基于结构声强的水电站厂房振动传递路径研究

基于结构声强理论对ANSYS进行二次开发,实现了水电站厂房结构声强计算及矢量可视化。以一大型水电站坝后式厂房为研究对象,对其在机墩垂直动荷载和尾水脉动荷载分别作用下的结构声强进行了计算和分析。根据厂房立柱、楼板和风罩等部位的结构声强值和矢量图得到了该电站厂房结构振动的主要传递路径。研究结果表明,该厂房振动传递的主路径为:振动通过机墩或蜗壳外围混凝土结构传递到柱梁和风罩,再传到发电机层楼板;振动通过尾水管传递到蜗壳外围混凝土,然后传到机敦,接着传到风罩、柱子和梁,再传到发电机层楼板。结构振动传递路径可为水电站厂房结构优化设计和减振提供技术支持。     

地震波层析成像技术探测复杂岩体结构应用研究

讨论了地震波层析成像技术及现场观测方法。采用全方位观测地震波层析成像技术，获取了三峡工程永久船闸边坡大尺度岩体地质构造分布及整个区域以细小单元形式给出的波速分布参数，为地质概化模型分析、边坡稳定性分析及变形计算首次提供了完整的力学参数“体”数据。     

深水水库下泄低温水治理挡水幕布受力研究

挡水幕布是一种提高深水水库下泄低温水温度的结构,其受力研究对工程实施具有至关重要的作用。根据深水水库地形和总体布置,建立挡水幕布数值计算模型,应用FLUENT软件对流场、温度场及幕布受力进行数值模拟,并与模型试验进行对比。研究结果表明:挡水幕布实施后可提高下泄水温,流量越大,流态越不稳定,且幕布背流面负压区偏向电站一侧。距离电站越远、流量越大、过水高度越小,则幕布受力越大,水位变化对幕布受力影响不大,洪水时下放幕布是一种有效减小受力的方法。     

无黏性土中筒型基础静压下沉模型试验研究

筒型基础是海洋结构物特别是海上风力机的重要基础型式之一,其下沉阻力的研究是该种基础型式成功应用的关键。以往下沉阻力计算多以静力触探的锥尖阻力为基础,考虑渗流对土体有效应力的影响,通过试验确定筒侧壁与端部阻力系数得到最终的下沉阻力,但对于下沉过程中筒-土间的挤压特性及摩擦系数研究较少。本文开展了3种不同厚径比的筒型基础静压下沉模型试验,测量了下沉过程中筒内外侧壁及端部土压力与总的下沉阻力;基于孔穴扩张理论及土塞效应建立了筒内外土压力的计算方法;以地基承载力公式为基础推导了筒端土体阻力的计算方法。研究表明筒型基础下沉过程中筒土间摩擦系数约为0.4,DNV规范推荐的k_f=0.001~0.003仅适用于计算筒外壁摩阻力,实测的筒内壁摩阻力远大于计算值,端阻力系数k_p与土体的有效内摩擦角相关,k_p=1.8时计算值与实测值吻合较好。     

隔水幕布改善深水水库下泄低温水效果研究

深水水库的低温水效应明显,以往常采用叠梁门、多层取水口等结构解决下泄低温水问题,但此类方案需在水库投入运行前完成且会造成一定的发电损失。针对已投入运行但未设计建设分层取水设施的水库水温问题,本文提出了在电站进水口前设置隔水幕布的新型水库低温水治理方案,建立三维水动力水温数值模拟模型,模拟分析了隔水幕布改善水库下泄低温水的效果及其主要影响因素。模拟结果表明,隔水幕布可使春夏季水库下泄水温提高2~8℃,幕布型式、淹没水深和坝前水温分布是影响改善效果的主要因素;并基于上述结论提出了隔水幕布方案的下泄水温预测公式。隔水幕布改善水库低温水的效果良好,具有广泛的推广应用前景。     

高坝泄流诱发事故闸门的爬行振动研究

事故闸门承担着上/下游发生事故时在动水中紧急落门,以封堵水流、防止事故扩大的重要任务,然而闸门无法完全落门并伴随爬行振动的工程问题屡屡发生,不仅导致无法封堵水流,在紧急情况下可能造成严重损失,而且使相关结构受到强烈的冲击荷载,对启闭设备及闸门的长期安全运行极为不利。从系统控制理论的基本观点出发,将由动/静摩擦力转换导致的非线性摩擦特性从闸门动水落门过程中剥离出来作为一个单独的环节,并合理选取被控量与参据量,构建了负反馈控制系统模型以描述上述工程问题。通过理论模型与工程问题互相印证、闸门爬振位移时程模拟和闭门持住力反演,表明理论模型是合理有效的。基于所提出的理论模型,阐明了闸门无法完全落门并伴随爬行振动工程问题的发生机制,为旨在避免上述工程问题的闸门改造方案提供了理论指导。     

