和脉动压力等水力特性的试验方法进行了设计。
  (2)阐述了数值模拟基本理论,确定了进水流道和出水流道流场计算所采用的边界条件及网格划分方法,并选取轴向流速分布均匀度、水流偏流角、水力损失和阻力系数作为进水流道水力性能评价指标,选择水力损失和阻力系数作为出水流道水力性能评价指标。
  (3)进、出水流道初步方案的数值模拟结果分析显示,派河口泵站肘形进水流道可为水泵叶轮室进口提供较为理想的进水流态;出水流道平直段内水流主流偏于左侧,在流道右侧及近隔墩左侧的下部存在大范围的旋涡区,水头损失较大,对泵装置能量性能有较大影响。初步方案试验结果表明,派河口泵站泵装置流量要求能够满足,但装置效率指标只能达到一般水平,在叶片角0°,设计扬程Hsy=4.8m时,流量为37.75m3/s,满足设计流量,装置效率72.65%,效率水平一般。在设计扬程Hsy=4.8m并+2°运行时,临界汽蚀余量NPSHc≌9.29m,水泵不会产生危害性汽蚀;叶片角-6°单位飞逸转速N0=248.8、最大排涝扬程Hsymax=5.3m时飞逸转速nf≌184.74r/min,相当额定转速1.35倍,不会对水泵机组造成损坏;叶片角-6°条件下,压力脉动频率0.14ms,最大振幅+5cm,-5.7cm,不会有压力脉动危害。
  (4)对进、出水流道进行了水力性能优化,通过方案的比选,进水流道优选出水流转向平缓、收缩更为均匀、流道出口流速分布更为均匀的方案2,出水流道优选出水流转向有序、扩散平缓的方案4。受试验条件限制,采用原肘形进水流道和出水流道优化方案4进行了泵装置模型试验,设计工况下的装置效率在76.43%~77.14%之间,验证了数值模拟的准确性和优选方案的合理性。
  本文开展的派河口泵站泵装置模型试验及流道数值模拟研究的方法是,数值模拟来指导模型试验,模型试验验证数值模拟的准确性。通过对出水流道的优化,有效地提高了泵装置的效率,为派河口泵站工程的建设提供了重要的依据,对保证该工程安全、高效和稳定运行有着重要意义,也为今后类似的泵站工程建设提供了参考。
[硕士论文] 贾璐
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:洪水灾害,是世界上最为严重的自然灾害之一,严重影响人民生活安全。随着对洪水研究的不断深入,洪水预报作为重要的防洪减灾的非工程措施,能够有效的帮助人们防御洪水,减少洪灾损失。
  本文以塘马水库为研究对象,结合丘陵区中小型水库流域的自身特点,根据多年历史资料对雨情、水情进行分析;考虑上游小水库的拦蓄作用,构建基于API模型和SCE-UA算法的中小型水库产流预报模型,利用实测资料对模型进行验证;制定不同的产流、汇流方案,通过计算,分析比较不同产汇流方案对塘马水库的设计水位的影响。获得的主要研究结果有:
  (1)从多年降雨总量来看,年降雨量总体上是呈上升趋势,年际降雨量变化较大,降雨年内分配不均匀,塘马水库流域的降雨主要集中在5~8月,水资源利用率不高;年降雨量主要集中在700-900mm和900-1100mm的降雨区间,降雨主要以小雨、中雨为主,50年来暂未出现过特大暴雨;雨量雨日之间的关系总体上是呈上升的趋势,大部分年份的雨量是随着雨日增加而变大,各年雨量雨日点之间比较分散,年雨量、雨日之间相关性较差;对于重现期为10、20年的设计雨量时,年多次法、超定量法的结果可以考虑,当重现期较大时,年多次法和超定量法,不适用于塘马水库。
