基于齐口裂腹鱼游泳能力的竖缝式鱼道流态塑造研究

针对鱼道内流态难以满足目标鱼类洄游需求的问题,以大渡河流域种群数量最多的珍稀鱼种齐口裂腹鱼为例,通过在环型水槽进行的游泳能力测试建立其流速指标,依靠数值模拟和物理模型试验研究,提出可以塑造出该指标流态的鱼道结构型式与布置方式.结果表明:3维标准k-ε紊流模型耦合VOF两相流处理自由表面来模拟鱼道流场方法可以满足研究需求.鱼池最大流速出现在竖缝后主流跌水的末端,而当竖缝尺寸根据目标鱼类体型确定后,对鱼池内流态影响最大的因素为鱼道坡度,本案例中齐口裂腹鱼适应的鱼道坡度应缓于2.6％.     

鱼道进口布置方式对集诱鱼水流水力学特性的影响研究（注：研究生论坛）

鱼道进口的布置方式直接影响着集诱鱼水流的水力学特性,而集诱鱼水流能否被鱼类识别和适宜鱼类洄游,决定着诱鱼效果,是整个鱼道工程成败的关键。本文提出了两种鱼道进口布置方式,分别布置于闸墩旁和集诱鱼通道旁。为了说明不同的鱼道进口布置方式对集诱鱼水流水力学特性的影响,采用标准k-ε三维紊流模型和VOF模型,对两种布置方式进行了三维数值模拟,并用物理模型试验结果验证了数值模拟的合理性。通过对比分析两种布置方式集诱鱼水流的流态、流速、流速适宜区宽度和紊动能,表明：在集诱鱼通道布置方式下,集诱鱼水流流速更小,下游靠边最大流速减小了1.0 m/s;流速适宜区（0.70 m/s~1.41 m/s）横向宽度更大,最大横向宽度增大了3.0 m;水流紊动能更小,鱼道进口处最大紊动能减小了0.60 m2/s2。集诱鱼通道布置方式下的水流具有更适宜鱼类洄游的水力学特性,能更有效地吸引并引导鱼类洄游上溯,找到鱼道进口,可为鱼道进口布置设计和研究提供参考。     

鱼道进口布置方式对集诱鱼水流水力学特性的影响研究

鱼道进口的布置方式直接影响着集诱鱼水流的水力学特性,集诱鱼水流能否被鱼类识别和适宜鱼类洄游,决定着诱鱼效果,是整个鱼道工程成败的关键。本文提出两种鱼道进口布置方式,分别布置于闸墩旁和集诱鱼通道旁。为说明不同的鱼道进口布置方式对集诱鱼水流水力学特性的影响,采用标准k-ε3维紊流模型和VOF模型,对两种布置方式进行了3维数值模拟,并通过物理模型试验结果验证数值模拟的合理性。通过对比分析两种布置方式集诱鱼水流的流态、流速、流速适宜区宽度和紊动能表明:在集诱鱼通道布置方式下,集诱鱼水流流速更小,下游靠边最大流速减小1.0 m/s;流速适宜区(0.70~1.41 m/s)横向宽度更大,最大横向宽度增大3.0 m;水流紊动能更小,鱼道进口处最大紊动能减小0.60 m~2/s~2。集诱鱼通道布置方式下的水流具有更适宜鱼类洄游的水力学特性,能更有效地吸引并引导鱼类洄游上溯,找到鱼道进口,可为鱼道进口布置设计和研究提供参考。     

鱼道结构优化研究（“研究生论坛”稿件）

大坝切断了鱼类的洄游路线,对鱼类的生长繁殖产生影响,尤以对洄游及半洄游性鱼类的影响为甚。某水电站所处河段是锥吻叶须鱼、横口裂腹鱼等半洄游性鱼类洄游的必经通道。为保护珍稀鱼类,修建了一座垂直竖缝式鱼道。对该鱼道进行一系列模型实验,通过模型实验,认为该鱼道内主流上的流速接近鱼类极限游泳速度,而且鱼道内水流扰动大,给鱼类洄游带来困难,有必要对其结构进行优化。提出了一种优化的新结构,使每一个水池都具有三级跌坎及一个凹槽,优化鱼道相比于原模型,鱼道内的平均流速降低了30%以上,水流也更为平缓。另外,凹槽中形成静水区,可以为鱼类提供休息场所。认为优化的鱼道结构在流速和流态方面对鱼类洄游有利。     

