寒冷地区给水管道热工计算探讨

在我国寒冷地区,地下给水管道的埋深问题一直被广大工程设计及管理技术人员所关注。本文根据热工原理,对明设及埋设管道的静止冷却时间进行了探讨,同时给出了埋设管道稳定放热量公式,从理论上证明了冷源温度应为地表温度,使热工计算得到简化。     

穿河管道河床冲刷的改进计算模型及应用

合理确定管道埋深是保证管道穿越工程安全的重要因素,以马惠宁输油管道穿越黄河段为例,在现有河床冲刷深度计算经验公式的基础上,考虑黄河上游洪水来沙因素,分别建立两种新的冲刷深度计算模型,并与常用冲刷公式进行比较。结果表明:1新建冲刷模型计算结果相对误差偏大,但对管线的设计安全相对有利,在没有规范公式的前提下,实际工程应用中可作为参考。2改进冲刷模型考虑了时间因素以及洪水冲刷过程中冲刷率随流量、沙量变化因素,根据该公式确定管道埋深的安全裕量适中,对于管道穿越黄河段河床冲刷深度计算更合理。     

某穿越长江输油管道工程中河床冲刷深度计算

河道冲刷深度是过江油气管道埋深设计的关键参数，管道埋深过浅，水流冲刷有可能使管道暴露，形成安全隐患；管道埋深过大，则将造成投资浪费。以长江上某过江油气管道为例，在分析实际河道地质与水文条件的基础上，利用目前常用的河道冲刷计算公式计算了河道冲刷深度，并对计算结果进行了比较，最后依据当地的实际情况，确定了河道的设计冲刷深度。     

岩溶塌陷时管土相互作用准静态部分模拟研究

为预估岩溶塌陷时输油、气、水管道的附加力,进而指导防护结构设计,基于牛顿第三运动定律,在不考虑动力冲击条件下采用颗粒离散元法,模拟了土洞塌陷时管土相互作用的准静态过程,获取了管道的附加力。探讨了仿真结果的离散性和尺寸效应问题,揭示了由于土洞塌陷导致的管道最大附加力与其主要影响因素(管径、管道埋深)的关系。结果表明：仿真结果具有一定的离散性,随着模型尺寸和颗粒数量的增加,离散性会减小;管道埋深和管径均与最大附加力亦呈线性关系,当管道埋深和管径同时增加时,最大附加力呈幂函数形式增加。在此基础上,提出了基于管径和管道埋深预估最大附加力的经验公式。提出的将颗粒离散元法应用于土洞塌陷时管土相互作用的准静态过程模拟具有潜在的应用前景,其结果可为岩溶塌陷区管道支撑防护结构的设计提供理论依据。     

埋地管道管土相对刚度的分析

基于管土相互作用模型对埋地管道的管土相对刚度进行了分析。以现行的管道结构设计规范为例介绍了目前管道工程设计中常用的管土相对刚度计算公式,在Spangler管道土压力模型基础上推导了计算埋地管道管土相对刚度的修正公式,并采用有限元模型分析了上埋式管道的管土相互作用机理。通过比较发现,修正公式与有限元的模拟结果更为接近,说明与规范公式相比修正公式更适合于埋地管道管土相对刚度系数的计算。     

锚根埋深的计算方法

根据对锚根附近应力场的分析 ,指出锚根可能破坏的几种情况 ,同时指出以往计算锚根埋深公式存在的问题 .针对这些问题 ,依据岩石破坏强度理论和弹性力学理论给出了几种情况下计算锚根最小埋深的公式     

浅议东北地区远距离输水管道埋深设计

本文通过农安支线工程的管道埋深设计,概括阐述了埋深设计的传统经验与先进的有限元分析软件ANSYS在埋深设计里的重要作用,对埋深设计提供了先进的设计方法和理念.     

