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RSS2013年 第5期
2013, (5): 1-9.
摘要:
以前期数学模型研究为基础,在已有长江河口段模型中,对通州沙水道和白茆沙水道深水航道整治一期 工程可行性研究比选方案、推荐方案以及初步设计方案进行定、动床物理模型试验研究,从水动力变化、河床冲 淤变化等方面,分析对比各方案实施后航道整治效果、护滩效果,以及对河势、防洪和周边的影响. 试验研究认 为,各方案实施后规划航道12. 5 m 航道均贯通,稍加疏浚,可满足500 m伊12. 5 m 的深水航道要求;相对推荐方 案而言,初设优化方案较优. 相关成果已应用于航道工程设计和决策中.
以前期数学模型研究为基础,在已有长江河口段模型中,对通州沙水道和白茆沙水道深水航道整治一期 工程可行性研究比选方案、推荐方案以及初步设计方案进行定、动床物理模型试验研究,从水动力变化、河床冲 淤变化等方面,分析对比各方案实施后航道整治效果、护滩效果,以及对河势、防洪和周边的影响. 试验研究认 为,各方案实施后规划航道12. 5 m 航道均贯通,稍加疏浚,可满足500 m伊12. 5 m 的深水航道要求;相对推荐方 案而言,初设优化方案较优. 相关成果已应用于航道工程设计和决策中.
2013, (5): 10-16.
摘要:
为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤,建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模 型. 采用有限体积法离散控制方程,并运用SIMPLEC 算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场,通 过实测资料对计算结果进行了对比分析. 结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,反映了天然连续弯道水流 的基本特性,即水面的水质点向凹岸运动, 而近底的水质点向凸岸运动. 说明该模型可以用于模拟天然连续弯 道的水流运动.
为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤,建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模 型. 采用有限体积法离散控制方程,并运用SIMPLEC 算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场,通 过实测资料对计算结果进行了对比分析. 结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,反映了天然连续弯道水流 的基本特性,即水面的水质点向凹岸运动, 而近底的水质点向凸岸运动. 说明该模型可以用于模拟天然连续弯 道的水流运动.
2013, (5): 17-25.
摘要:
高土石坝施工进度优化是一个复杂的非线性多目标综合优化问题,不仅需考虑施工资源投入及生产效 率,更需要顾及大坝填筑质量和安全对施工进度的影响. 在定量分析土石坝填筑质量、安全和进度相互关系的 基础上,建立了高土石坝填筑质量-安全-进度综合优化模型,并针对传统优化方法的局限性,提出了该优化模 型求解的遗传和声算法,实现了高土石坝填筑质量、大坝安全和施工进度的均衡安排. 实例应用表明了本文方 法的可行性,可为高土石坝施工进度计划优化与实时控制提供一条新的途径.
高土石坝施工进度优化是一个复杂的非线性多目标综合优化问题,不仅需考虑施工资源投入及生产效 率,更需要顾及大坝填筑质量和安全对施工进度的影响. 在定量分析土石坝填筑质量、安全和进度相互关系的 基础上,建立了高土石坝填筑质量-安全-进度综合优化模型,并针对传统优化方法的局限性,提出了该优化模 型求解的遗传和声算法,实现了高土石坝填筑质量、大坝安全和施工进度的均衡安排. 实例应用表明了本文方 法的可行性,可为高土石坝施工进度计划优化与实时控制提供一条新的途径.
2013, (5): 26-31.
摘要:
为阐明峡江水利枢纽截流河道水力特性,指导工程施工,采用峡江站水文资料及枢纽实测水位,在率定 好截流时期一维数学模型的基础上,建立了赣江峡江段平面二维水流数学模型,定量计算单戗堤枢纽截流时期 重要水域及过流建筑物水流形态,分析流场形态的变化特征和局部流态对枢纽尤其是围堰的影响,并将研究结 果与物理模型试验结果做了对比分析,同时分析了双戗堤截流工况对改善龙口水利条件的影响程度. 结果表明 二维数学模型能较准确地计算截流时期围堰工程局部水位及流场变化情况,峡江枢纽大江截流施工方案可行.
