摘要：明渠陡槽加墩是一种高效消能工布置方式,在特定条件下具有很高的技术竞争优势,但目前国内相关研究甚少。针对甘肃庆阳小崆峒沟雨水下塬排放工程的明渠陡槽加墩段进行了1∶30大比尺水工模型试验研究,试验发现初步方案沿程水流流态不稳定,存在向外泼溅溢出现象,危及黄土边坡的结构稳定。为此对初步方案进行了优化研究,试验发现,通过缩短消能墩排距,可以显著减小水面波动,使沿程水深分布均匀,流速降低,沿程不再出现水流向外泼溅溢出现象。消能墩排距由H/i缩短至0.5H/i后,在最大设计流量工况下,水面波动减小72.5%,平均流速降低40.1%,总消能率由87.9%提高至94.6%。

摘要：为探讨影响明渠衬砌结构扬压破坏临界值的因素,以胶东调水工程为对象,采用极限平衡法,计算分析混凝土衬砌板间约束、衬砌结构层间摩擦、复合土工膜等因素对临界值的影响。结果表明:渠底衬砌板抗浮稳定考虑板间勾缝设计抗剪强度的临界值是不考虑抗剪强度的2.08倍,渠坡衬砌板抗浮稳定临界值是不考虑抗剪强度的3.36倍;建议采取“抗、截、排、控、压”等一系列防扬压破坏的措施,减轻渠道衬砌结构的扬压破坏。

摘要：在高地下水位渠段,明渠边坡容易产生扬压力破坏,造成衬砌板破坏、滑坡,甚至停水等严重事故。为降低地下水水位,提出在高地下水位地区采用纵向排水管与渠道内减压井相结合的复合排水方式。在常规条件下单纯采用纵向排水管排水,而在高地下水位情况下,启动减压井,使管、井同时运行,迅速降低地下水水位,避免造成扬压力破坏。针对山东省胶东引黄调水工程莱州趴埠段扬压力破坏问题,构建了三维有限元模型,解决了二维模型中难以同时模拟排水管与排水井的问题。采用数值计算方法对比了单纯采用纵向排水管、单纯采用减压井、管与井相结合3种模式下的排水减压效果,研究了减压井位置、井间距、井内抽水高程等对渠底及边坡的减压效果。结果表明,单纯采用排水暗管可以满足常规条件下的排水减压要求,而在高地下水位条件下无法满足。管、井相结合的复合排水方式,可满足排水减压要求,对长距离输水明渠高地下水位渠段的设计与运行提供理论支撑。

摘要：边坡稳定性对保障长距离调水工程安全输水十分重要。为了对比研究渠道两侧裂隙边坡和孔隙边坡的稳定性,利用Comsol有限元数值计算软件,将达西定律模块和固体力学模块进行流固耦合,建立渠道边坡二维随机裂隙模型,采用强度折减法模拟对比了两种降雨条件(历时长而强度弱、历时短而强度强)和改变初始地下水位条件下两种介质模型(裂隙模型和孔隙模型)渠道的边坡稳定性。结果表明:裂隙边坡较孔隙边坡塑性变形程度更大且更容易发生边坡失稳;不论裂隙模型边坡还是孔隙模型边坡,相同降雨条件下,地下水位越低,边坡越稳定;相同地下水位,降雨强度较小时边坡较稳定;裂隙模型边坡在高雨强条件下失稳时可能发生牵引式滑动。

摘要：随着冬季用水量的增加,越来越多的输水工程在冬季冰盖下输水,冰盖下输水已经成为一种常态化输水方式,但目前对明渠正常水深的显式计算方法的研究主要针对不结冰渠道的,缺少对冰盖下输水时正常水深的显式计算方面的研究。该文推导了梯形断面冰盖下输水时正常水深和流量关系,提出了正常水深的简易显式迭代算法,并经过证明,此迭代算法是收敛的。用同样的方法,推导了抛物线形断面冰盖下输水时正常水深和流量关系,提出了计算正常水深的简易显式迭代算法。算例表明,该文提出的冰盖下梯形断面和抛物线形断面的显式迭代算法具有形式简单、计算量小、精度高,收敛性好的特点,一般需要3~5次迭代就可使误差小于0.01 m,当增大迭代次数时,误差进一步减小。研究为冰盖下输水渠道正常水深计算提供了便捷的计算方法,对冰期输水渠道的设计及运行管理具有理论和实践意义。