  (2)在考虑到上游小型水库对区域产流的影响,构建了基于API模型和SCE-UA算法进行塘马水库洪水预报的产流预报方案,塘马水库的48场洪水中,合格场次为35次,合格率73%,产流预报方案为乙等。48次洪水均存在小型水库的拦蓄作用,拦蓄总量占小型水库总的入库径流量的77.3%,小型水库的拦蓄作用对于塘马水库流域产流影响较大。
  (3)通过不同产汇流方案对设计水位的影响分析,发现产流参数对设计水位影响较小,敏感度不高,汇流参数对设计水位影响较大,敏感度较高;就两个产流参数(Cp,Ci)而言,Cp较Ci而言敏感度较低,就两个汇流参数而言(n,K),K对入库洪峰流量和最高水位的敏感度高于n。
  对于产流方案而言,当Cp值变大时,流域产生的净雨量减少,入库流量降低,入库的洪峰流量也随之降低,最高水位值也在下降;当Ci值变大时,流域产生的净雨量减少,入库流量降低,入库的洪峰流量也随之降低,最高水位值也在下降。对于汇流方案而言,n,K的变化对入库流量过程曲线形状影响较为明显。随着n值的变大,曲线图变得高瘦,洪峰流量不断变大,洪峰出现时间有所推迟,但最高水位出现了一个先变小再变大的情况;随着K值的增大,曲线变得矮胖,洪峰流量出现时间不断推迟,洪峰流量变小,整个入库流量过程变得更加平坦。制定不同的产流、汇流方案,通过计算,分析比较不同产汇流方案对塘马水库的设计水位的影响。
  本文以塘马水库为研究对象,通过本文的研究为塘马水库的产流预报、洪水灾害预防及水库调度提供科学依据,根据本文的产流模型研究以及产汇流参数对水库设计水位的影响分析,研究成果可以为江苏省其它中小型水库,特别是丘陵地区中小型水库的洪水预报构建、水库的调洪演算以及水库的调度提供一定参考。
[硕士论文] 舒海辉
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:水荷载是拱坝结构承受的主要荷载,关系到拱坝结构的稳定性与安全性。水荷载施加方法主要包括三种:面力施加、体力施加以及面力与体力结合施加,不同的施加方法分析得到的拱坝结构应力响应不尽相同。为了研究拱坝结构分析中水荷载施加方法的影响,本文基于渗流应力耦合分析理论,利用有限元方法,计算分析不同水荷载施加方法作用下的拱坝应力响应,同时研究了水荷载施加方法对拱坝整体承载力的影响。主要研究内容如下:
  (1)总结水荷载及其施加方法的研究现状,概括了多孔介质渗流应力耦合分析的研究进展。
  (2)应用有效应力原理、弹塑性力学和有限元分析等基本理论,建立饱和非饱和多孔介质渗流应力耦合分析数学模型以及有限元分析方程,为应用有限元法进行渗流应力耦合分析做理论铺垫。
  (3)介绍了有限元分析软件ABAQUS的分析流程及其关于渗流应力耦合分析的理论,阐述了运用ABAQUS进行渗流应力耦合分析的要点。
  (4)分析三种不同水荷载施加方法:坝面施加静水压力、坝面及库岸岩面施加静水压力、坝面施加静水压力及地基施加渗透荷载。分析了不同水荷载施加方式下拱坝结构的应力与变形,比较分析不同施加方法对坝体应力与位移的影响,结果表明坝面施加静水压力或坝面施加静水压力及地基施加渗透荷载对拱坝的应力与位移响应影响不大,考虑库岸岩面水压后,应力增大会超过30%。
  (5)考虑坝体自重和温度荷载,分析两种荷载工况:坝面施加静水压力、坝面施加静水压力及地基施加渗透荷载,运用超载法,对拱坝结构进行整体承载力分析,研究了不同荷载工况下坝体应力应变响应及结构安全系数。
[硕士论文] 周林勇
