基于镜像法的有限含水层内隧道渗流场解析解及其验证

隧道外水压力和涌水量是水下隧道施工的重要参数。针对以往大多是基于半无限含水层模型求解隧道渗流场，只考虑了单一边界的影响，而对边界条件复杂的隧道渗流场求解存在局限性的问题。建立有限含水层内带衬砌隧道渗流模型；基于镜像法，将该模型转化为无限平面内直线多隧道渗流模型，推导了水头及涌水量解析公式，通过数值解对比及公式退化验算，验证了该解的准确性；基于此解，研究了含水层厚度h、隧道埋深比(d/R₁)、注浆圈参数等对水头分布及隧道涌水量的影响。研究结果表明：任意位置的水头随含水层厚度的增大而增大，隧道越靠近不透水边界，隧道上、下方的水头差越大；隧道与不透水边界距离小于3倍隧道直径时，隧道埋深比对涌水量、衬砌外水头的影响显著，二者的值出现陡降；提高注浆圈抗渗性比增大注浆圈厚度更能降低隧道涌水量。研究成果可为有限含水层地区隧道渗流场预测提供一定理论依据。     

一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学建模与瞬态分析

一管多机布置抽水蓄能电站存在共用管段引水系统,其中共用管段的水力耦合相互作用是抽水蓄能电站系统动力学建模的关键。考虑共用管段水力系统耦合作用,将其分解成多个仅依赖于各子管段流量的单变量函数,通过结合水泵水轮机组动态特性,建立一管多机布置抽水蓄能电站非线性动力学模型。利用数值模拟探究了两机在额定工况并列运行时,一机突甩全负荷在不同导叶关闭规律且另一机组在调速器PID控制下,对各支管内机组流量、水头、出力动态特性的影响规律。仿真结果表明正常运行机组出力和流量动态响应具有正相关关系,机组水头动态响应与其流量和出力具有负相关关系,且波动周期相近。突甩负荷机组水头与流量的动态响应与导叶关闭规律密切相关,突甩负荷机组水头波动程度始终高于正常运行机组水头,且两机组水头波动周期相近;研究结果为探究一管多机抽水蓄能电站系统瞬态动力学建模与稳定性调控提供理论参考。     

环形管流量计测量气液两相流研究

提出了一种基于环形管流量计的新型气液两相流流量测量方法.设计了多圈环形管流量传感器,通过对多圈环形管的水平直径上和垂直直径上四个差压信号进行分析,建立了不同位置差压信号与总体积流量和总质量流量的关系模型,并由此获得气液两相流的混合密度,实现了气液两相流分相流量的测量.     

管道系统水头和流量曲线的正交函数拟合技术

介绍了管道系统的水头和流量曲线的拟合技术 ,编制了相应的拟合主程序并讲明了使用方法。旨在提高管道系统水头和流量曲线拟合精度及提高整个管道系统的运行效率     

大中型泵站现场流量测试技术及应用

大中型泵站机组的现场流量精确测试，长期以来一直被认为是个难题，在国内属于起步阶段。根据美国ACCUSONIC公司的7510P型移动式多声路超声波流量计在低水头泵站的单机流量测量原理，结合在江都二站进行的仪器验收试验，介绍了超声波沆量计在低水头泵站中测试方法，并对流量、效率试验成果作了介绍。多声路超声波流量计的成功应用，增添了国内低水头泵站现场流量精确测试的新方法，为今后类似泵站的流量、效率测量应用积累了经验，同时对泵站的设计、建设和管理将起到积极作用。     

行星齿轮箱齿轮组合故障振动频谱特征

行星齿轮箱的局部故障容易发展成为组合故障,复合故障频谱特征与局部故障有明显区别。研究太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、行星轮与齿圈等组合故障频谱结构对行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑组合故障对振动信号的调幅-调频作用,以及时变振动传递路径的调幅作用,建立了组合故障振动信号模型,推导了Fourier频谱公式,总结了组合故障的频谱特征规律。推导了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮两两组合故障以及太阳轮、行星轮与齿圈三种齿轮同时故障的特征频率计算公式。通过行星齿轮箱实验信号分析验证了理论推导结果,基于Fourier频谱分析诊断了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮组合故障。     

