模袋浮板对管道冲刷的防护效果分析

为验证将新型冲刷防护装置“模袋浮板”运用于管道冲刷的防护效果,建立了主流-渗流耦合模型,模拟单向流作用下管道附近的主流场和渗流场,验证了模袋浮板装置的有效性,研究了模袋浮板装置各设计参数对防护效果的影响。模拟结果显示,安装在管道上游的模袋浮板能显著降低管道附近的水流流速,降低土体中的渗流水头梯度,使管道受到有效保护。土体中的渗流水头梯度随浮板倾角的增大而减小,随悬空高度比的增大而增大,随浮板高度的增大而减小。渗流水头梯度与模袋浮板的有效高度呈非线性负相关关系,当有效高度超过临界值时,管道下方出现与主流方向相反的渗流。     

液体管道高频水力瞬变过程的数值模拟

目前在液体管道高频水力瞬变分析中,人们通常采用经典的拟稳态摩阻模型进行分析.但这种方法针对管壁切应力具有拟稳态特性的缓慢瞬变的分析是可行的,而对高频瞬变流动过程而言却不能准确预测水击压力波具体的衰减过程以及出现的波形畸变现象.介绍了一种新的考虑瞬时加速度对高频水力瞬变过程影响的非恒定摩阻模型,并结合特征线法给出了其数值解法,最后通过实例验证了该模型能比经典的拟恒定摩阻模型更为准确地模拟液体管道中高频瞬变流压力波的衰减和波形畸变.该模型对计算机的要求和计算耗时与经典的拟稳态摩阻模型相差不大,是一种具有良好工程应用潜力的液体管道高频瞬变分析数学模型.     

ADDITIONAL PRESSURE LOSSES OF SOLID-LIQUID FLOW IN AN OSCILLATING PIPELINE

1. INTRODUCTIONThere are abundant resources in immense oceans. Manganese nodule on the deep sea bed is a kind of mineral resources, the size of which ranges from 5mm to 200mm in diameter (David 1974). In the last decades, several mining systems have been …     

喷嘴与水平圆管的气－液两相流动阻力特性

本文应用一维变密度气－液两相流动量方程于喷嘴和水平圆管的气水两相流动，建立了喷嘴进出口压力及流速之间的关系，将动量方程在有限管道长度内积分，从而可由试验测得的压力差计算通过水平回管的气－液两相流阻力系数，并在大量试验的基础上建立了考虑截面含气率的喷嘴动量修正系数的相关关系式和水平因管中气水两相流阻力系数与雷诺数之间的关系式。     

COUPLING EFFECT OF SEEPAGE FLOW AND RIVER FLOW ON THE BANK FAILURE

On the basis of the generalized physical model of the riverbank, the experiments were conducted to study the mechanisms of riverbank failure under the coupling effect of seepage flow and river flow. The experimental setup was specially designed, as well as test point location, parameters and procedures, and the main influencing factors were analyzed affecting riverbank failure based on the failure types, the variations of pore water pressure and soil displacement. The results indicated that the coupling effect has different influences on the bank failure in three aspects: the failure type, the process and the extent. In addition, the river flow played a more important role than the seepage flow in the coupling effect on the bank failure.     

含聚丙烯酰胺的管道螺旋流流动特性试验

为了解聚丙烯酰胺(PAM)对管道螺旋流流动特性的影响,搭建管道试验系统和制作多导叶式局部起旋装置,使用5孔直头球形测针和1套水压力测压系统,测量含PAM管道螺旋流的管道边壁静水压强和测针内动水压强,分析管道螺旋流流速分布、输固能力和压力特性。结果表明:加入少量PAM(100 mg/L)之后,管道螺旋流的流速分布相比清水发生变化,管道螺旋流发展过程(产生—发育成型)延长67%,管道螺旋流的输固能力增大79.1%～91.5%,阻力损失降低18.0%～23.8%。     

黏土海床管道局部冲刷的模拟研究

基于黏土的流变特性,将黏土视为一种流体,用Herschel-Bulkley模型模拟,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent建立二维管道冲刷模型,结合SST k-ω湍流模型以及VOF两相流模型对黏土海床上管道局部冲刷进行数值模拟研究。研究分析表明:海底管道的存在增加了海流对海床的剪切应力,随悬空高度增大,海床剪应力逐渐减小。管道冲刷深度主要受黏土的不排水抗剪强度和流场流速的影响,管道的局部冲刷深度随土体强度的增大而减小,屈服应力为150 Pa时其冲刷深度为0.63D,约为屈服应力为600 Pa时的2倍。管道的局部冲刷深度随流速的增大而增大,流速每增加0.2 m/s其管道下方的冲刷深度平均会增加0.16D。受管道对流场的扰动,管道下游的尾流冲刷深度对流场流速大小更为敏感。     