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:溢洪道是土石坝水电站的重要组成部分,直接影响水库安全运行和调洪泄流能力,也是枢纽水力学的研究重点。金佛山水利枢纽具有水头高、地质条件复杂、下游河道弯曲等特点,受这些因素共同影响将溢洪道布置成长弯道型式。溢洪道长弯道段水流条件复杂,泄流流速急、单宽流量大等特点使得弯道效应突出。横向水位差较大(凸低凹高),易发生水流折冲现象,造成弯道边壁冲击破坏,影响水库的安全运行。本文以重庆南川金佛山弯曲溢洪道作为研究对象,通过三维数值模拟、物理模型试验的手段,研究溢洪道长弯道段水流的特性,运用渠底正加高法改善长弯道段水流条件,结合高低挑坎进行挑流消能,解决了实际工程问题,为以后工程的设计优化提供了参考。主要研究成果如下:
  (1)水工模型试验研究表明,金佛山溢洪道弯道段无超高方案时,会出现折冲现象,最大水位差大约出现在圆心角9°断面处(弯道顶部偏上游)。当采取渠底超高法,凹岸渠底加高至1.5m时,可有效改善弯道水流条件
  (2)数值模拟试验研究表明,对于弯道段渠低不同加高值方案下,综合分析不同泄流量下弯道段的流态、横向水位差以及挑流距离,渠底加高1.5m效果最优。
  (3)试验研究表明,高低坎型式的消能效果比扭曲斜切挑坎好,挑出的水流形态和落点更优。依据三维数学模型计算成果,将低坎出口束窄至2.3m,较挑坎进口缩小40%,同时内侧壁面进行放坡设计,可以消除空蚀空化的现象,挑流效果也更好。
  (4)通过分析影响弯道段超高值的相关因素和相关经验公式,得到水位差与渠底加高值之间的关系,对水位差公式进行优化,优化后的公式精度更高。
[硕士论文] 杨咏梅
水利工程;水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:管涌是导致大坝、堤防等水利设施失效的重要原因之一。管涌破坏的发生发展过程实质上是土体颗粒侵蚀、渗流场重分布以及应力状态变化等作用耦合的过程,为了揭示管涌过程中颗粒侵蚀、渗流、应力相互作用条件的管涌发展规律,本文基于现有的渗透理论,开展了向上渗流条件下无粘性散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验研究,探索了应力状态、颗粒级配和干密度影响下对土体管涌的侵蚀,渗流-应力耦合机理,其研究成果可以为水利工程渗透破坏的防治提供参考。本文的主要研究内容及其重要成果包括:
  (1)研制了管涌侵蚀-渗流-应力耦合试验系统,改进了散粒土管涌侵蚀试验装置中压力控制系统,主要将原来使用砝码来增加轴压,改成使用气缸加压,将围压装置改进成可以实时增大或减小,使之可以有效模拟复杂应力状态下的向上渗流散粒土管涌破坏的发生发展过程。
  (2)利用自研管涌侵蚀-渗流-应力耦合试验系统,分别开展了应力状态、颗粒级配、密实度影响下的散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验研究,基于试验结果,分析了渗透流量和水力梯度在管涌侵蚀过程中的变化规律,揭示了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀规律。进一步分析了累积涌砂量和试样体积变化量在管涌侵蚀过程中的变化规律,得到了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀与变形的作用规律。
  (3)基于散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验结果,对不同细颗粒流失量进行实时监测,并对不同细颗粒流失量发生剪切破坏时的围压值进行监测,经过公式换算,得到土体内摩擦角,分析管涌侵蚀试验过程中土体抗剪强度随细颗粒流失量的作用规律,揭示了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀对土体强度的影响规律。