基于微生物诱导碳酸钙沉积的生物覆膜防渗研究

针对水利工程防渗堵漏的问题,以降低砂土生物覆膜透水率、提高砂土胶结之后的强度为目的,利用巴氏芽孢杆菌催化尿素水解对MICP(microbially induced calcium carbonate precipitation)生物覆膜效果的影响因素展开试验研究。采用控制变量法探究胶结液浓度和胶结时间对生物覆膜效果的影响,从而为生物覆膜技术的实际应用提供基础性数据和科学依据。结果表明:相同胶结时间的情况下,胶结液浓度越大,钙离子利用率越高;生物覆膜样本的最小渗透系数为2.42×10~(-5)cm/s,防渗效果相当于粉土或黏土混合物,最大抗折强度为1.63 MPa,最大抗压强度为1.5 MPa;胶结液浓度是影响覆膜抗折强度的主要因素,相同浓度下的胶结时间越长,对应的抗折强度值越大;碳酸钙在颗粒间的孔隙中充当胶凝作用,碳酸钙含量与抗折和抗压强度呈正相关关系。研究成果对未来将生物覆膜技术应用于水工防渗材料具有参考价值。     

固废底泥水下应用抗分散性能研究

为了实现固废底泥在水下应用时不发生分散,通过开展水下抗分散试验和黏度试验,研究了影响底泥水下抗分散性的因素,提出了使用底泥黏度来量化其水下抗分散性的方法。研究结果表明：黏度是影响固化底泥水下抗分散性的内在因素,注浆高度是影响固化底泥水下抗分散性的外在因素,黏度越大,注浆高度越小,则抗分散性能越强。羟丙基甲基纤维素的增黏效果优于瓜尔豆胶和聚丙烯酰胺,更适用于固化底泥的水下应用,pH值法和透光度法可用于表征固化底泥的水下抗分散性能。底泥黏度小于3.7 Pa·s时,水下注浆易发生下落扩散和触底碰撞扩散;底泥黏度介于3.7～22.0 Pa·s时,水下注浆只发生轻微触底碰撞扩散;底泥黏度大于22.0 Pa·s时,水下注浆不易发生扩散。固化底泥在水下应用时,推荐其黏度为3.7～22.0 Pa·s、注浆高度在30 cm以内。     

锦屏二级非常规洪水冲沙减淤优化调控研究

泥沙淤积严重会影响水库正常运行,但汛期畅泄冲沙又会造成一定发电损失。针对人工泄水冲沙解决水库泥沙淤积问题,设计了一种非常规洪水冲沙方式,通过物理模型试验研究了对称非常规洪水与非对称非常规洪水输沙规律。结果表明,对于对称非常规洪水,平均流量相等条件下,输沙能力随着流量变幅的增大而增大;对于非对称非常规洪水,平均流量与峰流流量不变条件下,输沙能力随基流时长与峰流时长比值的减小而增大。并基于此建立了锦屏二级三维水动力泥沙数值模拟模型,设计了合理的非常规洪水冲沙方式,验证了非常规洪水对锦屏二级库区泥沙输移效果的优化。非常规洪水冲沙方式对解决水库泥沙淤积,节约冲沙用水量,达到经济最优有一定参考意义。     

渠道冰凌下潜的数值模拟研究

冰凌下潜是冰塞形成和发展的基础,控制冰凌的下潜对于保证输水工程的安全和输水能力有重要的意义。本文采用 VOF 方法追踪自由水面,结合 RNG k-ε紊流模型,对浮冰块底面水压差分布进行了数值模拟。通过与Dow Ambtmand 的物理模型试验数据的对比,验证了该数值模拟方法的合理性和可靠性。基于冰块底面的水压差分布特征,分析冰块的下潜力矩 Mu,研究冰凌下潜的临界条件。发现冰块下潜的临界条件涉及到冰块前缘形状和由冰块厚度（δ）、长度（L）与冰块上游水深（H）构成的特征几何尺寸（δ/H、δ/L）：同条件下前缘矩形断面冰块较前缘圆形断面冰块易下潜;δ/L 一定时,δ/H 越大,冰凌下潜临界冰厚弗劳德数 Ftcr越小,临界水流弗劳德数 Frcr越大;δ/H 一定时,δ/L 越大,则 Ftcr和 Frcr均越小。根据数值模拟和力矩平衡分析的研究结果,提出了天然冰凌下潜的判断准则。