普通城门洞形断面临界水深的近似计算方法

 普通城门洞形断面临界水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力。通过引入无量纲临界水深,对城门洞形断面临界水深的基本方程进行恒等变形,根据优化拟合原理,得到临界水深的近似计算公式。误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,临界水深的最大相对误差小于0.39%。该公式形式简捷、精度高、适用范围广。     

再论城门洞形断面隧洞正常水深的近似计算

一般城门洞形是无压输水隧洞工程中最为常用的断面形式,其正常水深方程是超越方程,无解析解。目前常用的计算方法有查图表法或迭代试算法,它们存在着计算繁琐、误差较大等缺陷。应用拟合法提出了近似计算公式,在工程常用范围内此公式为线性方程,其形式最为简洁,最大误差小于0.62%。     

马蹄形过水断面临界水深的迭代计算

蹄形过水断面是无压隧洞较常采用的断面形式之一,其几何图形由多段圆弧曲线构成,过水断面水力要素须由分段函数表示,水力计算困难。导出了标准Ⅰ,Ⅱ型马蹄形过水断面水力要素分段计算公式和临界水深迭代公式,并提出判别临界水深范围的分界流量,便于生产实际中应用。水力要素的计算结果在特征水深点是吻合的,由此证明水力要素分段公式在特征点的连续性和正确性。     

标准U形过水断面渠槽临界水深的简化计算公式

针对标准U形过水断面渠槽临界水深计算公式分段、表达形式复杂等问题,依据优化拟合理论,取标准剩余差最小为目标函数,在工程适用参数范围内,通过最优化拟合替代,获得一个形式简单直观、便于实际应用的近似计算公 式。算例计算表明该公式的计算精度满足设计要求,具有一定的实用价值。     

抛物线形渠道正常水深的直接近似计算公式

针对求解抛物线形断面输水渠道的正常水深十分困难这一问题,通过对其均匀流方程进行数学变换,应用拟合方法得到了抛物线形断面正常水深的近似计算公式。该公式形式简捷、结论准确,在工程常用范围内［0.01≤hP≤2.0］最大误差小于0.51％,满足工程精度要求。     

平底Ⅰ型马蹄形断面正常水深的显式计算式

平底Ⅰ形马蹄形断面其构造形式简单,在水利水电工程中较为常用,但正常水深的求解涉及到高次隐函数方程,传统的求解方法为查图表或试算法,既费时又费力,而且精度不高。通过对均匀流方程进行数学变换,选择适当的变量及曲线拟合得到平底Ⅰ型马蹄形断面正常水深的显式计算公式,误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,它的最大相对误差均为0.472%。该公式形式简洁、结论精确,具有一定的工程应用价值。     

城门洞形断面隧洞正常水深的近似算法

城门洞形断面隧洞是输水工程中较常采用的一种形式,但其正常水深方程是超越方程,数学上无解析解.目前采用的图解、试算等方法存在着计算过程繁琐且计算精度差的缺陷.应用拟合法提出了近似计算公式,其形式简捷、结论准确.在工程常用范围内(0＜h/r≤1.8)最大误差＜0.2%.     

标准U形断面渠道临界水深的近似计算

标准U形断面由于其下部是半圆形,临界水深方程是超越方程,无法得到解析解,一般通过图表法、试算法或者迭代法进行近似求解,过程复杂且精度不高。现将标准U形断面采用分段计算方法,下部半圆形圆弧段通过引入无量纲临界水深参数,对临界水深的基本方程进行适当处理,根据优化拟合原理,得到临界水深近似求解公式;上部矩形通过理论推导,得到临界水深解析表达式。误差分析和应用举例表明,公式的相对误差较小,最大相对误差小于0.2%。该公式形式简捷、精度高,可为标准U形断面临界水深求解提供参考。     

再论城门洞形断面隧洞临界水深的近似计算

一般城门洞形断面（即：隧洞的高宽比为1.0～1.5）是输水隧洞工程中一种经常采用的过水断面形式。其临界水深方程是含未知参数的超越方程,数学上无解析解。常见计算方法有图解法或迭代试算法。这些方法都繁琐复杂,而且图解法误差大,还依赖图表,不便应用。为满足生产实践之急需,通过对其临界流基本方程的数学变换,并应用优化拟合原理,给出其近似解析解,从而提出一种近似计算公式。该法比现行的查图查表法、迭代试算法更简捷、更精确。结果表明: 在实用范围内(即充盈度小于0.85)临界水深的最大误差小于0.68%。     