  (4)基于散粒土颗粒侵蚀对土体强度的变化规律,通过假设试样应力状态随细颗粒侵蚀的变化路径开展了散粒土管涌侵蚀试验,进一步揭示了土体应力状态演化与颗粒侵蚀相互作用条件的管涌发展规律。
[硕士论文] 何亚辉
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:土石坝渗流存在于整个运行周期内,其正常与否直接关系着土石坝的安全。当土石坝外部条件发生改变或内部出现薄弱时,土石坝可能产生非稳定渗流并发生渗透破坏,如果任其发展将可能造成溃坝,威胁土石坝安全,因此,亟需探寻一种或多种方法对土石坝渗流安全风险进行评价。考虑到云模型和模糊层次分析法在处理风险不确定性上的适用性,本文采用云模型和模糊层次分析法对土石坝渗流安全风险进行评价。主要工作及成果如下:
  (1)从渗透破坏机理出发,分析了影响土石坝渗流安全的主要风险因素。利用Geostudio软件的SEEP/W模块分析了主要风险因素的影响规律,分析结果表明:土石坝上游水位越高,发生渗透破坏的风险越大;坝体渗透系数越大,坝体下游整体滑坡的风险越大;坝基渗透系数越大,土石坝发生局部渗透破坏的风险越大,发生坝体滑坡的可能性越小;坝顶宽度越大,土石坝发生渗透破坏的风险越小。利用模糊层次分析法计算评价指标权重,建立了基于模糊层次分析法的土石坝渗流安全风险识别模型。
  (2)采用可靠度理论计算土石坝渗透破坏风险概率,将土石坝渗透系数的空间变异性考虑到渗透破坏概率计算中,建立了基于随机有限元的土石坝渗透破坏概率估计模型。另外,从生命损失、经济损失和社会环境影响三个方面对土石坝渗透破坏所造成的溃坝后果进行估计。最终根据风险的定义计算土石坝渗流安全风险,结合大坝风险评价标准给出评价意见。
  (3)采用无量纲化方法对定量评价指标和定性评价指标进行统一化处理,初步给出了土石坝渗流安全风险等级评价准则,根据风险评价准则对各评价指标进行赋值,通过云图比较和计算相似度的方法确定土石坝渗流安全风险等级,建立了基于云模型的土石坝渗流安全风险综合评价模型。基于Matlab软件的GUI功能开发了基于云模型和模糊层次分析法的土石坝渗流安全风险评价软件。
  (4)将基于模糊层次分析法的土石坝渗流安全风险识别模型和基于云模型的土石坝渗流安全风险综合评价模型应用到硫磺沟水库大坝的渗流安全风险评价上来,通过云图比较及相似度计算,得出了该土石坝渗流安全风险等级为“较低风险”,验证了模型的实用性,同时,将本文开发的土石坝渗流安全风险评价软件应用到该实例中,能够正常运行并能得到预期成果,效果良好。另外,将基于云模型的综合评价模型与传统模糊综合评价方法作比较,发现基于云模型的评价模型更具优越性。最后,针对土石坝渗流提出了几点风险控制措施。
[硕士论文] 武鹢
水利工程;水工结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:岩溶地区水工隧洞受岩溶不良地质的影响主要体现在岩溶松散堆积物、岩溶水系等引起的水工隧洞周边变形、坍塌和失稳,就岩溶松散堆积物对地下工程的影响而言,目前还没有定量理论和相关试验研究。本文结合已有现场调研资料和理论研究经验,建立不同体量尺度和距离洞径不同距离的岩溶散堆积物在不同位置影响直墙圆拱形水工隧洞概化模型,采用有限元分析手段,借助ABAQUS分析软件研究在开挖、运营等阶段岩溶松散堆积物对水工隧洞围岩稳定向性的影响规律并分析其作用机理。主要研究内容及成果如下:
  (1)结合对岩溶洞穴空间分布的统计分析及参考对各岩溶地区岩溶松散堆积物分布形态及特征的采样分析资料,通过对岩溶松散堆积物对水工隧洞围岩的作用方式的分析,最终确定了非联通情况下岩溶松散堆积物影响水工隧洞围岩稳定性的分析方案及ABAQUS数值模拟具体方法。
  (2)顶部岩溶松散堆积物影响下,对隧洞拱顶及拱底的竖直方向变形有一定抑制作用,使其变形量较之无岩溶松散堆积物时变形量有所减小;隧洞侧墙受顶部溶洞影响水平方向变形较之无溶洞时有所增加。
  (3)侧壁岩溶松散堆积物影响下,隧洞竖向变形以及洞壁水平变形与无松散堆积物相比都将增加,偏压造成岩溶松散堆积物所在的右侧壁位移明显大于左侧壁位移,随岩溶松散堆积物厚度的增大而增大,随岩墙厚度的增大而减小。
  (4)拱顶45°方向岩溶松散堆积物影响下,围岩竖向位移与顶部岩溶松散堆积物影响下类似,水平位移右边墙大于无岩溶松散堆积物的左侧边墙,随岩溶松散堆积物尺寸增大而减小,随岩墙厚度的增大而增大。
  (5)通过总结不同方位岩溶松散堆积物影响围岩的作用规律,进一步分析其作用机理,认为岩溶松散堆积物的存在一方面破坏了隧洞围岩整体性另一方面影响了隧洞高跨比,对不同位置岩溶松散堆积物对隧洞高跨比的影响及其与围岩安全性的关系做了一定分析与解释。
[硕士论文] 程文百合
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:钢筋混凝土结构建筑物在服役过程中,由于受外界环境影响会发生混凝土碳化、混凝土开裂和钢筋锈蚀等材料的老化与结构损伤问题,这种损伤的累积将导致建筑物结构耐久性能降低、承载力下降,如不及时发现这些问题并采取科学有效措施进行防护,将会使建筑物不能满足原设计要求而提前退出工作状态。钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构建筑物耐久性降低的主要因素之一。因此,怎样及时的对钢筋锈蚀状态进行检测评估和处置,是提高水工建筑物耐久性和安全的亟需解决的问题。
  论文阐述了弹性波无损检测法的技术历程、测试原理,通过室内试验研究了弹性波特性与锈蚀时间的关系,并采用物理试验和数值模拟方法,研究了弹性波特性与锈蚀后钢筋混凝土承载力的关系,主要研究内容如下:
  (1).通过电化学方法制备了不同锈蚀程度的钢筋混凝土试件,运用弹性波无损方法对锈蚀试件进行了检测,分析了锈蚀时间时间与弹性波参数的关系。实验结果表明,随着锈蚀时间的增加,各项弹性波相关参数的变化有规律可循,可以用弹性波方法测量钢筋锈蚀程度。
  (2).进行了锈蚀钢筋混凝土试件的承载力试验,分析了锈蚀程度对钢筋混凝土承载力的影响规律。并采用数值方法分析了锈蚀后钢筋混凝土试件的剩余承载力。对比结果表明,采用该数值模型预测混凝土锈蚀后的承载力是可行的。
  (3).将验证过的数值模型作为桥梁,把试验得到的各项弹性波相关参数与模拟得到的构件剩余承载力结合起来,提出了采用弹性波方法预测锈蚀钢筋混凝土剩余承载力的新方法,为弹性波检测法的实际应用提供新的思路和依据。
[硕士论文] 史西西
港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:渗透破坏问题是堤防、土石坝等涉水工程面临的重要问题。土石坝的作用是拦水蓄库,随着库水位抬高,将会在坝体与地基土体之间形成水压差,有产生渗流破坏的可能,故设计土石坝时,既要满足稳定要求,又要采取措施,防止产生渗透破坏,满足渗透稳定的要求,保证土石坝的安全运行。
