大通湖区水系连通工程改善水环境的效果评估

大通湖是洞庭湖区的重要组成部分,近年其水质状况呈现恶化态势,正通过实施水系连通工程,以期改善其水环境。基于MIKE21构建大通湖区水系连通工程的二维水动力-水质数学模型,选取总氮和总磷作为水质指标,模拟不同连通调度方案下大通湖的氮磷浓度变化,采用滞水区面积比例、浓度变化指数、换水率和水质浓度改善率,评估6个连通方案下大通湖水环境的改善效果。结果表明:通过实施引水调度方案能够有效改善大通湖水环境,当引水前期流量取30 m~3/s,出口水位控制在25.48 m时和引水后期流量保持为30 m~3/s不变,出口水位调整至25.88 m时,大通湖水环境改善效果最佳。本研究可为实施水系连通工程,改善类似湖泊水环境和提高引水调度效率提供参考。     

新庄铜铅锌矿含水层下防水矿柱留设计算分析

为研究渗流场和应力场共同作用下防水矿柱宽度合理留设问题,结合新庄铜铅锌矿17A号勘探线的实际地质条件,运用数值模拟计算软件FLAC~(3D),研究了初始渗流场的孔隙水压力和渗流速度矢量分布特征,计算了矿体回采充填过程中7个工作面的涌水量,并模拟了工作面顶板的导水裂隙带分布情况,与经验公式算得的防水矿柱高度进行比较.模拟结果表明,工作面与含水层的距离越小,渗流速度越大,涌水量越大,导水裂隙带范围越大,突水的危险也就越大;从渗流场涌水量和应力场导水裂隙带两方面来综合衡量,防水矿柱留设的高度取为40m,相比经验公式的结果提高了矿体利用率.     

基于光滑节理模型的岩体水力压裂数值模拟

水力压裂是许多工程中非常关注的问题,自然情况下的岩体由于经历反复的地质作用往往会形成大量的结构面,结构面的存在影响并制约着岩体的性质.基于颗粒离散元程序对页岩水力压裂进行了数值模拟,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型分别模拟完整岩石与节理面,对比分析了完整岩石以及存在节理面的岩体在高压水作用下的裂缝扩展及分布规律.研究发现:对完整岩石进行水力压裂可以获得较为完整的裂缝,且裂缝基本上沿着平行于最大主应力的方向扩展.节理面的存在对页岩水力压裂裂缝的扩展具有诱导作用,数值模拟结果显示除了注水孔周边,裂缝基本上沿着节理面扩展.     

基于可公度和灰关联模式识别法的鲁台子、蚌埠站中长期洪水预报

选取淮河流域典型站点鲁台子站和蚌埠站为研究对象,基于站点1956-2010年的年径流总量、主汛期(6-8月)径流总量、年最大洪峰资料,采用可公度预测法和灰关联模式识别法对站点进行中长期洪水预报研究.结果表明:可公度预测法成功地模拟出了淮河流域2007年洪水的发生;灰关联模式识别法对鲁台子站和蚌埠站检验期的中长期洪水模拟合格率最高达100%,效果比较理想.以上两种方法在中长期预报中均具有一定的参考价值.     

基于回归水重复利用的灌溉水利用效率指标及节水潜力计算方法

提出了考虑回归水重复利用的灌溉水利用效率指标及节水潜力计算方法.以柳园口灌区为背景,基于灌区地表水-地下水耦合模型进行不同节水措施下水平衡要素的模拟成果,计算分析了不同节水措施下是否考虑回归水重复利用的灌溉水利用效率指标及节水潜力.结果表明:考虑回归水重复利用的灌溉水利用效率指标明显大于传统灌溉水利用系数,在回归水重复利用较高的井灌区差异更明显;在回归水重复利用不明显的引黄区,两种计算方法得到的节水潜力差异不大,总体表现为传统方法略大;在回归水利用较明显的井灌区,针对提高回归水重复利用不明显的节水措施,传统方法会高估节水潜力,而针对提高回归水重复利用明显的节水措施,传统方法会低估节水潜力.     

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.     

琼中抽水蓄能电站高压引水系统布置与设计

琼中抽水蓄能电站采用一洞三机的布置形式,岔管段最小覆盖层厚度与最小主应力条件满足规范要求,且运行期衬砌结构整体裂缝宽度处于可控范围内,检修期间,在外水压力作用下结构出现整体受压破坏的可能性较小,具备采用钢筋混凝土衬砌的条件。另外通过对不同钢岔管方案的比较,认为钢板衬砌需要的高强钢材用量较大,考虑到直接投资和工期方面的明显优势,最终推荐采用衬砌厚度为1.0 m的钢筋混凝土衬砌方案。     

亭子口重力坝表孔坝段地震动力响应分析

亭子口重力坝坝基岩层近于水平,分布有各类软弱夹层。为科学评价其坝体结构抗震安全性与地震动力抗滑稳定性,采用黏弹性人工边界模拟地基辐射阻尼效应,以有厚度接触单元模拟坝基软弱夹层,对亭子口重力坝的表孔坝段进行了三维有限元时程动力分析。计算结果表明,在水工抗震规范谱人工地震波作用下,大坝上下游表面产生了明显的动应力响应,但动静叠加后,坝体竖直向在地震过程中没有出现拉应力;以泥化夹层JS2-1-2为底滑面的滑动模式为大坝深层动力抗滑稳定的控制工况,设置齿槽后大坝动力深层抗滑稳定性显著提高,大坝在地震过程中不会发生整体失稳。     

荆江河段水沙条件与主流线特征关系研究

荆江河段的主流变化主要表现为弯曲分汊段的主支汉交替及单一弯道段深泓半径的变化,综合考虑两者关系,提出了能描述荆江分汉段及单一弯道段主流线特点的无量纲常数--弯曲特征数r,并针对同一河段分析了汛期平均流量、洪峰变差系数、年输沙量及输沙指数等水沙条件变化与主流线变化的对应关系.结果表明:汛期平均流量较小、水流相对饱和度低、来水来沙过程较为均匀使得滩槽高差较小,横断面向宽浅发展,从而减弱河道对水流的约束,弯曲特征数较小,主流顺直;反之主流向弯曲发展.     

Hardfill 材料非线性弹性本构模型研究

在砂砾料中掺入少量胶凝材料得到了一种新的低强度筑坝材料——Hardfill材料,其力学性能介于碾压混凝土和土石料之间,应力-应变关系具有明显的弹塑性性质和应变软化等特性.在已有研究的基础上,通过理论和数学分析,提出了能够反映Hardfill材料应变软化特性、参数物理意义较为明确的六参数非线性弹性本构模型,并给出了详细的参数确定过程.将该本构模型应用于坝高100m的Oyuk坝进行非线性有限元分析,结果表明:应用非线性本构模型计算所得坝体应力和变形分布规律与线弹性计算结果基本一致;因坝体应力水平较低,材料基本处于线弹性状态,非线性计算所得应力值与线弹性结果相差不大;而在坝趾等应力水平较高的部位,非线性计算所得应力集中值明显较小.