悬链线形渠道正常水深的线性计算公式

悬链线形渠道是输水工程中新兴的渠道断面形式,其正常水深是渠道设计、运行管理的重要水力要素,但其基本方程为超越方程,数学上无解析解。目前其正常水深计算仍然存在过程繁琐、误差较大和公式复杂等缺陷,在总结前人研究的基础上,根据悬链线形水力最优断面特点,结合工程实际应用情况,合理地确定了公式的适用范围。通过对悬链线形断面均匀流基本方程进行数学变换,对引入的无量纲参数与无量纲水深的关系进行分析和计算,应用曲线拟合和优化原理提出悬链线形渠道均匀流正常水深的线性计算公式,在工程常用范围内计算正常水深的最大相对误差小于0.583%。该线性计算公式形式简单、精度高、适用范围广。     

潘口水电站无压泄洪隧洞衬砌计算

潘口水电站无压泄洪隧洞为城门洞形,采用基于结构力学原理的边值法对隧洞衬砌进行了计算。大型无压泄洪隧洞衬砌厚度主要由外水压力控制。该工程上游洞段设防渗帷幕,下游洞段顶拱设置排水孔,有效降低了隧洞的外水压力荷载,从而减小了衬砌结构厚度及配筋量。对类似工程的无压隧洞设计具有参考意义。     

非标准马蹄形断面隧洞的水力计算研究

马蹄形过水断面为无压隧洞较常采用的形式,但断面形式复杂使其水力计算变得十分困难。通过数学推导,给出了6圆弧马蹄形断面的水力要素计算公式;分别采用谢才公式和临界流方程,推导了顶拱和上侧拱所对应的圆心角的迭代公式,进而给出了正常水深和临界水深的计算公式,并将之应用于引汉济渭工程秦岭无压隧洞的水面线计算之中。结果表明:水面线形态与定性分析结果相符,计算简单、结果可靠,可为工程实例中类似断面形状的水力计算提供参考。     

基于明满流瞬变计算方法的大型灌区输水隧洞最优泄水流量计算

为了明确输水隧洞内的明满流水力瞬变过程以及优化泄水闸的泄水流量,介绍了圆形输水隧洞中明满交替水流水力瞬变计算原理和方法.以某大型灌区干渠工程为例,根据窄缝法计算原理,采用显式差分中的扩散法,对圆形输水隧洞中的明满交替水流进行了水力瞬变计算研究.给出了圆形隧洞瞬变流计算的水力要素计算公式,得到了输水流量变化时隧洞不同断面...     

长距离分洪隧洞输水模型试验相似性研究

针对长距离输水隧洞小比尺物理模型难以满足阻力相似的问题,依托陕西省某县城分洪隧洞工程,通过对进口闸室段过流能力及隧洞段输水能力进行分别验证,实现了在小比尺物理模型上进行隧洞过流能力的试验研究。基于隧洞段内可以形成均匀流的特点,采用明渠均匀流计算方法对模型实测结果进行了计算验证。结果表明：计算流量与模型实测流量的最小差值为11.71 m³/s,最小相对误差为1.93%;基于进口闸室段距离短、局部水头损失远大于沿程水头损失的特点,控制隧洞桩号0＋099.25 m处水深为隧洞正常水深,可直接验证其过流能力,进口闸室段过流量与实测过流量最大误差不超过1.78%;在30年一遇洪水时,推荐方案闸室和隧洞的过流能力相匹配且与模型实测值基本一致,隧洞的分洪流量达到863 m³/s,较设计分洪流量800 m³/s超泄了63 m³/s,超泄流量占设计过流量的7.88%,完全满足设计要求。     

某引水隧洞深埋软岩洞段围岩变形量敏感性分析

通过深入分析西南某深埋长引水隧洞软岩洞段地应力钻孔实测资料,得到了水平构造应力侧压系数随隧洞埋深的变化规律。在此基础上,采用快速应力边界法开展数值计算,探讨洞型、围岩类别、埋深等因素对该段围岩变形量的影响及其变化规律,开展了围岩变形量敏感性分析。结果表明,该洞段围岩变形量随围岩类别降低而增大,随埋深增加而增大。研究成果可为该类隧洞深埋软岩洞段开挖支护设计提供借鉴。     