基于ABAQUS的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析

以研究崩壁在地下水抬升与不同类型降雨联合作用下的失稳模式与渗流场特性为目标,基于野外勘查和相关物理分析获取的鄂东南崩岗区典型风化岩土体剖面各层次基本指标数据,尝试从崩壁渗流场与应力场两场耦合的角度,运用数值试验探讨单次降雨诱发下水力因素影响崩岗侵蚀的过程与机理。结果发现:长期小雨环境下,崩壁破坏方式属于崩壁中下部土层局部被淘空与砂土层上覆土体整体滑移相结合;短时强雨环境下则表现为坡面浅层（分层）流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个促使崩壁砂土层被水蚀并退去后形成凹腔(龛)的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,龛体积不再扩大,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。强降雨入渗产生的渗流区域主要分布在崩壁浅层地表,引起浅层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰(零压面)逐渐向崩壁深处推移,地下水位线逐渐抬升并以出露泉方式对砂土层下部造成机械潜蚀。分析结果与野外观测现象较为一致。     

石家庄市引岗黄二期工程管道水击压力数值计算

在阀门关闭或开启的过程中,对有压管道的任一端面而言,水流运动要素随时间发生变化,形成非恒定流。这种管道阀门 的突然关闭或开启,引起流速急剧变化,同时引起压强突然增加或降低。阐述了计算水击压力的基本方程及基于特征线的数值解 法,并计算了引岗黄二期工程管道的水击发生变化过程。     

腐蚀混凝土管道气液两相流非线性有限元分析

针对市政混凝土排水管道腐蚀问题,建立带承插口和橡胶圈的气液两相流腐蚀管道有限元模型,通过在管顶沿壁厚方向对混凝土弹性模量设置不同的折减系数来模拟管道腐蚀,同时对正常管道和腐蚀管道分别进行了流固耦合和多场耦合的非线性有限元分析。结果表明:由于管道承插口的存在,接头处的等效应力会突然增大,且在两端处增大幅度更大;考虑交通荷载和土压力多场耦合共同作用使插口在底部外表面表现为压应力,承口在顶部外表面的底部外表面表现为压应力,且多场耦合作用下承插口的最大主应力明显大于流固耦合;流体对管道的作用是有限的,但在考虑交通荷载和土压力多场耦合共同作用的情况下是不能忽略的;多场耦合作用使管道在管顶和管底呈现出应力集中的现象,腐蚀管道横截面的等效应力变化更快,应力集中现象更明显。     

洪水期岸滩崩塌有关问题的研究

结合洪水期堤岸渗透与崩塌的特点,以岸滩稳定分析为基础,本文重点研究了崩滩与渗透险情的关系、洪水浸泡河岸及水位升降等对崩岸的影响。研究结果表明,岸滩崩塌对河岸堤基的渗透和渗透破坏(管涌、流土)有重要的促进作用,作者推导了堤后(或堤脚)发生流土破坏的临界内滩宽度公式;洪水长期浸泡后,河岸土壤的内摩擦角和内聚力有较大幅度的减小,河岸稳定系数减小;对于黏土岸滩,洪水迅速上涨期间,水压力对河岸的稳定是有利的,而洪水骤降时,河岸崩塌的几率增大;对于非黏土岸滩,洪水缓慢上涨期间,河岸稳定性变化不大,而洪水缓慢下降后,岸滩稳定系数减小。     

北疆某工程膨胀土的力学特性及微观机制试验研究

北疆某工程穿越膨胀土区域,自运行以来发生多次滑动破坏,为深入探讨其破坏机理,通过对膨胀土进行室内直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验,从宏观角度分析其力学特性,微观上揭示其物理机制。宏观分析表明:随含水率增加,黏聚力降低,内摩擦角呈先增后减趋势,在最优含水率时达到峰值;随干密度增加,黏聚力增加,内摩擦角呈逐步增大的趋势;随含水率增加,稳定孔隙比呈下降趋势,表明土体的压缩性增强;随干密度增加,初始孔隙比减小,稳定孔隙比趋于定值。电镜扫描结果显示:随固结压力增加,土体的结构类型由絮凝结构逐渐向紊流和层流状结构演化,孔隙数量与大小均下降,颗粒聚集效应明显,膨胀土压缩性降低;膨胀土在低固结压力下渗透性较强,在较高压力（200~1 600 kPa）下较小,渗透系数量级为10?6~10?8,与孔隙比呈正相关,可用幂函数的形式表达;随固结压力增加,松散堆积结构转变为紧密结合的层流状结构,孔隙面积减少,渗透系数显著降低。     