鱼道水沙特性的数值模拟

鱼道是一种重要的生态补偿工程,以往研究的重点主要集中在水力学要素对鱼类通过效果及鱼类适应度的影响方面。针对泥沙在池室中可能造成的水流含沙量增高及淤积面积扩大进而影响过鱼效率和鱼道运行寿命这一关键问题,通过数值模拟方法,对不同泥沙粒径和来流流量组合情况下的池室水流含沙量变化及池底泥沙淤积分布进行了模拟计算,并在此基础上给出了解决上述问题的途径。可为在具有一定含沙特征的河流上建设更为长效的鱼道设施提供数据支撑。     

浅水垫消力池水力特性试验

为解决常规消力池临底流速大,流态不稳等问题,以云南省楚雄州青山嘴水库工程为例,通过水工模型试验,提出浅水垫消力池的体型;揭示了浅水垫消力池的水流流态、流速分布、水面线形态和压力分布等水力特性,并与常规消力池与下挖式消力池进行了对比。结果表明浅水垫消力池有利于降低消力池临底流速,浅水垫的存在改变了消力池内的水流流态,改善了池内水力学特性,消能效果显著。     

单圆柱桥墩绕流流场试验研究

通过单圆柱桥墩绕流现象观测,结合观测水流流态、测定水位、流速等,研究单圆柱墩周围三维水流变化规律,以及单圆柱桥墩的水力学特性.结果表明:随着来流的增大,圆柱周围各点流速明显增大,圆柱后水流扰动更加剧烈,横向绕流更加明显,但绕流宽度逐渐减小;在恒定的来流流速下,水流在墩前壅水处流速减小,桥墩两侧流速急剧变大,墩后流速减小,流向不规则,并伴有漩涡出现.距离桥墩越远,水流流态越平顺;一定的来流流速下,自圆柱处开始,横向水流流速先增大而后减小,垂向流速也是先增大后减小的趋势;无论平面还是垂向,河道流速越大,绕流流程相对越长.     

折流板安装角对扇叶型折流板换热器性能影响

利用CFD分析软件Fluent分别建立了安装角度为30°、45°、60°3种扇叶型折流板换热器周期性模型,对不同的流态进行数值模拟计算,研究了折流板安装角对扇叶型折流板换热器性能的影响.结果显示:壳程流体在折流板引导下呈斜向流动,斜向流动能够有效抑制流体诱导振动;筒体附近流体流速较高,中心区域流速较低;不同流态下,随着安装角增大,换热器壳程压降降低,综合性能增高.安装角30°时换热器传热系数大于另外两者.     

变态相似理论应用于鱼道模型试验研究

为使鱼道模型中进口流场与试验鱼类的游泳能力相匹配,在以往变态模型相似性研究的基础上,将变态相似理论应用于鱼道建筑物,使模型变率小于1。利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对3种变率方案下的鱼道建筑物进行数值模拟计算,根据计算结果量化变率对物理模型中水流特性的影响,得到变率对横向、纵向、平面速度的影响规律以及建筑物中流量对变态相似误差产生的影响,并给出了可参考的变率范围。     

坎深和入池角度对跌坎型底流消能工水力特性影响的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析.并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究.研究表明跌坎型底流消能工能有效改善消力池内的水力学指标,但跌坎深度和水流入池角度对其影响较大.因此,如何确定消力池的跌坎高度和水流入池角度是进行消力池设计的关键.     