  而反滤层是防止渗透破坏最有效的措施,在渗流出口处设置反滤层,起到滤土和减压的作用,从而达到渗透稳定的目的。在自然界中,土的类型繁多,性能差异很大,如何使设置的反滤层既经济,又能体现被保护土特征,保证渗透稳定性,采用妥善的滤层准则至关重要,否则就会造成反滤层功能的整体失效。论文依托国家自然科学基金青年基金项目“基于随机方法的散粒多孔介质相变机理及管涌相变-渗流-应力耦合模型”(51409029),通过室内渗透试验研究了基料-滤层系统散粒土细颗粒渗透破坏的发生发展过程。基于试验数据,探讨了层间系数、颗粒级配、水力条件、层厚比等因素对散粒土细颗粒水力迁移的影响。主要的研究内容与成果如下:
  (1)以太沙基滤层准则为理论基础,利用自行研制的大型渗透仪,研究梯度水流下基料和滤料颗粒组成对被保护土颗粒水力运移的影响。重点研究了被保护土发生运移和冲出滤层造成颗粒流失的临界水力梯度,以及试验过程中流速和渗透系数的变化,探究了基料-滤层系统过滤被保护土作用有效性的影响因素。
  (2)探究水头差按不同幅度的均匀变化,以及几种特定幅度的循环变化两种水力条件对被保护土运移规律的影响。研究不同水力条件对被保护土颗粒水力运移以及临界条件的影响,揭示了水力梯度变化对滤层有效性的影响。
  (3)分别以失效的、有效的基料-滤层系统为基础,对比各种滤层厚度的基料-滤层系统的临界水力梯度和破坏水力梯度,观察渗流过程中被保护土的状态变化,来研究层厚比对两种系统的被保护土颗粒水力运移的影响,揭示了层厚比与滤层滤土作用有效性的关系。
[硕士论文] 王欣
水利水电工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:信息化是当今时代全球性的大趋势,在工程领域中BIM技术就是时代信息化的产物。近些年,我国对水利工程的发展给予了多方面的政策红利,使得其得到了快速的发展并且在将来仍然有很大的发展前景。同时,精细化管理理念在水利工程中不断地深入,从而对水利工程的施工进度管理工作提出更高的要求,传统模式下长距离输水箱涵工程的施工进度管理方法和流程已经无法满足当今时代发展要求的需要,BIM技术的到来顺应了时代发展的潮流,为长距离输水箱涵工程的施工进度管理工作提供了新的方法和流程。
  本文对长距离输水箱涵施工进度管理的现状进行了全面的阐述,分析了BIM技术在长距离输水箱涵施工进度管理中的优势,构建了基于BIM技术的长距离输水箱涵施工进度管理实施流程,实现了BIM技术在长距离输水箱涵工程施工进度管理过程中的应用,提高了施工单位的施工进度管理效率以及长距离输水箱涵工程整体的管理水平。研究结论如下:
  在传统长距离输水箱涵施工进度管理方法和流程的基础上结合BIM技术的优势,从3D施工模型创建、初步施工进度计划编制、4D施工进度管理平台创建、最优4D施工模型形成和施工进度控制等五个主要方面构建了基于BIM技术的长距离输水箱涵施工进度管理实施流程。
  利用Revit软件创建长距离输水箱涵工程地形模型、基坑模型、输水箱涵结构模型和辅助施工设备模型,通过将上述模型在Revit中进行组合,形成长距离输水箱涵工程的3D施工模型,从而使得施工信息表达的更加明确;以BIM3D施工模型为依据,应用WBS技术在Project软件中编制了长距离输水箱涵工程的施工进度计划;在Navisworks Manage软件中将3D施工模型与施工进度计划进行链接,实现了4D施工进度管理平台的创建。在该平台中,一方面通过仿真模拟、碰撞检测等过程提前发现施工进度计划和3D施工模型中的不合理之处,并对其进行优化,从而在施工前形成最优4D施工模型;另一方面通过施工信息集成、施工进度对比分析、施工进度计划调整等方式使得施工进度控制过程更加直观以及施工进度控制效率更加高效。