安装有空气阀的输水管路系统空管充水过程瞬态分析

在输水管路系统中,空气阀在预防水柱分离及再弥合水锤方面发挥着关键作用。现有空气阀的应用研究多集中于满管流状态,但对于空管充水阶段空气阀的水锤防护研究较少。为此,本文建立了空管充水过程中空气阀的数学模型,提出了一种基于改进牛顿迭代法和直接求解法相结合的求解空气阀模型的计算方法,分析了进气阀、普通进排气阀和进气微排阀3种类型的空气阀在曲折管线空管充水过程中的水锤防护效果。定量分析表明,为预防空管充水过程中出现的水柱分离及再弥合高压水锤,选择大口径进气,微量排气的空气阀最为合适。该研究对安装有空气阀的输水管路系统的空管充水瞬态分析具有一定的参考价值。     

埋地异型供水管段泄漏定位方法

供水管道泄漏时产生泄漏声波,根据泄漏声波到达安装在管道上的两个传感器的时间差,可以估计出泄漏位置。泄漏声波在管道中的传播速度与管道材料、内径和壁厚等有关。当泄漏发生在由不同类型管道组成的管段上时,用平均声速计算泄漏位置会增大定位的不确定度。借助于供水管网信息化提供的地下管线详实信息,根据各段管道的长度和声速可以更准确地估计出泄漏位置。介绍了异型管段泄漏定位的计算方法,给出一个检测实例和算法的流程。     

有限元稳定分析法在确定土体结构极限承载力中的应用

本文引入有限元稳定分析法来求解土体结构的极限承载力。在有限元应力应变分析的基础上，通过搜索临界滑动面并增大外荷载使临界滑动面安全系数为1.0来确定极限承载力，并指出由此得到的极限承载力是土体结构沿临界滑动面整体达到极限平衡时的真正承载力。算例表明此法可行，同时将该方法推广到求解边坡极限承载力和地基承载力。文中还研究了边坡极限承载力同自重和坡角的关系。与各传统地基承载力公式比较发现，在土体内摩擦角比较大时，经验公式均低估了地基承载力。最后分析了计算参数变化对地基承载力的影响。     

石灰改良膨胀土抗剪强度参数试验研究

对石灰改良膨胀土强度形成机理进行了分析,研究了养护时间、初始含水率、掺灰率对石灰改良膨胀土的凝聚力及内摩擦角的影响,提出综合考虑含水率与掺灰率的凝聚力计算式,通过研究认为养护时间对凝聚力和内摩擦角的影响0~7 d比7~28 d 大,但对内摩擦角的影响比凝聚力小,这些结论的得出对进一步研究石灰改良膨胀土的抗剪强度具有一定的参考意义。     

固体物料管道水力输送的研究进展与应用

固体物粒的管道水力输送是一种新兴的极有前途的科学技术。根据国内外的有关研究工作，本文探讨了管道水力输送的机理，综述了管道固液两相流动中流动状态、临界流速及阻力损失等方面的研究进展，并对上海理工大学建成的两相流管道输送实验台及其应用作了简要介绍。     

库水位下降时土坝上游面渗流稳定性研究

大坝迎水坡的最不利工况是长期蓄水(高水位运行)后水位骤降,影响此时上游坡土体稳定性的因素有水位降落速度、土体特性等。借助于渗流分析软件Geoslope和unsst2,不仅从渗流稳定性出发,说明了坡面渗水的危害;从防止大坝上游坡在库水位下降时产生自由溢出点出发,拟合了不同κ/μυ时库水位下降的临界高度;而且考虑了由于各种...     

加劲巨型薄壁输水钢管外压临界失稳性能研究

通过分析加劲巨型薄壁钢管管身段和环管段的外压临界失稳特性,同时根据工程应用实际,考虑了具有相同断面面积的矩形环和T形环对钢管临界失稳指标的影响,得出了加劲环间距采用0.1~0.6倍钢管内半径最为有效,加劲环厚度宜为1~1.5倍管壁厚度,适宜高厚比为5~20的结论,并指出不同尺寸与布置间距的加劲环管段外压临界失稳存在耦合特性.实例分析表明,使用文中介绍的方法进行加劲巨型薄壁输水钢管外压稳定优化设计可达到既经济又安全的目的.     

不同轴压下悬挂式防渗墙堤基渗透坡降试验

为了研究含悬挂式防渗墙的强透水堤坝坝基在不同轴压状态下的渗透特性,分别开展了3种不同高度防渗墙在不同轴向应力状态下的渗流-应力耦合管涌试验。结果表明:防渗墙端部位置渗透流速较大,更易发生渗透破坏;坝基平均渗透坡降随防渗墙高度增加而减小,防渗墙渗流轮廓线上,防渗墙端部的渗流梯度最大,应力状态对悬挂式防渗墙-砂砾石地基渗透坡降影响显著,管涌临界渗透坡降与轴压呈抛物线关系,防渗墙端部的渗透破坏坡降随轴压增大而线性增大。在此基础上,建立了用轴压表示的防渗墙端部渗透破坏坡降线性经验公式。