单跨开洞框支墙梁抗震受力机理研究

通过两片接近足尺的单跨开洞框支墙梁的试验研究 ,揭示了竖向荷载单独作用下、以及竖向荷载与低周交变水平荷载共同作用下的受力机理。研究表明 ,不论是对称开洞还是偏开洞框支墙梁 ,竖向荷载单独作用下均存在明显的组合拱作用 ;水平荷载作用下 ,当砖墙体抗剪强度较高时 ,墙肢可能不出现斜裂缝 ,墙底则出现明显的水平裂缝 ;托梁在洞口附近由于墙肢端部传来的高压力作用可能出现弯曲破坏或弯剪撕裂破坏 ,墙肢端则可能压碎 ;梁端可能出现剪切破坏 ,砖连系梁出现明显的剪切破坏特征。     

高拉速下板坯浸入式水口参数的数模研究

采用数模研究了浸入式水口不同结构条件下，结晶器内钢水的流动状态，研究表明，浸入式水口侧孔的角度对流场影响不大，主要是钢水很难充满侧孔，且浸入式水口的管壁厚度不够，没有导流作用，水口侧孔的面积较小时，提高出口面积可减小流出速度，当流股充不满出口时，扩大出口面积，不能减小出口流速，在浸入式水口底部开孔，可以有效地起到分流作用，高拉速下，合适的底孔孔径，可以得到满意的流场。     

鱼道内过饱和总溶解气体释放规律的试验研究

随着梯级电站的建成运行,总溶解气体（total dissolved gas,TDG）过饱和对鱼类的不利影响受到广泛关注。TDG过饱和水流在库区内的释放速度十分缓慢,上游梯级泄水的不利影响通常会持续到下一梯级坝前。鱼道是恢复河流连通性的重要手段,也是鱼类可能集中分布的区域,TDG过饱和的库区水体作为补给来源可能对通过鱼道的鱼类造成不利影响。本文以自主设计的鱼道型式作为试验水槽,设计开展了不同流量条件下的过饱和TDG输移释放过程试验研究,并根据试验条件开展数值模拟计算,反算得到各条件下的释放系数。结果表明水深是影响过饱和TDG释放的重要因素,过饱和TDG的释放系数随着水深的增大而减小,释放系数与流速、紊动动能、紊动动能耗散率间单因子关系不显著。另外,鱼道复杂的挡板结构使水流流程增长,增加了过饱和TDG释放时间,与无挡板的顺直水槽相比,鱼道内过饱和TDG的释放速度显著提高。该研究为探讨过饱和TDG对过鱼通道内鱼类的不利影响的预测提供参考,同时复杂结构促进过饱和TDG释放的成果也为减缓TDG过饱和不利影响的措施研究提供新思路和参考。     

基于幂律流体的许用起下钻速度

本文以起钻时保持井底有效压力大于或等于地层压力，下钻时保持易漏层位井内有效液柱压力小于其破裂压力为条件，建立了各种工况下基于幂律流体的许用起下钻速度计算式。     

孔底空气间隔装药降振效应数值模拟分析

针对某土石方工程爆破震动峰值振速过大的问题,引入底部空气间隔装药技术,运用大型显示非线性动力分析软件LS-DYNA分别对耦合装药和空气层比例为10％的孔底空气间隔装药进行数值模拟,分析了底部空气间隔装药降振效应.结果表明,底部空气间隔装药有很好的降振作用,减震率在垂直向最大,最高可达25％,为类似工况采用孔底空气间隔装药降振提供了理论依据.     

预应力锚索框架梁边坡支护数值模拟

基于贵阳市小河区某公路滑坡,拟采用预应力锚索框架梁进行治理。通过FLAC-3D软件对这一支护体系进行效果评价,得出位于支挡面上部的结构体系受力较大,其中竖梁所受弯矩要大于横梁,运用时宜加强竖梁的设计。支挡面顶部的滑体位移要大于底部,由于锚索不能承受压力,致使框架梁发生转动,因此设计时宜把底部一排的锚索换成全黏结锚杆。锚固长度为6m时支护效果最佳,增大锚固长度对支护效果没有实质性的提高。     

Numerical analysis on seismic behavior of railway earth embankment: A case study

A numerical case study on the seismic behavior of embankment was carried out based on a prototype of earth embankment in Yun-Gui Railway(from Kunming City to Nanning City) in southwest of China. A full-scale model of earth embankment was established by means of numerical simulation with FLAC~(3D) code. The numerical results were verified by shaking table test. The seismic behaviors of earth embankment were studied, including the horizontal acceleration response, the vertical acceleration response, the dynamic displacement response, and the block state of earth embankment. Results show that the acceleration magnification near the embankment slope is larger than that in internal earth embankment body. With the increase of input peak acceleration, the horizontal acceleration magnification presents a decreasing trend. The horizontal acceleration response at the top of embankment is more sensitive to the intensity of ground motion than that at the bottom of embankment. The embankment presents an obvious nonlinear-plastic characteristic when the input horizontal peak acceleration is larger than 0.3 g. The maximum residual deformation occurs in the middle of embankment slope surface instead of at the top of embankment. The upper part of embankment experiences tension failure without shear failure, and area at the bottom of embankment around the symmetry-axis of embankment mainly presents shear failure under the earthquake loading. The tension failure and shear failure repeatedly occur along the slope surface of earth embankment.     