为阐明峡江水利枢纽截流河道水力特性,指导工程施工,采用峡江站水文资料及枢纽实测水位,在率定 好截流时期一维数学模型的基础上,建立了赣江峡江段平面二维水流数学模型,定量计算单戗堤枢纽截流时期 重要水域及过流建筑物水流形态,分析流场形态的变化特征和局部流态对枢纽尤其是围堰的影响,并将研究结 果与物理模型试验结果做了对比分析,同时分析了双戗堤截流工况对改善龙口水利条件的影响程度. 结果表明 二维数学模型能较准确地计算截流时期围堰工程局部水位及流场变化情况,峡江枢纽大江截流施工方案可行.
2013, (5): 32-38.
摘要:
将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合,可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题. 但传统的一维和 二维洪水演进模型通常是独立的模块,且模拟计算所花时间较长,结果也不够准确. 把独立的一维和二维模型 通过时间同步和空间耦合节点的对应关系,建立了一、二维实时动态耦合模型. 利用干水深和湿水深理论,改进 了传统的洪水演进模型. 采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况,通过历史洪水对模型进行了 验证,基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图. 结果表明:一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水 时,模拟计算结果较传统的方法更为合理,且花费时间更少.
将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合,可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题. 但传统的一维和 二维洪水演进模型通常是独立的模块,且模拟计算所花时间较长,结果也不够准确. 把独立的一维和二维模型 通过时间同步和空间耦合节点的对应关系,建立了一、二维实时动态耦合模型. 利用干水深和湿水深理论,改进 了传统的洪水演进模型. 采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况,通过历史洪水对模型进行了 验证,基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图. 结果表明:一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水 时,模拟计算结果较传统的方法更为合理,且花费时间更少.
2013, (5): 39-45.
摘要:
某水电站泄洪闸采用大吨位预应力闸墩承受弧形闸门支臂传递的巨大水推力,通过近2 年的闸墩锚索 拉力监测发现,锚索张拉力损失部分超过15%,并尚未收敛,且闸墩在宣泄洪水过程中曾出现过强烈振动现象. 为进一步明确锚索拉力损失是否对闸墩动态特性(包括模态特性、动位移与动应力特性)产生影响,建立了闸墩 -基础-锚索整体有限元模型,通过制作闸墩水力学模型并采用力传感器测量作用于闸墩上的整体面荷载,获取 不同运行工况下的闸墩整体水动力荷载时程线,以此为有限元模型输入荷载进行闸墩动态响应计算,分析了泄 洪闸预应力闸墩主、次锚索不同索力损失对闸墩的动态特性的影响,研究成果可为工程安全运行提供重要 参考.
某水电站泄洪闸采用大吨位预应力闸墩承受弧形闸门支臂传递的巨大水推力,通过近2 年的闸墩锚索 拉力监测发现,锚索张拉力损失部分超过15%,并尚未收敛,且闸墩在宣泄洪水过程中曾出现过强烈振动现象. 为进一步明确锚索拉力损失是否对闸墩动态特性(包括模态特性、动位移与动应力特性)产生影响,建立了闸墩 -基础-锚索整体有限元模型,通过制作闸墩水力学模型并采用力传感器测量作用于闸墩上的整体面荷载,获取 不同运行工况下的闸墩整体水动力荷载时程线,以此为有限元模型输入荷载进行闸墩动态响应计算,分析了泄 洪闸预应力闸墩主、次锚索不同索力损失对闸墩的动态特性的影响,研究成果可为工程安全运行提供重要 参考.
2013, (5): 46-53.
摘要:
试验中观察到含水率及加载速率对钢纤维、粗合成纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性测试中的脆断概率影 响显著,为此,研究了这2 个试验条件对弯曲韧性测试的影响. 试件在(20依2)益、(60依5)% 相对湿度条件下分 别干燥0,16,24 及72 h,获得不同程度的干湿状态;然后按照ASTM C1609 及CECS 13 的三分点加载,以 0. 05 mm/ min加载速率测试弯曲韧性. 对于干燥时间分别为24 和72 h 的试件,以0. 05,0. 10 及0. 20 mm/ min 加 载速率分别测试其弯曲韧性. 结果表明,随着含水率降低,第一峰值弯曲强度明显降低;未经干燥的水饱和试件 弯韧试验中均发生脆断,但经干燥非饱和试件的特定挠度下残余弯曲强度、弯曲韧性T100,2. 0 随含水率降低而呈 现降低趋势. 纤维增韧喷射混凝土第一峰值强度、残余弯曲强度、弯曲韧性随加载速率提高而增大;配合比相同 时,相对含水率较高,上述抗弯性能随加载速率提高而增大的趋势更为明显;其原因可以解释为受孔隙中自由 水Stefan 效应引发黏聚力作用.
