组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。     

鱼类下行过坝的导鱼栅系统设计及试验研究

以龙开口水利枢纽为例,提出一种辅助鱼类下行过坝的导鱼栅系统方案。该方案首先结合大坝泄流建筑物的特点确定导鱼栅系统的布置位置,然后以鳙鱼为试验对象,用控制变量法并选择四种导鱼栅叶片角（15°、30°、45°、90°）和三种导鱼栅布置角（15°、30°、45°）在室内开展模型试验,以确定最优运行工况。研究结果表明,导鱼栅系统布置在该枢纽的灌溉引水口最佳。试验中,当布置角控制为30°时,四种叶片角下的鱼类通过率分别为53%、95%、59%和72%;当叶片角控制为30°时,三种布置角下的鱼类通过率分别为53%、95%和41%。因此,在导鱼栅叶片角和布置角同为30°时,导鱼栅系统辅助鱼类下行的效率最高,通过率为95%。研究成果可为我国类似导鱼栅系统设计提供参考。     

混凝土棱柱体试件抗压强度尺寸效应探讨

现行《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)并未对高应力比条件下混凝土徐变试验棱柱体试件的抗压强度尺寸效应作出明确规定,因此从定性和定量的角度探讨棱柱体试件的尺寸效应问题。通过对15个同截面、不同高度的混凝土棱柱体试件进行抗压强度试验,较系统研究了试件纵向高度与横向长度比值和抗压强度的关系,得到棱柱体试件抗压强度尺寸效应的临界尺寸。收集大量临界尺寸范围内混凝土棱柱体试件抗压强度试验资料,建立了混凝土尺寸效应广义回归隐式神经网络模型,计算分析结果表明:规范中抗压强度折算系数无法满足高应力比下徐变试验荷载加载要求,可利用本文建立的隐式神经网络模型预测不同尺寸的混凝土试件的抗压强度比值进行高应力比下的徐变试验。     

库水升降速率对老蛇窝滑坡稳定性影响分析

通过监测资料分析和滑坡稳定性数值计算,探讨了三峡库水位在不同升降速率下对老蛇窝滑坡稳定性的影响规律。研究结果表明,理论上库水位上升有利于老蛇窝滑坡的稳定,但实际运行中库水位上升是不利于滑坡稳定的,因为库水浸泡会使滑坡前缘塌岸;老蛇窝滑坡为动水压力型滑坡,最主要诱发因素为库水位的下(骤)降;老蛇窝滑坡稳定性的临界库水位调度速率为0.9 m/d,即当库水位下降速率大于0.9 m/d时,滑坡K值小于1。     

考虑饱和渗透系数的宽级配土渗流侵蚀过程室内试验研究

【目的】宽级配土是堤防的主要填料,其在水力梯度作用下会发生内部侵蚀直至管涌破坏。渗流侵蚀过程会改变土体性质,进而影响饱和渗透系数。依据饱和渗透系数演变规律,探究土体渗流侵蚀过程,有助于工程安全性评价与渗透破坏预测防治。【方法】采用自制渗流侵蚀试验仪,通过逐级升高渗透水压力,开展土体侵蚀过程试验,测量饱和渗透系数和细颗粒流失量,探究级配与干密度对渗流侵蚀过程的影响。【结果】结果显示：依据饱和渗透系数演变规律,渗流侵蚀过程可分为侵蚀前期阶段、侵蚀发展阶段和侵蚀破坏阶段,从而定义了渗蚀发展临界水力梯度和渗蚀破坏临界水力梯度;宽级配土的渗蚀发展临界水力梯度与渗蚀破坏临界水力梯度均随级配参数D₁₅/d₈₅增加而减小;当细颗粒含量处于欠填状态时,渗蚀发展临界水力梯度随细颗粒含量增加而减小,渗蚀破坏临界水力梯度随细颗粒含量增加近似线性增大;当细颗粒含量处于满填状态时,两种临界水力梯度与累积细颗粒流失率均随着干密度增加而增大。【结论】可见,由于渗透侵蚀造成的饱和渗透系数变化显著地受土体级配与密实状态的影响。     