非均质结构堰塞坝溃决机理模型试验

堰塞坝是由滑坡等失稳地质体快速堆积并阻塞河道而形成的天然坝体，溃决后会对下游人民生命财产安全造成严重威胁。深入开展非均质结构对堰塞坝溃决过程的影响研究，可为堰塞坝灾害的风险评估和应急处置提供重要参考。依托自主研发的水槽试验装置，通过开展不同结构类型堰塞坝的溃决模型试验，分析了均质、竖向非均质和水平非均质结构对坝体溃决的影响。研究发现：1）堰塞坝侵蚀过程受局部区域材料性质影响严重。2）均质坝中，随着中值粒径增大，材料抗侵蚀能力增强，溃决特征先由层状冲刷变为陡坎侵蚀，再变为多级陡坎侵蚀，峰值流量逐渐减小，峰现时间逐渐推迟。3）竖向非均质坝中，坝体上部材料主要影响溃口形成阶段历时和坝前水位；中部材料主要影响溃口发展阶段的溃口下切速率；底部材料主要影响下游坡脚稳定性和残留坝体形态。受溃口加速下切和溃决流量增加彼此间相互叠加影响作用，中部及底部材料分布对峰值流量的影响最为显著。4）水平非均质坝中，坝体内部4个区域对溃口发展的影响不同。过流侧上方材料影响溃决前期的溃口下切速率；过流侧下方、对岸侧上方材料分别影响溃决中后期的溃口下切、展宽速率；对岸侧下方材料对溃口发展影响最小。泄流槽设计时，应考虑非均质结构的影响，基于坝体结构特征采用工程措施限制溃口深切、促进溃口展宽，以降低峰值流量。     

明渠流动S-K模型在具有垂直壁面的复式断面下的数值模拟

在具有垂直壁面的复式断面S-K模型数值计算中一般都是采用斜坡近似法,但该方法在滩槽交界面处的流速计算值与S-K模型解析解差别较大,为解决该问题,提出了结合解析解求解时拟定的边界条件的耦合迭代方法,该方法大大改善了斜坡近似法的不足,其数值模拟结果与S-K模型解析结果吻合良好,能够更为精确地计算棱柱体河槽深度平均流速分布和壁面切应力分布,可有效解决直立壁面边界速度突变的问题,对数值计算中类似问题的解决具有参考价值,也为S-K模型在实际工程中的广泛应用提供新的途径.     

动力作用下锚杆格构支护土质边坡动态响应分析

地震边坡稳定性是岩土工程和地震工程中研究的重点问题之一。针对锚杆格构支护的均质土坡在地震荷载作用下的动力响应,通过振动台模型试验,分析了不同坡高地震加速度和速度响应规律、边坡位移特征及支护结构破坏特征,揭示了均质土坡及其支护结构在地震作用下的变形破坏机理。结果表明:随着振动次数的增加,边坡模型自振频率逐渐降低;低频动荷载作用下坡体上部加速度响应最大,但随着振动频率的增加,放大作用降低,即边坡对低频振动波有放大作用,而对高频振动波却有滤波作用;振动频率较小时,坡体整体速度较大,但不同高度差异较小,破坏并不明显;振动频率接近模型边坡自振频率时,坡体上部速度最大,下部速度最小,且变化明显,破坏性最大;动荷载作用过程中,滑坡体的变形模式表现为旋转位移和水平位移,滑体和基体间相对位移上部较大;支护结构破坏时,上层锚杆和中层锚杆被拔出,上部格构发生严重隆起;虽然边坡做往复运动,但最终仍有一定相对位移;在设计支护结构时,要适当加长上部锚杆的长度,并且对中、上部格构进行补强。