边坡下涵洞顶部垂直土压力三维数值计算

针对边坡下涵洞顶垂直土压力计算理论尚无系统研究的现状,为得到边坡下涵洞顶垂直土压力的变化规律,采用三维数值模拟计算方法,较为系统地研究了边坡下涵洞顶垂直土压力,以明确坡率、坡高、填土高度对洞顶土体垂直土压力的影响。结果表明,土压力系数均大于1,应力集中现象明显;土压力系数随填土高度的增加呈先增后减的趋势;随着坡高的增加,土压力系数呈非线性增大趋势,但在填土高度大于一定值后土压力系数趋于稳定;在一定填土高度范围内,坡率越大土压力系数越大,超过这个范围土压力系数差异很小。     

微膨胀加筋土挡土墙的稳定性分析

针对安康330 kV金州变电站工程,通过不同方法,对挡土墙的稳定性做了分析,同时得到了挡土墙后填土的压实度对挡墙稳定的影响程度.通过有限元法对挡墙应力与变形分析,得出了面板与挡墙的侧向位移,与现场监测结果相一致.加筋挡土墙经现场一个雨季较大降雨入渗作用的考验,仍然处于安全状态,说明了加筋挡土墙设计上的可靠性和计算分析的正确性.     

沉井侧壁土压力极大值临界深度及其影响因素分析

在分析现场实测资料的基础上,假定侧壁土压力极大值出现的临界深度,基于土拱效应原理,采用水平层分析方法,得到井壁处侧壁土压力系数及侧壁土压力计算式。根据沉井竖向平衡方程,反算出临界深度并分析了其影响因素。结果表明,随着沉井重量增加、土体内摩擦角增大,临界深度增大,即侧壁土压力极值点位置越偏下;随着井壁与土体外摩擦角增大、沉井高度增加,临界深度减小,即侧壁土压力极值点位置越偏上。该研究结果可有效指导沉井设计与施工。     

基于三轴试验的土工布加筋粗颗粒土变形及强度分析

对土工布加筋粗颗粒土做了常规三轴固结排水剪切试验,探讨了试样加筋层数(筋数n)对粗颗粒土变形强度特性的影响。结果表明,加筋后,土体由软化型转为硬化型;加筋可减弱土体剪胀性,限制其侧向变形;各围压下,强度加筋效果系数Rσ均大于1,n平均每增加1,Rσ增加0.075~0.345;加筋土在低围压下加筋效果更显著;筋材通过限制土体的侧向变形提高其强度;加筋土仍符合Mohr-Coulomb破坏准则,加筋后土体内摩擦角基本不变,而粘聚力得到显著提高。     

水平力作用下框架码头桩侧向土压力的模型试验研究

为分析水平力作用下框架码头桩侧向土压力的分布规律,通过土质岸坡框架码头模型试验,分析了一定水深条件下在水平推力作用下桩前后侧向土压力沿深度方向、水平方向的分布规律,探讨了框架码头土体岸坡潜在滑动面的位置。结果表明,各桩的桩后侧向土压力比桩前侧向土压力大;同一根桩上,随着距桩底距离的增加,侧向土压力呈先增大后减小再增大的趋势;随着距坡顶水平距离的增加,桩后侧向土压力呈倒"~"变化趋势变化,桩前侧向土压力呈"~"趋势变化。这为工程实践中框架码头岸坡的受力变形特性提供了参考依据,具有一定的现实意义。     

仰斜式锚杆挡土墙三维有限元模拟分析

结合太原市煤气化城郊森林公园水源工程左岸公路仰斜式锚杆挡土墙结构设计方案,采用ANSYS软件生死单元模拟施工完建及浸水作用下的挡土墙—锚杆—土体—地基联合变形协调发展过程,并建立非线性分析模型,对挡土墙位移及内力、土压力和锚杆拉力进行分析。结果表明,土压力增大系数为1.94;挡土墙x方向应力在锚杆作用位置处为拉应力且沿作用点向四周逐渐减小,大致呈圆环状分布;挡土墙水平位移沿墙高分布呈抛物线状,沿墙长呈对称分布,且在同一高度最小位移出现在锚杆所在位置断面;锚杆轴力随杆长的分布呈"枣核"状。可为工程设计最优方案的选择提供参考依据。     

碧口土石坝竖向位移监测的逐步回归模型拟合与分析

对碧口土石坝竖向位移实测数据资料进行了系统分析和研究,通过时空定性分析,确定了坝体沉降变形的主要影响因子,在此基础上建立了各竖向位移测点的统计模型,并采用逐步回归分析方法,对各测点的实测位移进行拟合和分离,进而定量分析水压、温度、时效等分量变化对坝体竖向位移的影响作用,综合分析认为,碧口大坝累计沉降量相对较小,竖向位移变形基本趋于收敛稳定.     

