干砌方格灌浆衬护在叶尔羌河西岸输水总干渠节水改造中的应用

文章通过对高地下水位灌溉渠道滑塌破坏成因的分析,提出了滤透式刚柔耦合衬护技术,该衬护结构具有固坡、护渠、导渗、排水的多重功能。     

喀什河下游灌区改造工程渠道衬砌结构抗冻胀设计

位于高地下水位区的渠道衬砌结构抗冻胀设计较为复杂,以喀什河下游灌区改造工程为例,对其渠道衬砌结构抗冻胀设计进行了数值模拟分析,得出本工程渠道衬砌结构的稳定性及冻胀变形、法向与切向冻胀力的分布规律与冻害规律,并为工程渠道抗冻胀提供了理论指导。     

寒旱区梯形渠道衬砌冻胀破坏数值模拟

针对刚性衬砌渠道冻胀破坏问题,选取宁夏盐环定扬黄灌区衬砌渠道为研究对象,在考虑相变及水分迁移模型基础上,考虑高地下水位对冻胀的影响,建立考虑水分迁移及地下水影响的数学物理模型,并采用Comsol Mutiphysics有限元软件对梯形渠道混凝土衬砌进行冻胀数值模拟,分别从温度场、位移场和应力场对刚性衬砌渠道冻胀破坏等方面进行了研究分析。结果表明:阴坡、阳坡冻胀量较大,渠底较小,渠底中部、渠坡1/3坡板长度处冻胀量分别达到最大值。渠底中部的法向冻胀力较小,两边逐渐增大,阴坡、阳坡的法向冻胀力分布均匀;渠底的切向冻结力成线性分布。阴坡、阳坡靠近坡脚处切向冻结力较大,左、右两端坡顶处切向冻结力较小,渠底衬砌板和两侧衬砌板属于压弯组合变形构件。     

整体式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型

通过对整体式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏特征及原因分析,将结构简化为在法向冻胀力、法向冻结力、切向冻结力和重力共同作用下的超静定两铰拱,应用结构力学原理求解出衬砌板的冻胀力及内力图,结合混凝土板抗裂条件,给出了最大拉应力、衬砌板厚和抗冻胀破坏验算的公式,并对整体式与两拼式U形衬砌板冻胀效应进行了比对。结果表明,整体式U形混凝土衬砌渠道由于具有冻胀变形均匀、法向冻胀力小、抗冻胀能力强等特点,优于传统的两拼式U形渠道断面。     

季节性冻土区玻璃钢防渗渠道抗冻胀性能初探

为了研究玻璃钢防渗技术在北方季节性冻土区的有效性,采用有限元分析软件ADINA对玻璃钢材料防渗渠道的温度场、变形场及应力场进行仿真分析,同时研究了衬砌板的冻胀变形及冻胀力分布规律.结果表明:与普通混凝土衬砌相比,玻璃钢衬砌材料不仅能使衬砌板的冻胀变位值及冻胀力更加均匀,而且通过释放变形,可使其法向冻胀力减小51%~74%,切向冻胀力减小34%～46%,玻璃钢材料优于混凝土.     

考虑冻土与结构相互作用的梯形渠道冻胀破坏弹性地基梁模型

假定渠基冻土为服从Winkler假设的弹性地基,提出一种针对开放系统混凝土梯形渠道的衬砌冻胀力分布计算方法。基于弹性地基梁理论引入与冻胀变形成比例的附加项来反映衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,导出考虑冻土与衬砌结构耦合作用的冻土地基梁挠曲线微分方程。基于此,对现浇混凝土梯形渠道底板和坡板分别建立冻胀模型,并结合边界条件对方程求解获得渠道底板和坡板挠度和内力的解析表达式,进而建立了基于衬砌冻胀位移计算的渠道衬砌冻胀破坏判断准则。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,对衬砌各点冻胀位移进行了计算,并与材料力学方法的计算结果及原型观测值进行了对比分析。结果表明,本文方法由于考虑了衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,冻胀位移计算结果均较材料力学方法小,且与观测值更加符合。研究结果可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。     

考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型,以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象,考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响,但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀,且模型分析与实测结果相符,表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。     