U型中空纤维膜水力特性的模型分析

依据水力学原理，建立了竖立式U型中空纤维膜出水量及内压的数学模型，对其结果的理论分析表明：在相同的水头作用下，纤维膜流量随距出水口距离的减小而呈比例增加，但在出水水头较高时，增加的速率要大于出水水头较低时增加的速率；类似地，在纤维内部的不同位置，流量随出水作用水头的增加而增大的速率也是不同的，离纤维出口越近，这种速率的增加就越快，越明显．因此，要想增大出水流量，应尽量提高出水的作用水头，另外还可以在一定范围内增加纤维的长度；纤维内压随距出水口距离的减小而迅速减小，曲线呈类抛物线的形状；离出水口越远，纤维内压随出水水头的增大而增加的速率越大；流量与内压成直线关系，纤维内部距出水口越近，内压随流量增加而增加的梯度越小；由于液体黏度的影响，温度升高，流量增大；但温度越高，流量的增加梯度越小。     

楼宇自控系统中电动二通调节水阀的选择研究

对楼宇自控工程中应用较多的直线流量特性、等百分比流量特性的阀门的理想流量特性进行了推导、分析,指出等百分比流量特性的阀门适用于建筑环境设备系统中空调水系统;阀门的实际流量特性与阀权度S关系密切.实际工程中S的取值应合理选定,对于调节阀一定要按照其流通系数来选择口径.     

断层破碎带隧道涌水处治措施研究

富水断层破碎带是隧道施工中最常见的不良地质现象,是造成隧道突涌水、大变形等隧道施工地质灾害的主要原因。该研究基于流固耦合理论,采用FLAC3D数值模拟软件研究了不同防排水方式、不同注浆圈厚度及渗透系数对隧道围岩稳定性的影响。结果表明：当注浆厚度5 m、注浆圈相对渗透系数比为50时,衬砌堵水限排的防排水方式最佳,且现场应用效果良好。研究结果可为富水断层破碎带隧道防排水系统设计提供参考。     

气体氮碳共渗中NH3和CO流量对低碳钢渗层组织及其性能的影响

通过调控气体氮碳共渗过程中的NH_3和CO流量来调控气氛中的氮化势和碳势,从而调控共渗层的微观组织和性能。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电化学分析仪研究了气体氮碳共渗过程中的NH_3和CO流量对低碳钢氮碳共渗层的微观组织结构及其性能的影响。研究结果表明:气体氮碳共渗气氛中,随着NH_3流量的增加,化合物层厚度增大但致密性降低;随着CO流量的增加,化合物层致密性逐渐增大,但渗层厚度先增大后减小。氮碳共渗过程中C的加入可抑制γ'相的形成而促进ε相的产生,过量的C会形成θ相,但是C的渗入对渗层腐蚀性能影响较小。NH_3和CO对氮碳共渗过程中的协同作用表现为,当NH_3流量增加时,可相应增加CO流量来获得较厚、致密、耐腐蚀的化合物层。     

厦门翔安海底隧道F1风化深槽注浆加固技术

以厦门翔安海底隧道涌水量最大、施工难度最大的海域段F1风化槽为研究对象,根据其围岩地质条件和突涌水特点,采用全断面注浆加固和堵水,注浆加固范围为掌子面内及隧道开挖轮廓线外5 m,隧道纵向加固长度为70 m,注浆材料以超细水泥单液浆为主的注浆加固方案。施工期现场监控量测与数值计算结果表明:F1风化深槽围岩注浆加固效果均较为理想,未发生涌水突泥,达到了设计的技术要求。该项研究成果为今后开展类似工程的注浆加固提供了技术借鉴。     

溪洛渡水电站导流洞围堰爆破技术及效果分析

溪洛渡水电站导流洞围堰拆除是国内第1个关门冲碴爆破实例,且是在堰前高水头高水流流速条件下爆破,由于爆后不具备机械清碴条件,需要依靠水流冲碴,还要保证周围建筑物的安全。本工程通过水力学模型试验,确定了实现冲碴的爆破块度特征、爆堆形状和飞石范围,据此建立了爆破设计原则和方法,并应用精细爆破技术进行了个性化爆破设计,成功地解决了上述难题。     

引黄入晋—万家寨引黄工程综述及高新技术应用

引黄工程是从根本上解决山西水资源紧缺,促进山西经济社会发展和生态环境可持续发展,维系国家新型能源和重化工基地发展的大型跨流域引水工程。介绍了万家寨引黄工程的线路组成和水工建筑物布置情况。介绍了三项高新技术:隧道掘进、预应力钢筒混凝土管道输水及预应力数字化张拉技术在引黄一期工程中的应用。研究了三项技术的关键技术环节,针对实际应用时的工程条件及施工难点,提出相应的施工方法及对策,为今后类似水工建设工程项目施工提供参考。     

Shape optimization of bi-directional flow passage components based on a genetic algorithm and computational fluid dynamics

The inlet/outlet is an important part of a water conveyance system in a pumped storage power station (PSPS). Its hydraulic characteristics are directly related to the operation and economic benefit of the PSPS. Frequent changes between inflow and outflow operations pose significant challenges in the design of the inlet/outlet diffusion segment shape. In this study, an effective optimization method, including three-dimensional parametric modelling, computational fluid dynamics and a genetic algorithm, is introduced and coupled to the design of the diffusion segment shape. The hydraulic characteristics of bi-directional flow, including the head loss, velocity uneven distribution and uneven discharge distribution, are selected as the objective function in the optimization method. Using this method, the recommended shape of the inlet/outlet is studied and its hydraulic characteristics are discussed. The results indicate that the optimized inlet/outlet has better performance.     