摘要：为提高抛物线形断面的水力特性,增加输水能力,该文提出了一种二分之五次(以下简称2.5次)方抛物线形渠道断面,推导其水力断面特性。将湿周用高斯超几何函数表示后,将水力最优断面的最优化模型转换为关于宽深比的一元方程,得到2.5次方抛物线形渠道水力最优断面的解析解,其最优宽深比为2.088 3。比较结果表明,2.5次方抛物线形断面较常规抛物线形断面具有更好的水力学特性。与平方、半立方抛物线形断面比较,在相同水深条件下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流能力更大。相反,在相同流量下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流面积、湿周、水深更小。2.5次方抛物线形水力最优断面的建造成本与其他2种断面相比是最小的。进一步地,为便于工程应用,基于高斯勒让德算法,提出2.5次方抛物线形断面的三点和四点格式近似湿周算法。结果表明,四点格式近似算法具有较高精度。研究可为明渠设计提供理论依据。

摘要：跌流式竖井垂向落差大,通常在环形溢流堰与竖井段衔接处设置突扩形成脱壁流来降低水流急剧加速后对竖井壁带来的空蚀破坏风险,部分工程在突扩处设置有通气系统,但这种通气设置对于竖井溢洪道整体水力特性的影响尚未明确,针对易县抽水蓄能电站竖井溢洪道工程开展了物理模型试验。试验结果表明:随着堰上水头的增加,环形溢流堰水流流态从自由堰流向受阻堰流转换,最终变为压力孔口出流,且相较于不通气条件,通气条件下的流态转捩点提前;两种条件下泄流流量均呈现先增大后稳定的趋势,高水头时通气条件下泄流能力略低于不通气条件;同时研究发现H/H_(d)0.88后,通气管的存在能够为竖井溢洪道提供更为充分的通气条件,有助于避免竖井管流现象的出现,且能够提高竖井溢洪道的消能率。研究成果可为跌流式竖井溢洪道的设计和优化提供参考。

摘要：长距离调水工程选址时不可避免地经过裂隙发育地层,地层中裂隙对边坡渗流场有着重要影响,可能诱发渠道产生渗透破坏。以胶东调水工程莱州段部分渠段为研究对象,以实测裂隙分布情况为样本,基于蒙特卡洛法生成随机分布的裂隙网络,采用COMSOL有限元数值计算软件分别基于孔隙模型和裂隙模型开展不同降雨条件下渠道裂隙岩质边坡渗流分析。结果表明,裂隙模型的湿润峰运移速度比孔隙模型快,孔隙水易提前与地下水接触,造成边坡位置地下水位上涨;相同降雨强度、地下水位条件下,裂隙模型的渠道坡脚处水头值较孔隙模型的大,更易造成渠道衬砌板破坏;相同降雨条件下,裂隙的存在使得衬砌板的破坏时间提前,还会扩大破坏范围,降雨强度越大,破坏面积越大。

摘要：断面设计是渠道设计的重要内容之一,适宜的渠道断面不仅能够增加过流能力,提高输水效率,减小输水损失,还能降低建造成本。该文提出了一种具有平底和悬链线形侧边的明渠断面。这种断面将平底和悬链线侧边平滑连接,既具有平底断面建造容易、灵活,管护方便,底部容易压实,侧边和平底可以用不同材料建造(以降低成本)等优点,也具有悬链线形断面过流能力大、无应力集中拐角、不宜渗漏、防冻胀能力强,耐久性好等优点,可广泛应用于大、中、小型渠道及寒区,具有良好的实用价值。推导了过流面积、湿周、水面宽度等水力断面特性计算公式。提出了一个更简单的正常水深的迭代算法。基于拉格朗日乘子法,推导出了平底悬链线形明渠的水力最优断面,结果表明其水力最优断面的底宽与水深比、水面宽与水深比、底宽与形状系数比、水面宽度与形状系数比、形状系数与水深比均为常数:宽深比等于0.405,形状系数与水深比等于0.474,水面宽与水深的比值为2.112,底宽与形状系数的比值为0.855。与现有平底断面(梯形、平底抛物线形、平底半立方抛物线形)进行了比较,结果表明,在过流面积或湿周一定的情况下,平底悬链线形断面的过流能力最大,相反,在流量一定的情况下,平底悬链线形断面的过流面积、湿周、水面宽度是最小的。与传统的悬链线形渠道进行了比较,增加平底后,在同等条件下,平底悬链线形渠道水力最优断面的过流能力不仅没有降低,反而增加了,意味着其经济性也优于传统的悬链线断面。研究为平底悬链线形渠道设计提供理论支撑。

摘要：结构优化是一种在结构满足稳定、应力、抗裂等约束条件下使工程造价(或工程量)最小的设计方法,在水利工程中发挥着重要作用,本文在水闸CAD软件的研制基础上,就水闸闸室段结构优化进行分析和说明.