试验中观察到含水率及加载速率对钢纤维、粗合成纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性测试中的脆断概率影 响显著,为此,研究了这2 个试验条件对弯曲韧性测试的影响. 试件在(20依2)益、(60依5)% 相对湿度条件下分 别干燥0,16,24 及72 h,获得不同程度的干湿状态;然后按照ASTM C1609 及CECS 13 的三分点加载,以 0. 05 mm/ min加载速率测试弯曲韧性. 对于干燥时间分别为24 和72 h 的试件,以0. 05,0. 10 及0. 20 mm/ min 加 载速率分别测试其弯曲韧性. 结果表明,随着含水率降低,第一峰值弯曲强度明显降低;未经干燥的水饱和试件 弯韧试验中均发生脆断,但经干燥非饱和试件的特定挠度下残余弯曲强度、弯曲韧性T100,2. 0 随含水率降低而呈 现降低趋势. 纤维增韧喷射混凝土第一峰值强度、残余弯曲强度、弯曲韧性随加载速率提高而增大;配合比相同 时,相对含水率较高,上述抗弯性能随加载速率提高而增大的趋势更为明显;其原因可以解释为受孔隙中自由 水Stefan 效应引发黏聚力作用.
2013, (5): 54-60.
摘要:
为研究环境因素对结构混凝土耐久性的影响,现场检测了宁波某海工码头工作平台不同结构区域的结 构混凝土耐久性能. 检测结果表明碳化深度和钢筋保护层厚度的特征值与设计值的比值为大气区>水位变动区 >水下区;混凝土表面氯离子浓度和碱含量为水下区>水位变动区>大气区;表观氯离子扩散系数为水位变动区> 水下区>大气区. 大气区混凝土易受CO2 侵蚀而导致混凝土钢筋保护层劣化. 有害介质氯离子与CO2 共同侵蚀 导致水位变动区混凝土钢筋锈蚀和钢筋保护层劣化. 作业时间有限和环境恶劣降低了水下区混凝土对钢筋的 保护能力,导致钢筋锈蚀速度和钢筋保护层劣化加快.
为研究环境因素对结构混凝土耐久性的影响,现场检测了宁波某海工码头工作平台不同结构区域的结 构混凝土耐久性能. 检测结果表明碳化深度和钢筋保护层厚度的特征值与设计值的比值为大气区>水位变动区 >水下区;混凝土表面氯离子浓度和碱含量为水下区>水位变动区>大气区;表观氯离子扩散系数为水位变动区> 水下区>大气区. 大气区混凝土易受CO2 侵蚀而导致混凝土钢筋保护层劣化. 有害介质氯离子与CO2 共同侵蚀 导致水位变动区混凝土钢筋锈蚀和钢筋保护层劣化. 作业时间有限和环境恶劣降低了水下区混凝土对钢筋的 保护能力,导致钢筋锈蚀速度和钢筋保护层劣化加快.
2013, (5): 61-65.
摘要:
基于对瓯江口内外2005 年6—7 月多个潮位站15 d 的实测潮位资料分析,利用3 种方法研究了瓯江口 潮汐不对称现象及其在时空上的变化特征与机理. 研究认为,在理论上传统地采用M2 与M4 分潮的相对振幅判 断潮汐不对称的方法不完善,潮汐不对称不仅受到相对振幅的影响,而且受到其相对位相的影响,同时其他分 潮的相互作用也是导致河口、近岸潮汐不对称的重要因素. 瓯江口潮汐属正规半日潮,潮汐不对称的产生主要 是由于M2 分潮及其倍潮M4 的相互作用. 潮汐不对称的空间变化主要表现在沿河道的纵向上,即潮汐在纵向上 由口外向上游不对称逐渐增强. 在横向上,口门外由于地形开阔,水深较大,潮汐不对称不明显且无明显变化趋 势. 在时间上,潮汐不对称在大-小潮期间具有明显变化,表现为大潮期最为明显,远大于小潮期. 因此可以认为 潮汐不对称在大-小潮期间的变化是低频分潮Msf 分潮所致.