矿山法城市隧道运营期排水量与水压力关系的一种预判方法

预判隧道运营期排水量与二衬外水压力的关系是城市隧道设计中的关键问题,而高、低水位隧道的渗流场影响范围存在较大差别,理论预测隧道排水量和水压力时不能忽视其边界效应的作用。首先,利用地下水渗流理论、复变函数保角映射理论和二维稳态流动的复变函数理论,并结合围岩-支护结构精细化模型和气象因素,分别对高水位和低水位隧道运营期排水量及二衬外水压力进行分析,然后依托在建的深圳东部过境高速公路连接线工程,对不同注浆圈渗透系数和厚度条件下城市隧道排水量及水压力之间的关系进行研究,结果表明:无论低水位还是高水位城市隧道,二衬外水压力均随隧道排水量增加呈线性降低,且注浆圈渗透系数的变化相比其厚度的变化,对水压力随排水量的折减作用更加明显;注浆圈渗透系数的增减比例相同时,低水位城市隧道水压力随排水量的折减速率更快,而注浆圈厚度增减量值相同时,高、低水位隧道水压力随排水量的折减速率基本相同。     

大断面隧道模型试验水压模拟加载方法

首先采用结构力学方法确定隧道拱部、仰拱部分不等值环箍力模拟水荷载,研制了马蹄形断面隧道模型试验的全周密闭非均匀水压加载装置,实现“灯泡型”水压模拟加载。在此基础上进行模型试验,所得结论与数值模拟在关键部位受力结果相吻合,从而验证了水压模拟加载方法的正确性,成功解决了隧道结构试验中水压模拟加载“瓶颈”问题。在水压作用下,衬砌底部弯矩大于拱部,仰拱向内和墙脚向外弯矩最大,处于大偏心受拉截面,成为高水压隧道衬砌关键控制部位。确定了高速铁路双线隧道衬砌水压极限承载力,墙脚先发生压剪破坏,接着仰拱出现压弯破坏。研究成果可为高水压隧道主体结构设计、施工提供参考。     

齐岳山隧道F11高压富水断层带注浆施工技术

隧道岩溶、断裂带等高压涌水是隧道修建中比较难以解决的问题,隧道突涌水地质灾害频繁发生,成为影响隧道施工和安全的主要障碍。宜万铁路齐岳山隧道所穿越暗河、溶洞、断层破碎带等不良地质高压突涌水地段,给施工带来很大的困难。目前正在施工的齐岳山隧道F11断层破碎带,水压高、水量大、地质条件复杂,成为唯一制约全线的主要技术难题。以平导F11断层的注浆施工治水防坍为实例,介绍F11高水压断裂带治水防坍新方案、新工艺及效果检查新方法等,为以后类似工程积累经验。     

基于系统解卷积技术的波纹管压浆质量检测

提出了一种基于系统解卷积技术的波纹管压浆质量检测方法,利用系统分析技术结合解卷积补偿特性处理回波信号,并分析处理后的波形的首波响应时间,对缺陷的位置及大小做出判断。利用有限元进行了理论模拟仿真,采用系统解卷积技术处理并分析回波数据,结果表明解卷积后的波形的首波的响应时间与缺陷表面深度值存在一一对应关系。通过实际制作模型并进行实验测量,验证了仿真的结果。     

抽水蓄能电站水泵水轮机的动静干涉与振动分析

针对抽水蓄能电站水泵水轮机运行过程中出现的振动问题,从产生共振的条件出发,分析了转轮叶片和活动导叶形成的叶栅组合的动静干涉机理。根据转轮对水力激振模式的动态响应,研究了不同叶栅组合方式对水力激振力的影响。建立流固耦合数学模型,对转轮、活动导叶、顶盖及底环等过流部件的动态特性进行了有限元分析,以7/20的叶栅组合为例,阐述了流体激发结构共振的可能性。为了避免过流部件发生共振以及由此产生的疲劳裂纹或断裂等事故,提出了最佳叶栅组合的选择原则、降低无叶区压力脉动的方法以及提高结构固有频率和降低局部应力集中系数的具体措施。