侧压力系数对节理岩体隧洞位移响应模拟研究

侧压力系数对隧洞围岩稳定性的影响较为显著,并且与隧洞的断面形式也有一定的关系.隧洞围岩位移变化量在一定程度上又反映了隧洞围岩的稳定性情况.本文建立了三种断面形式的节理岩体隧洞模型,分别对它们处于不同埋深、不同侧压力系数下的位移响应进行模拟分析,归纳出三种断面形式的隧洞在侧压力系数变化下的响应规律.通过算例总结可知,在同一侧压力系数下,埋深越大,隧洞关键点位移都会增大,在侧压力系数较大时,位移受埋深增加影响较显著;在同一埋深下,侧压力系数较小时,隧洞围岩位移受侧压力系数影响也较小,当侧压力系数较大时,隧洞围岩位移变化较明显;当埋深和侧压力系数均取最大值时,不同断面隧洞的最大位移关键点所处的位置不同.本文的模拟可以为不同埋深、不同侧压力系数下的隧洞选择断面形式提供参考,也可以为节理岩体隧洞开挖支护提供指导.     

利民堡深埋红粘土隧洞的新奥法施工

粘土地层特别是在地下水位以下进行隧洞开挖时，随着洞周应力的释放将产生较大的收敛变形，极易导致围岩失稳并造成塌方，对于在埋深较大的塑性粘土地层中开挖隧洞，其施工难度就更大。作为一个典型工程实例，引黄南干５＾＃洞利民堡洞段粘土覆盖层厚度深达１８０ｍ，围岩应力高达３．６ＭＰａ，但由于合理运用了新奥法施工，包括采用分步开挖断面、适当预留收敛变形量、缩短开挖循环进尺、加密格栅拱架和及时喷混凝土支护等综合措施，因而顺利贯通。     

NU RBS 曲线在隧道断面拟合中的应用研究

隧道变形是隧道安全检测的重点之一,同时也是评估隧道安全状态的重要内容。随着激光技术的发展,激光扫描技术近年来逐步应用于隧道断面检测。目前已有的隧道断面拟合方法较为单一,针对这一情况,提出将精确曲线拟合方法应用于隧道断面拟合成。NURBS曲线可以精确表示二次圆弧的特点,利用这一特点,提出了将NURBS曲线拟合应用于圆弧型隧道断面拟合,并通过计算拟合曲线上的点到标准轮廓曲线的最短距离对拟合效果进行评价。通过使用隧道设计标准断面数据进行数值仿真验证,结果表明NURBS曲线可以良好实现隧道断面的拟合,NURBS方法拟合曲线更加贴近隧道断面的真实状态。     

特大型洞室过浅埋段的开挖与支护

泸定水电站2号泄洪洞为特大断面洞室,具有开挖断面大、跨度宽、地质条件复杂等特点,特别是浑水沟段垂直埋深小(最小岩层埋深为6 m).根据地质勘探资料及现场地表勘查情况,通过对该段采用地表处理与洞室内处理相结合的手段,顺利完成了该洞室的开挖、支护,确保了洞室按期过流,为工程顺利进行奠定了良好的基础.     

香炉山隧洞5#支洞应急抢险段围岩参数反演及稳定性分析

在建的滇中引水工程香炉山隧洞5#支洞穿越活动断裂带,地质条件极为复杂,施工过程中发生过严重的涌水突泥灾害,围岩稳定问题极为突出,严重制约施工进度和工程安全。为深入系统地研究5#支洞应急抢险洞段合理的围岩力学参数及隧洞稳定性情况,充分利用现场监测及物探资料,采用基于神经网络和遗传算法的位移反演方法确定了应急抢险洞段围岩的力学参数;并在此基础上,模拟施工开挖支护全过程,进行了围岩稳定性分析。结果表明:在当前开挖支护条件下,5#支洞应急抢险洞段整体处于稳定状态,除桩号K0+501—513洞段右边墙围岩变形量较大外,其余部位围岩变形量整体<15 cm;塑性区深度在2~5 m范围内;支护结构受力整体处于正常水平。相关研究结果对于5#支洞后续洞段或相近条件隧洞安全快速施工具有指导意义。