关于齐齐哈尔市污水管道浅埋的调查

本文通过对齐齐哈尔市浅埋污水管道的调查和测试,分析研究了寒冷地区季节性冻土中污水管道浅埋的可行性,并对污水管道最浅埋深的计算方法进行了初探。     

季节性冻土敷设给水管道的研究与应用

在寒冷地区给水管道敷设工程中 ,管道埋深直接影响工程投资和供水安全。介绍了在黑龙江省伊春市采用的季节性冻土给水管道敷设方法 ,该方法为降低管道埋深提供了技术依据 ,经计算和多年的实践 ,对结冰率不大于 30 %的管道不产生冻害。     

浅层地下水给水度与水位埋深关系的试验研究

给水度μ是土壤释水性的一个重要指标,是浅层地下水资源评价和地下水开发利用的重要参数。通过风积砂的室内排水试验,研究浅层地下水给水度与水位埋深的关系,并用不同的公式计算给水度。试验结果表明,风积砂介质的水位埋深小于60 cm时,给水度为一变量,随水位埋深的增大而增大。所选的给水度计算公式中,雷志栋公式计算出的结果与实测数据最相近,可准确表达给水度与水位埋深的关系。     

穿堤管道工程抗浮埋深及其极限沉降位移算例

穿堤管道工程可能出现抗浮破坏和堤防沉降变形,如何确立其抗浮埋深与极限沉降是设计中必须重视的关键问题。以某穿堤管道工程为例,综合考虑上覆土层强度、河道行洪冲刷、地震荷载等因素的影响,提出基于有限元的优化算法求得更加合乎工程实际情况的抗浮埋深,并综合考虑地层损失和地表沉降等各种因素,试算求得管道极限收缩率来模拟地层损失,最终得出结构所允许的垂直位移极限沉降值,为工程设计、后续沉降监控提供参考。     

大庆地区给水管道合理埋深的数值研究

大庆地区村镇给水管道冬季运行时常发生冻胀危害,为此提出了一种PPR-PVC管道浅埋外加保温层的综合防冻胀技术。为更好地确定采用该技术的管道最佳埋深,首先通过数值计算和实测结果的对比分析研究土壤的冻胀性参数;利用Matlab软件,建立给水管道与周围土壤非稳态传热物理模型,分别模拟了不同埋深处管道周围的土壤温度场,通过对比分析得到了大庆地区采用DN50的PPR-PVC新型保温给水管道的最佳浅埋深度为1.5 m,此处管道受到大气温度扰动小,融化圈范围大,土壤的冻胀性较弱。在考虑水分迁移和冰水相变因素影响下,通过模拟认为埋深在1.5m的PPR-PVC给水管道运行是安全可靠的。     

马蹄形断面隧洞收缩水深的简易算法

摘要：由于标准马蹄形断面分别由不同圆形半径的圆弧连接而成,因此,断面形式与其它常用输水断面比较相对复杂,收缩水深的计算不但需完成较复杂的超越方程求解,而且计算公式通过分段函数给出,采用解析法无法直接获解,而传统算法（图表法、试算法、迭代法）既繁琐误差又大。笔者对该断面收缩水深基本方程变形整理后的超越函数进行优化拟合替代,并以标准剩余差最小为目标函数,在工程适用参数范围内,经拟合计算获得了表达形式简单直观、便于实际工程应用、计算精度满足设计要求（最大误差为1．396％）的近似公式,具有一定的实用推广意义。     