  以南水北调中线一期某标段的长距离输水箱涵工程为例验证了基于BIM技术的长距离输水箱涵施工进度管理流程的可行性和合理性。该流程与传统模式下的施工进度管理流程相比精细化的管理理念更加突出,对于未来长距离输水箱涵工程的施工进度管理具有一定的应用价值和现实意义。
[硕士论文] 梁晓
水工结构工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:在水资源匮乏,社会经济高速发展的大背景下,我国的水资源供需矛盾日益突出。我国北方缺水地区,修建的很多多孔拦河闸以及多孔蓄排兼用水闸,除在汛期过流量大时可能全部开闸放水外,多数情况为少数孔局部开启运用,闸后流态为复杂的三元水流。在闸门开启或关闭过程中,闸下水流具有非恒定流特性,对水工建筑物会产生不利影响。但对于北方水闸进行设计时仍依据现行水闸设计规范和《水工设计手册》按照平面问题和恒定流条件下得出的公式计算和设计消能设施,建成的消能防冲设施损毁严重。
  论文基于CFD计算流体力学方法,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,建立闸下三元流有限差分数值模型,对闸后三元非恒定流特性和控导措施及效果进行了初步研究。主要研究内容和成果如下:
  设计并实现了多孔水闸少数孔局部开启闸下三元非恒定流试验测试系统,该系统由水循环系统、闸门启闭系统以及水位自动监测采集系统构成,数据采样精度在±0.2mm以内,采样频率可控,满足实验要求;
  进行了闸门不同开启历时和不同局部开启方式的闸下出流试验。对应各种开启工况测定了下游关键断面处的水位变化过程,观察不同工况下闸下三元非恒定流的流态变化;
  利用CFD软件建立闸下三元流有限差分数值模型,验证了数学模型模拟的准确性。观察了闸后一次水跃、二次水跃和回流等现象的演变过程。分析发现,在启门历时为0.5min工况下,闸门开启过程中消力池内的最大流速比流场稳定后流速高出3.6%,在相同启门历时情况下,闸门开启过程中的二次水跃距闸门的最大距离比流场稳定后的要大;
  探索导流墙对闸下三元恒定流与三元非恒定流的控导影响,发现在消力池内布置0.5倍的导流墙具有增加主流宽度,使二次水跃位置提前,改善流场内流速分布的作用。
[硕士论文] 王硕
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:土石坝的抗震安全问题一直是土石坝研究的重点,研究表明,土石坝在遭受地震时,由于“鞭梢效应”的影响,在距离坝顶1/5范围内的地震反应力较大。目前土工加筋技术被广泛的应用于软基加固、堤防、挡土墙等工程,并取得了良好的工程效果与经济效益,受此启发,在地震区修建高土石坝时常常采用对坝体上部加筋的手段来对土石坝进行加固。相较于传统的抗震加固手段能够大量地节约工程材料。大量的加筋土石坝工程实例都是在坝顶1/5区域内进行上下游的双侧加筋处理,但是对于水位变动较大的土石坝,上游侧加筋容易引起坝体的渗流破坏,本文通过振动台模型试验对无加筋土石坝模型、坝顶下游侧1/5范围内加筋土石坝模型、坝顶下游侧2/5范围内加筋土石坝模型和传统的坝顶上下游双侧1/5范围内加筋土石坝模型进行分析,对比不同加筋形式对土石坝抗震加固的效果,探讨对于水位差变动较大的土石坝采用下游单侧加筋的方式对土石坝进行加固处理的可行性。具体开展的工作及成果如下:
  (1)根据国内外研究现状,对土石坝动力反应和静力反应分析方法进行了总结,利用摩擦加筋原理和准粘聚力理论对加筋土石坝的筋土作用机理进行了深入的理论分析,并对加筋土的计算模型和本构关系进行了深入的探讨。