基于对瓯江口内外2005 年6—7 月多个潮位站15 d 的实测潮位资料分析,利用3 种方法研究了瓯江口 潮汐不对称现象及其在时空上的变化特征与机理. 研究认为,在理论上传统地采用M2 与M4 分潮的相对振幅判 断潮汐不对称的方法不完善,潮汐不对称不仅受到相对振幅的影响,而且受到其相对位相的影响,同时其他分 潮的相互作用也是导致河口、近岸潮汐不对称的重要因素. 瓯江口潮汐属正规半日潮,潮汐不对称的产生主要 是由于M2 分潮及其倍潮M4 的相互作用. 潮汐不对称的空间变化主要表现在沿河道的纵向上,即潮汐在纵向上 由口外向上游不对称逐渐增强. 在横向上,口门外由于地形开阔,水深较大,潮汐不对称不明显且无明显变化趋 势. 在时间上,潮汐不对称在大-小潮期间具有明显变化,表现为大潮期最为明显,远大于小潮期. 因此可以认为 潮汐不对称在大-小潮期间的变化是低频分潮Msf 分潮所致.
2013, (5): 66-70.
摘要:
海堤工程沉降预测对工程维护和灾害防治具有重要意义,但因影响沉降的因素较多,目前尚无一种普适 的分析模型. 以海堤工程的沉降数据为研究对象,充分利用ARIMA 模型较高的拟合能力和RTA 的等维递补预 测思想提高海堤工程监测数据的预测长度,建立了ARIMA鄄RTA 组合预测模型,并以浙江某海堤工程为例进行 了实例计算,对沉降实测值和模型预测值进行比较. 结果表明,ARIMA鄄RTA 组合模型能够充分挖掘监测数据的 动态信息,具有物理机制明确,预测精度高的优点,为海堤工程监测资料分析提供了新的研究思路.
海堤工程沉降预测对工程维护和灾害防治具有重要意义,但因影响沉降的因素较多,目前尚无一种普适 的分析模型. 以海堤工程的沉降数据为研究对象,充分利用ARIMA 模型较高的拟合能力和RTA 的等维递补预 测思想提高海堤工程监测数据的预测长度,建立了ARIMA鄄RTA 组合预测模型,并以浙江某海堤工程为例进行 了实例计算,对沉降实测值和模型预测值进行比较. 结果表明,ARIMA鄄RTA 组合模型能够充分挖掘监测数据的 动态信息,具有物理机制明确,预测精度高的优点,为海堤工程监测资料分析提供了新的研究思路.
2013, (5): 71-76.
摘要:
目前堵头设计还没有统一的标准和准则,多数堵头设计长度过分偏于安全. 依托金家坝水电枢纽导流洞 封堵工程,利用ANSYS 软件建立了堵头和围岩的三维有限元模型,全面分析堵头的力学效应. 分析表明:堵头总 体上呈受压状态,而且拉压应力均较小,不会超过堵头混凝土本身的强度;上游水压力主要由堵头与围岩的黏 聚力和接触面的摩擦作用共同承担. 在此基础上,考虑围岩附加抗力,分析了围岩等级、堵头混凝土等级、堵头 楔角等因素对堵头设计的影响. 结果表明:适当的楔角是发挥围岩附加抗力的必要条件,围岩等级的提高也有 利于堵头的稳定性,而单纯提高堵头混凝土的强度等级并不能提高堵头的抗滑稳定性.
目前堵头设计还没有统一的标准和准则,多数堵头设计长度过分偏于安全. 依托金家坝水电枢纽导流洞 封堵工程,利用ANSYS 软件建立了堵头和围岩的三维有限元模型,全面分析堵头的力学效应. 分析表明:堵头总 体上呈受压状态,而且拉压应力均较小,不会超过堵头混凝土本身的强度;上游水压力主要由堵头与围岩的黏 聚力和接触面的摩擦作用共同承担. 在此基础上,考虑围岩附加抗力,分析了围岩等级、堵头混凝土等级、堵头 楔角等因素对堵头设计的影响. 结果表明:适当的楔角是发挥围岩附加抗力的必要条件,围岩等级的提高也有 利于堵头的稳定性,而单纯提高堵头混凝土的强度等级并不能提高堵头的抗滑稳定性.