弧底梯形复合衬砌渠道冻胀破坏力学模型及其求解

针对弧底梯形断面渠道,考虑复合土工膜和渠基土壤的摩擦力,通过分析复合衬砌渠道的冻胀破坏机理,指出弧底梯形复合衬砌渠道坡板可简化为在冻胀力、冻结力、摩擦力共同作用下的悬臂梁,整个衬砌体属于压弯组合变形结构。通过适当的假设和简化,建立了弧底梯形复合衬砌渠道冻胀破坏力学模型,分别求出渠道坡板和弧形底板内力表达式,并对衬砌板的厚度进行验算。对比混凝土渠道,加入复合土工膜后,衬砌体产生允许范围内的冻胀位移量,使渠基土壤对衬砌体的有效冻胀力和有效冻结力减小,改善了衬砌体本身的受力状态,起到防冻胀破坏的作用,揭示了复合衬砌渠道防冻胀破坏的机理;对比梯形渠道,认为弧底梯形渠道坡板与底板整体结构性更强,反拱作用明显,更有利于渠道的防冻胀破坏。     

不同纵缝对混凝土衬砌渠道冻胀影响的模拟研究

在我国冻土地区,混凝土衬砌渠道冻胀破坏损害严重影响渠道稳定性,造成水资源浪费,缩短渠道的使用寿命,制约工程效益的发挥。本文对影响渠道冻胀的因素进行了分析,采用有限元软件ADINA,对不同设缝的混凝土衬砌渠道进行冻胀过程的数值模拟研究,并对应力场、变形场进行分析,进而探究衬砌板的冻胀变形及冻胀力分布,为工程实际应用提供参考。     

旱寒地区U形玻璃钢和混凝土渠道抗冻胀性能的研究

为对比分析不同材料U形渠道对其抗冻胀效果的影响,采用有限元分析软件ADINA以衬砌板为研究对象进行仿真模拟分析。结果表明,玻璃钢渠道阴、阳坡最大冻胀变形比混凝土大27.44%、27.34%,但冻胀变形变化率减小了4.49%~16.19%,冻胀变形均匀;玻璃钢渠道有很强的适应变形能力,使衬砌板的等效应力、法向冻胀力分别减小了43.86%、39.96%,很大程度上减小了渠道的冻胀破坏,值得实践并推广。     

Hydraulic effects of aquatic weeds in U.K. rivers

The effects of large aquatic plants (aquatic macrophytes) have been given limited attention in literature dealing with open channel flow. This is despite a large number of river channels in the U.K. being affected by profuse growths of these plants. This paper contributes to three major areas in relation to aquatic macrophytes and river channels. First, a literature review examines four areas of vegetated channel research. Early work on vegetated channels concentrated upon grass-lined farm drainage channels in the U.S.A. This was complemented by flume studies of predominantly artificial vegetative roughness elements. The review discusses research into large aquatic plants in stream channels, and the discussion draws together a number of disparate areas of research into vegetated channels including theoretical considerations. Secondly, the paper discusses results obtained from laboratory flume experiments, using real plants, and field monitoring on the River Ebble, Wiltshire, U.K. The relationship between discharge and Manning's roughness coefficient (n) is examined. Field monitoring results are presented as generalizations in the relationship between Manning's n when the monitoring sites were vegetated and unvegetated. The relationship between plant cover in the channel and Manning's n is also examined. Two measurements of plant cover are employed: the percentage cross-sectional area of channel vegetated, and biomass per unit area. The field data for Manning's n and discharge are then discussed in detail in a case study of one site on the River Ebble. Finally, the results obtained from field monitoring are compared to previous research. In the light of these comparisons and detailed examination of the field and flume data, a conceptual model of the effects of aquatic plant growth on channel roughness, mean flow depth, and flow stage is represented. Using this model, an estimate can be made of the likely effect of changing plant cover and discharge on flow stage in an open channel.     

新疆灌区灌溉水利用系数影响因素研究

新疆地区各灌区灌溉水利用系数的影响因素有灌区渠系防渗长度、高效节水灌溉面积、井灌排面积、渠道建设长度、总灌溉面积、渠道防渗率等.基于柯布-道格拉斯模型方法,分析计算了各灌区主要因素对灌溉水利用系数的影响效应,并对其发展预期进行了评估.结果表明:节水灌溉面积、渠道防渗长度和井灌排面积三个生产要素,对新疆绝大多数灌区灌溉水利用系数产生正效应,即边际收益大于边际投入;新疆2015年、2020年规划灌溉水利用系数分别为0.520和0.570,已超过国家大型灌区灌溉水利用系数不应低于0.50的要求.     

DISCHARGE DISTRIBUTION IN STRAIGHT COMPOUND CHANNELS

The existing methods of computing the flow distribution in compound channels with flood plains have been summarized in this paper. Due to the lower precision of hydraulic computation for a compound cross-section with two flood plains, a new method called the momentum-exchange method herein, is presented and verified with experimental and field data. The results show that the new method is more effective than the previous ones.     