季节性冻土区管道浅埋换填防冻模式研究

输水管道是节水灌溉工程建设的重要组成部分,管道铺设模式不仅直接影响到节水灌溉工程的投资和施工进度,同时还影响工程的直接效益和使用寿命。本文中通过在低温实验室进行PE管浅埋模型试验,获得了不同管道埋深、保温措施、回填措施和换填措施等条件下管道内温度和管道变形的动态变化过程。试验结果表明:不同换填措施、保温措施对管道内温度影响不大,而管道埋深和回填措施对管道内温度影响显著,适当增加管道埋深,管内温度升高,EPS轻质土回填的保温效果好于珍珠岩散料轻质土回填措施。在管道变形方面,炉渣换填措施略优于砂土换填措施,适当增加管道埋深,管道变形明显减小。与设置换填措施、回填措施和保温层的复杂工况处理相比,采用炉渣换填和回填措施的裸管,可以达到较好的防冻效果。综合考虑冻土区机械耕作等需要和防冻措施的经济可行性,推荐80 cm埋深的炉渣换填回填模式作为季节性冻土区(冻深2.3 m)PE管道的浅埋模式。     

抛物线形渠道的水力特性

通过积分和数值积分研究了n次抛物线形渠道湿周的计算,根据明渠均匀流理论研究了n次抛物线形渠道的正常水深;根据明渠临界水深和水跃共轭水深的理论,研究了n次抛物线形渠道的临界水深、弗劳德数以及水跃共轭水深的计算方法。给出了n次抛物线形渠道湿周、正常水深、临界水深、弗劳德数和水跃共轭水深的通用计算式,给出了水跃共轭水深的迭代式,证明了迭代式的收敛性,通过实例验证了计算式的正确性。本研究提出的n次抛物线形渠道的正常水深、临界水深、弗劳德数和水跃共轭水深的计算方法具有通用性,计算简单、精度高,可以应用于实际工程。     

迭代逼近─逐次优化拟合方法在水力计算中的应用研究

半立方抛物线形断面明渠收缩水深的计算理论上无解析解,但该参数在工程计算中运用十分频繁且有较高的计算精度要求。针对现有的同类公式精度不够高的问题,通过简单的数学变换推得半立方抛物线形断面无量纲收缩水深的基本方程,引入高次方程近似求解的迭代逼近—逐次优化拟合方法,基于迭代理论建立合适的函数模型并选取适当的拟合参数,以剩余标准差最小为目标对其进行逐次优化拟合,得到一套直接计算公式。误差分析及实例计算结果表明,在工程适用范围内,该直接计算公式的最大相对误差绝对值仅为0.039%,平均相对误差小于0.024%,拟合相关系数达1.000 0。该公式的建立较好地弥补了现有的同类公式计算精度的不足,为渠道工程的设计和运行管理提供了参考,也为涉及高次方程求解的各类工程水力计算提供了有益的借鉴。     

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。     

裸露穿河管道在压重块保护下的冲刷特性

水流冲刷引起河床变形的不确定性对水下穿越管道的安全运行造成威胁.为了探究裸露穿河管道在压重块保护措施下的冲刷特性,通过水槽模型试验,研究压重块长度、压重块布置间距、水流流速、河道水深等因素对管道周围河床地形和冲刷深度的影响.试验结果表明:水下穿越管道在压重块保护措施下的冲刷过程可分为冲刷坑形成、压重块迎流侧悬空、管道迎...     

管道埋深对管土耦合应力的影响规律浅析

考虑管土间应力的耦合特性、管道在动力作用下强烈的非线性特征等,讨论了管土耦合应力在各种典型工况下受管道埋深因素影响的变化规律.结果表明:管道埋深对管土耦合应力起着重要的影响作用,为管道系统的可靠性设计和正常运行的动态控制提供了必要的计算实例及技术依据.     

标准型异形椭圆断面正常水深和临界水深计算

针对标准型异形椭圆断面正常水深和临界水深的基本方程均为超越方程、无法直接求解的问题,在归纳标准型异形椭圆断面水力要素计算公式的基础上,通过引入量纲一参数和采用曲线分段优化拟合的分析方法,提出了求解标准型异形椭圆断面正常水深和临界水深的直接计算公式。误差分析结果表明,该断面正常水深和临界水深直接计算公式相对误差的绝对值最大分别为0.362%和0.288%,其适用范围及精度均能够满足工程应用的要求。