  (2)通过类比的方式分别讨论了土石坝在无加筋、下游侧坝顶1/5范围加筋、下游侧坝顶2/5范围内加筋和传统的上下游两侧坝顶1/5加筋四种模型的加速度响应情况、坝体变形情况、筋材应变情况和坝底的土压力变化情况。并得出了一些规律性的结论。
  (3)加筋能提高坝体坝顶区域的局部稳定性,提高坝体破坏时的最大加速度,减小坝体位移,抑制坝顶开裂。
  (4)增加用筋量能增强坝体的抗震能力,减少坡面出现的裂缝,使滑动面下移至加筋区以下。
  (5)单侧加筋不仅能改变加筋侧的坝体局部稳定性,还能对未加筋侧造成积极影响,增加用筋量和布筋范围,这种影响更加明显。所以根据工程的实际需求,对于水位差变动较大的土石坝可以采用下游单侧加筋的方式对土石坝进行加固处理。
[硕士论文] 王军
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡库区泥沙淤积问题一直被广泛关注,通常认为主要原因是泥沙发生了絮凝沉降。以往研究者多关注于河口地区的泥沙絮凝,针对三峡库区这类淡水环境的泥沙絮凝相关研究较少。开展三峡库区黏性泥沙在紊动水体中的絮凝沉降研究,对于认识三峡库区的淤积规律,合理调整水库运行调度方案,以及库区航道的整治等都具有重大的意义。
  本文主要研究三峡库区不同河段泥沙在不同紊动剪切率下的絮凝特征,分析其絮体粒径分布随剪切率变化的规律,明确紊动过程中的最大絮体粒径和临界剪切率。开展的主要工作及结果如下:
  (1)研发了絮凝沉降装置,通过电机带动多层格栅上下振动产生近似的各向同性均匀紊流;使用ADV对絮凝沉降系统中不同格栅运行参数S2M1/2fH3/2下三维脉动流速进行测量,建立絮凝沉降系统中水体紊动剪切率G与S2M1/2fH3/2之间的量化关系,即振幅为3cm时,G=10.854f15。
  (2)研发了絮体图像分析系统,基于图像分析方法,计算每个絮体的等效粒径,统计不同粒径段的絮体数量,得到絮体粒径分布(即各粒径段絮体数量百分数);实现了使用絮体图像采集系统对沉降柱中絮体形态进行原位观测,避免了采样测量对絮体结构造成破坏的弊端。
  (3)采集三峡库区长寿、忠县和奉节河段的江心沉积物制作实验沙样,设置浓度为0.3g/L、0.6g/L和1.0g/L,剪切率为3.84s-1、10.85s-1、19.94s-1和3007s-1进行絮凝沉降实验,分析三峡库区黏性泥沙絮凝后絮体粒径分布,结果表明:①三峡库区各断面絮凝效果明显,絮体最大粒径与长江河口絮体最大粒径相当;②浓度不变时,随剪切率增大,大粒径絮体(粒径大于0096mm)含量逐渐增大,最多可在G为19.94s-1时分别达到3.1%~11.3%、09%~10.2%和1.1%~11.4%;③长寿、忠县和奉节三个河段的泥沙絮凝平衡时絮体最大粒径Df,95随紊动剪切率的增大(从384s-1至30.07s-1),基本呈现先增大后减小的趋势,在浓度为1.0g/L、剪切率为19.94s-1时达到最大,分别为0.126mm、0.126mm和0.114mm。
  (4)三峡库区长寿、忠县和奉节河段的泥沙颗粒絮凝临界剪切率均为19.94s-1,絮体粒径分布受浓度影响较大。在临界剪切率作用下,泥沙浓度较小时(0.3g/L、0.6g/L),忠县河段泥沙絮凝平衡后絮体最大粒径与大粒径絮体百分数最大;泥沙浓度较大时(1.0g/L),长寿河段泥沙颗粒絮凝平衡后絮体最大粒径与大粒径絮体百分数最大。
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