遥感蒸散发数据应用对SWAT模型径流和蒸散发模拟精度的影响

为探讨遥感蒸散发数据补充研究区水文资料的能力,及其在SWAT模型应用中对径流和蒸散发模拟精度的影响。以淮河上游息县控制流域为研究区建模,并利用实测径流资料与遥感蒸散发数据(MOD16A2)设置3种参数率定情景:仅实测径流率定参数(S1)、仅遥感蒸散发率定参数(S2)、径流与蒸散发同时率定参数(S3),分析不同情景下径流与蒸散发过程的模拟效果。结果表明:从径流模拟而言,S2、S3较S1的模拟精度(NS系数)均有不同程度的降低,但S3在S2的基础上有较明显的改善;从子流域尺度上的蒸散发模拟而言,S1至S3模拟精度呈现出逐渐上升的趋势,在采用径流与蒸散发同时率定时,S3比S2情景NS系数上升的子流域个数占总数的46%。通过逐步深入探究遥感蒸散发数据在SWAT模型中的应用,以及对参数率定的影响,从而分析其对径流与蒸散发的模拟精度产生的变化,此方法也可推广到其他水文模型,在区域尺度水资源管理与利用上具有较好的参考价值。     

基于SBFEM计算应力强度因子的叠单元法

基于SBFEM(scaled boundary finite element method,比例边界有限元法),提出了一种裂缝应力强度因子计算的叠单元法.对于含裂缝的结构,该方法首先将其离散为不含裂缝的整体FEM网格和包含裂缝及周边一定范围计算域的局部SBFEM网格,两者相互独立.然后,将整体网格和局部网格叠加,通过几何拓扑运算,可得单元间的相互关系.在局部SBFEM计算域内,采用SBFEM的位移模式;在SBFEM计算域之外,借鉴流形元的思路,采用有限元的位移插值模式.最后,通过在局部SBFEM网格外的边界施加虚拟结构面的模式,实现整体域网格和局部域网格的耦合.通过3个经典的含裂缝平板的算例研究,表明该方法能有效降低裂缝分析时的前处理的难度,且计算精度也较高.     

考虑强度参数非线性的粗粒料坝坡稳定性

对高应力状态下粗粒料抗剪强度的线性和非线性强度理论进行了讨论,指出了基于线性强度指标在粗粒料坝坡稳定性分析中的不足之处,并探讨了非线性抗剪强度的表达及其计算参数的取值.在此基础上,对非线性抗剪强度在坝坡稳定性分析中的应用进行了研究,给出了迭代算法,编制了能考虑非线性抗剪强度的坝坡稳定性分析程序,提出了迭代计算精度的控制标准,并对潘口面板堆石坝临时度汛断面的坝坡稳定性进行了计算研究.研究表明,粗粒料坝坡稳定性分析中应采用非线性抗剪强度指标.     

基于光纤陀螺的水布垭水电站大坝面板挠度变形规律分析

水布垭水电站混凝土面板堆石坝采用光纤陀螺(FOG)监测面板挠度变形。通过对监测资料分析,全面揭示了水布垭面板堆石坝面板挠度变形特点和一般规律,即:面板挠度变形整体趋于收敛,坝高1/3附近和运行低水位高程附近面板反弹出现峰值。监测成果为大坝安全运行提供重要依据。     

一个基于多因素的冷却水管等效换热系数模型

基于热对流、传输微分方程及有限单元法,研究了冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数对混凝土与冷却水之间的等效换热系数的影响。在分析各单因素影响的基础上,提出了包含冷却水流速、管壁粗糙度及混凝土导热系数等因素的冷却水管等效换热系数模型,可较好地预测多影响因素条件下混凝土与冷却水间的换热规律。模型表明,等效换热系数与冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数均呈幂函数递增关系,其大小取决于多因素耦合效应。相较而言,粗糙度对等效换热系数影响仅在其取值较小时最显著;混凝土导热系数变化的影响较小;冷却水流速的影响介于二者之间。