2013, (5): 77-82.
摘要:
在深覆盖层地基上修建高土石坝,其防渗体系的可靠性是一项关键技术问题.防渗墙与土质防渗体连接处是抵御渗透破坏的关键部位.根据瀑布沟土石坝防渗体系的结构特点,利用有限元方法对瀑布沟土石坝进行了渗流分析.结果表明:坝体渗流与应力变形计算时,副防渗墙按40％承担水头较为合适;连接部位的渗透坡降是非均匀变化的,混凝土结构顶部的渗透坡降较大,心墙底部出口处的渗透坡降较小;坝体与两岸相接部位心墙底部渗流出口处的坡降最大.研究结论可以为类似工程提供参考和借鉴.
在深覆盖层地基上修建高土石坝,其防渗体系的可靠性是一项关键技术问题.防渗墙与土质防渗体连接处是抵御渗透破坏的关键部位.根据瀑布沟土石坝防渗体系的结构特点,利用有限元方法对瀑布沟土石坝进行了渗流分析.结果表明:坝体渗流与应力变形计算时,副防渗墙按40％承担水头较为合适;连接部位的渗透坡降是非均匀变化的,混凝土结构顶部的渗透坡降较大,心墙底部出口处的渗透坡降较小;坝体与两岸相接部位心墙底部渗流出口处的坡降最大.研究结论可以为类似工程提供参考和借鉴.
2013, (5): 83-88.
摘要:
船舶“超吃水冶引起的船舶搁浅事故呈逐年增多的趋势,对内河离港船舶吃水进行实时测量尤为必要. 针 对内河航道的特点,提出了一种利用单波束声收发分体传感器同步对船舶底部边缘进行扫描测量的方法,研究 了传感器系统构成,并对测量原理进行了理论推导. 设计了比尺为1100 的吃水测量试验系统,利用3 000 t级 小比尺船模按4 种工况进行试验,结果表明,船舶航速对船舶吃水测量值有一定影响,但最大误差仍控制在 11. 4%以内,证明了这种测量方法的可行性.
船舶“超吃水冶引起的船舶搁浅事故呈逐年增多的趋势,对内河离港船舶吃水进行实时测量尤为必要. 针 对内河航道的特点,提出了一种利用单波束声收发分体传感器同步对船舶底部边缘进行扫描测量的方法,研究 了传感器系统构成,并对测量原理进行了理论推导. 设计了比尺为1100 的吃水测量试验系统,利用3 000 t级 小比尺船模按4 种工况进行试验,结果表明,船舶航速对船舶吃水测量值有一定影响,但最大误差仍控制在 11. 4%以内,证明了这种测量方法的可行性.
2013, (5): 89-95.
摘要:
分析比较平面应变状态下中间主应力的各种形式,根据侧限压缩试验的特殊应力应变条件,推导了一个 与土性参数有关的中间主应力表达式. 该表达式可简单地通过三轴压缩试验所得的参数来确定,同时还可以简 单反映土体应力历史对土体强度的影响. 将该表达式与SMP 准则和Lade 准则结合,建立了平面应变状态下土 性参数与三轴压缩状态土性参数的关系,通过试验数据的分析比较看出,所得的中间主应力能更好地反映土体 的实际性状,对于SMP 准则和Lade 准则均有很好的适用性.
分析比较平面应变状态下中间主应力的各种形式,根据侧限压缩试验的特殊应力应变条件,推导了一个 与土性参数有关的中间主应力表达式. 该表达式可简单地通过三轴压缩试验所得的参数来确定,同时还可以简 单反映土体应力历史对土体强度的影响. 将该表达式与SMP 准则和Lade 准则结合,建立了平面应变状态下土 性参数与三轴压缩状态土性参数的关系,通过试验数据的分析比较看出,所得的中间主应力能更好地反映土体 的实际性状,对于SMP 准则和Lade 准则均有很好的适用性.
水利水运工程学报