红石河水库枢纽区膨胀土饱和度对抗剪强度的影响

膨胀土遇水膨胀失水干缩,对工程构筑物危害巨大,以云南省瑞丽市畹町经济开发区红石河水库枢纽区膨胀土为试样土,通过一系列不同饱和度的原状土和重塑土直剪试验发现,随着饱和度的增大,膨胀土的剪切强度、内摩擦角和粘聚力均逐渐降低,但剪切强度和粘聚力的降低趋势较内摩擦角更加明显,且当饱和度逐渐增大时,内摩擦角的降低趋势逐渐减缓最终趋于稳定,同时原状土对外部因素的敏感性低于重塑土。土体的力学特性是土体内的矿物种类、矿物含量、水分及土体内部结构等综合作用的结果,并据此提出了一个考虑水分和土体自身性质的剪切强度计算模型,对比计算结果与试验结果,验证了该模型的有效性。研究成果可为类似工程提供参考依据。     

坝下埋管三维有限元分析

在考虑埋管分缝基础上,利用有限元软件ABAQUS对坝下埋管施工过程进行三维有限元模拟,以研究材料参数对埋管垂直土压力与沉降的影响规律.结果表明,埋管分缝对埋管受力有利,土压力系数随弹性模量的增加而减小、随填土摩擦角增大而增大、随地基刚度的增加而增大;埋管沉降随弹性模量的增大而减小、随地基刚度的增加而减小,填土摩擦角值对沉降影响不大.     

滑移线法求解挡土墙主动土压力

滑移线法常用来求解挡土墙极限土压力,但至今仍有一些问题尚未得到解决。基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,并且假定它是各向同性的、均匀的以及不可压缩(膨胀)的理想连续介质,计算模型中考虑各种影响因素,提出弹性覆盖层替代传统的张拉裂缝,引进一个新概念“应力奇点”及其应力边界条件,建立静定可解的极限平衡问题数学模型而没有考虑土的应力-应变关系,采用滑移线法求解墙后塑性区的滑移线应力场,进而求解挡土墙主动土压力和滑裂面土反力,并且通过无量纲分析首次提出几何力学相似原理。研究结果表明,主动土压力的滑移线解一般总是大于或等于库仑解,朗肯解或满足非奇异条件的经典库仑解与滑移线解一致,Hencky第一定理和第二定理不具有普遍适用性。     

重庆某护岸工程桩板墙加固效果研究

为揭示桩板墙对护岸工程的支护效果,以重庆某护岸边坡为例,结合挡墙现状调查,建立三维有限元模型与二维Geostudio-slope模型,在原护岸边坡、桩板墙支护完建工况和特殊工况下,对桩板墙边坡位移应力的分布规律及整体稳定性进行计算分析。结果表明,护岸边坡的位移在素填土区域内同一竖直方向,随高程增加而增大;护岸边坡整体处于受压状态,应力沿基岩底部向上不断减小;原护岸边坡整体稳定安全系数为0.76,经桩板墙支护后,完建工况和特殊工况的安全系数分别为1.62、1.31,边坡整体结构处于稳定状态,桩板墙加固效果显著。     

平移模式下刚性挡土墙三维被动土压力分布研究

针对实际工程中挡土结构物长高比较小时,挡土墙被动土压力分布具有明显的三维空间效应,采用二维被动土压力的计算方法研究挡土墙上被动土压力的分布不合理,研究了平移模式下刚性挡土墙上三维被动土压力分布情况。首先建立无粘性土体中有限宽深比刚性挡土墙有限单元分析模型,在平移模式下,当墙后土体到达极限状态时,研究挡土墙水平被动土压力的分布规律。结果表明,挡土墙水平被动土压力沿挡土墙宽度方向和深度方向均为非线性分布;挡土墙宽深比不会对三维被动土压力的分布方式、分布值大小及分布值的增长趋势产生影响;内摩擦角和墙土接触面摩擦角比值会对三维被动土压力的分布方式、分布值大小及分布值的增长趋势产生影响。研究成果可为工程设计和三维被动土压力理论计算提供数值依据。     

挡墙地震主动土压力计算及其影响因素分析

鉴于Mononobe-Okabe理论应用于实际工程地震土压力计算时仅适用于无粘性土,在Mononobe-Okabe理论的基础上,分析了墙后土体的应力状态,推导了粘性和无粘性土地震主动土压力及主动土压力系数计算表达式,并结合算例分析了不同情况下土压力的分布特性。同时指出土压力的大小及分布主要与墙背土体参数和破裂面倾角假定有关,土压力合力作用位置随墙背摩擦角增大而上移,随地震角的增大而下移。     