SKM模型在天然河道的适用性研究

采用有限体积法对SKM模型控制方程进行离散,使其可以应用于任意断面形状的天然河道水力要素计算。通过自编程序,将该数值模拟方法应用于长江朱沱水文站和英国特伦特河Yoxall水文站断面深度平均流速及水位流量关系计算,所得数值解与实测结果吻合良好。实例应用结果表明,采用该数值模拟方法可以有效地解决SKM模型在天然河道中的应用难题,其在河道过流能力、水位等方面预测合理可行,具有实际应用价值。     

实体模型变率研究

 通过系列变率模型试验研究表明,模型变态对水流与泥沙运动均有不同程度的影响：当变率不大于10,且分流角与两汊过流横断面面积相差均不大时,模型变态对汊道的分流比影响甚微;当变率大于4、模型宽深比小于5时,模型变态对纵向垂线平均流速分布、弯道水流动力轴线及其河床变形影响较大,并且模型变态对泥沙冲淤相似的影响较对流场的影响更为敏感。研究还表明,模型变率大小的选择与研究问题的性质密切相关。     

北江山塘至石角浅滩河段航道整治研究

北江山塘至石角河段浅滩密度大，浅段长，汊道多，滩型复杂，水文、泥沙及河床变化特性受多方面因数影响，航道的选汊和确定最佳的整治方案有一定难度。本文根据天然实测大量资料并结合河工模型试验成果，在对河流特理解的基础上，分析了各浅滩的形成原因，提出了整治原则和方法。     

水田灌区排水渠道的拟自然生态防护技术

水田灌区的排水渠道普遍存在冻融坍塌、生态系统损坏等问题,目前适用于排水渠道的生态化防护技术方式较少。排水渠道的防护应保护渠型稳定,便于施工和维护,能建立和完善渠系生态系统的基本功能,有利于削减农田面源污染物,构造简单,经济适用。根据拟自然生态防护理论,提出了采用生态友好材料仿拟自然水岸的树木根系,保护排水渠道的生态化防...     

Downstream effects of diversion dams on sediment and hydraulic conditions of Rocky Mountain streams

Reduced streamflow via flow diversion has the potential to limit the sediment‐transport capacity of downstream channels and lead to accumulation of fine sediments and habitat degradation. To investigate, we examined the effects of variable levels of flow diversion on fine‐sediment deposition, hydraulic conditions and geomorphic alteration. Our study consisted of a detailed field analysis pairing reaches above and below diversion dams on 13 mountain streams in north‐central Colorado and southern Wyoming USA. Diversions are ubiquitous across the American West, yet previous comparative studies on the effects of flow diversion have yielded mixed results. Through application of strict site‐selection criteria, multiple fine‐sediment measures, and an intensive sampling scheme, this study found that channels downstream of diversions contained significantly more fine sediment and slow‐flowing habitat as compared to upstream control reaches. Susceptibility to fine‐sediment accumulation was associated with decreasing basin size, decreasing bankfull depth and smaller d₈₄, and it appears to be magnified in streams of less than 3% slope. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

河口涨落潮槽水沙输运机制研究

以长江口南支、新桥水道、南小泓和南港主槽作为典型涨、落潮槽研究对象,分析了2001年洪季水沙资料,研究了长江河口涨、落潮槽的水沙输运机制,探讨了不同河槽的各种动力因子对水沙输移的贡献差异,结果表明落潮槽的欧拉余流均大于涨潮槽的值;水量净输移大小依次是南支主槽、南港、新桥水道和南小泓。净输水量分布和其欧拉余流分布相对应。平流输沙项在落潮槽对总输沙的贡献要大于其在涨潮槽的贡献,瞬时源汇输沙项在涨潮槽对总输沙的贡献要大于其在落潮槽的贡献。     

非对称复式断面明渠中污染物输移扩散的大涡模拟

运用大涡模拟计算了两个非对称复式断面明渠内的水流运动和污染物扩散，其中由亚格子尺度涡运动引起的亚格子应力与物质扩散通过Smagorinsky-Lilly亚网格模型模拟。预测结果与Shiono等使用激光多普勒流速计(LDA)和激光诱导荧光技术(LIF)测量的实验数据进行了对比，计算得到的流场结构和污染物浓度分布均较好地吻合于测量结果。成功地再现了在其中一个复式断面明渠中观测到的横向浓度分布呈现显著双峰值的现象，根据计算的流场得出复式断面明渠中流向交替变化的强烈横向流动是产生这种现象的主要原因。