猴子岩水电站多级洞塞泄洪洞水力特性试验研究

通过物理模型试验和数值模拟计算,对比研究了不同有压出口高度时多级洞塞泄洪洞各项水力特性参数,分析了出口高度对泄洪洞泄流能力、洞身压强及消能率的影响。结果表明,随着出口高度的降低,泄洪洞泄流量减小,流量系数增大;洞身压强整体呈增大趋势,出口压坡高度的变化主要对洞塞及其以后洞段的壁面压强影响较大,而对上平段影响相对较弱;泄洪洞整体消能率逐渐减小,出口高度对竖井洞塞和压坡洞塞消能率影响较大,而对水平洞塞组的消能率影响甚微。     

土工格栅加筋土石坝的试验和数值模拟研究

为进一步了解土工格栅加筋土石坝的变化特性,对土工格栅和堆石料接触面特性进行了拉拔试验,发现接触面上的剪应力较大,且随上覆压力的增加而增加;试验拉拔位移主要为土工格栅的伸长量,接触面上的相对位移较小,因此加筋土石坝数值模拟应设置土工格栅和堆石料接触面变形协调,并将试验结果应用于加筋土石坝的数值模拟中,分析了土石坝加筋前后应力变形特性和动力响应的变化规律。结果表明,加筋对土石坝变形的抑制效果主要体现在地震工况下;加筋后坝体的地震永久变形有所减小,加筋对顺河向的地震永久变形抑制效果大于震陷;加筋后顺河向永久变形指向下游,最大震陷位于坝顶。     

K_0固结状态下土样的一种制备方法及其确定

为了获得K_0固结状态下的土样并测试其K_0值,利用模型槽测试系统制备了重塑K_0固结状态土样,以模型槽内固结土样为例,对其天然密度、含水率、重度等物理指标进行了测试分析,并采用经验公式法、K_0固结仪、三维土压力盒原位测试三种方法分别测试了土的静止侧压力系数K_0。结果表明,通过原位测试测得的K_0系数比较准确,其他两种方法均对土体有扰动而引起误差。另外,三维土压力盒测得的两个水平方向上的应力并不完全相同,由此表明两个水平方向尺寸对K_0值存在影响。     

Numerical investigation on conjugate heat transfer to supercritical CO2 in membrane helical coiled tube heat exchangers

ABSTRACT

Conjugate heat transfer to supercritical CO₂ in membrane helical coiled tube heat exchangers has been numerically investigated in the present study. The purpose is to provide detailed information on the conjugate heat transfer behavior for a better understanding of the abnormal heat transfer mechanism of supercritical fluid. It could be concluded that the supercritical fluid mass flux and vertical/horizontal placement would significantly affect the abnormal heat transfer phenomenon in the tube side. The flow field of supercritical fluid is affected by both the buoyancy and centrifugal force in the conjugate heat transfer process. The local wall temperature and heat transfer coefficient in the tube side would rise and fall periodically for the horizontal heat exchanger, but this phenomenon will gradually disappear with the increase of the mass flow rate or fluid temperature in the tube side. The dual effects of buoyancy force and centrifugal force lead to the deflection of the second flow direction for the vertical placement, which further results in the heat transfer deterioration region on the top-generatrix wall for the downward flow being larger than that for the upward flow.     

Heat transfer and two-phase flow during convective boiling in a partially-heated cross-ribbed channel

Measured local heat transfer data and visual observations of the two-phase flow behavior are reported for convective boiling of saturated liquids in a cross-ribbed channel similar to geometries used in formed-plate compact heat exchangers. Experiments in this study were conducted using a special test section which permitted direct visual observation of the boiling process while simultaneously measuring the local heat transfer coefficient at several locations along the channel. One wall of the channel was heated while the opposite and lateral walls were adiabatic. Measured local heat transfer coefficients on the heated portion of the channel wall were obtained for convective boiling of methanol and n-butanol at atmospheric pressure with the channel oriented vertically and in horizontal positions with top heating, side heating and bottom heating of the channel. Vertical flows were observed to be in the churn or annular flow regimes over most of the channel length whereas the horizontal flows were either in the wavy or annular flow regime over most of the channel. Visual observations also indicated that virtually no nucleate boiling was present when the flow was in one of these three regimes. For the same coolant and flow conditions, at moderate to high qualities, the measured convective boiling heat transfer coefficients for the vertical and horizontal orientations were usually found to differ by only a small amount. However, for some orientations, partial dryout of the heated wall of the channel was sometimes observed to reduce the heat transfer coefficient. A method of correlating the heat transfer data for annular film-flow boiling in cross-ribbed channel geometries is also described.