摘要：弧形闸门是水利工程中重要的挡水、泄水建筑物,虽然弧形闸门被设计成具有足够的刚度来承受设计水压,但泄水过程中水压的脉动可能会使闸门产生较大的振动,进而造成闸门的破坏。结合湍流模型和流体体积方法(volume of fluid,VOF)建立弧形闸门泄流三维湍流流场数值模型,数值求解采用稳态计算和瞬态计算两个连续的运算步骤进行,以便更好地确定入口处的流速。分别采用k-ε湍流模型和k-ω湍流模型对闸门周围流场和作用在弧形面板上的流体压力进行计算,结果表明:k-ε湍流模型与壁函数相结合的方法不能捕捉到稳定泄流阶段闸门面板上的压力脉动行为,而k-ω湍流模型结合壁面积分不仅能够得到闸门周围的流场变化,而且能准确计算闸门面板上的脉动压力。基于k-ω湍流模型计算结果,分析下游水位变化对闸门周围流场和脉动压力的影响,闸门面板上压力的脉动主要是由于闸门前的漩涡引起的,压力脉动的优势频率取决于闸孔出流形式,与上下游水位差无关,自由出流时的压力脉动优势频率比淹没出流时的大。

摘要：为了揭示高地应力条件下喷锚-加筋拱肋组合支护结构中系统锚杆、喷层和加筋拱肋的联合承载机制及工作性状,以我国西南地区某高地应力软岩隧道为研究对象,基于考虑锚杆拉伸破断失效影响的有限差分法,对地应力大小为30 MPa软岩隧道中喷锚-加筋拱肋组合支护结构的力学响应进行了仿真模拟.实验结果表明,高地应力条件下该组合支护结构能较好地限制软弱围岩变形且自身整体稳定性良好,但隧道洞周系统锚杆被拉伸破断,两侧边墙的喷层、拱肋出现贯通塑性屈服区.建议在设计高地应力软弱围岩的喷锚-加筋拱肋组合支护结构时,适当提高系统锚杆和隧道两侧边墙混凝土的强度.

摘要：双排开孔圆筒防波堤是基于圆筒、板式结构的一种复合式新型结构型式;基于不可压缩两相流模型建立三维数值波浪水槽,通过RNG k-ε湍流模型进行湍流封闭,并采用TruVOF方法捕捉自由液面,开展波浪与双排开孔圆筒防波堤相互作用数值模拟,探究相对排间距、开孔率对新型双排开孔圆筒防波堤消浪性能的影响,分析了后排开孔圆筒防波堤附近的复杂水动力现象和流动特性.结果表明,在本文研究工况范围内,沿程平均波高随相对排间距的增大先增大后减小,随开孔率的增大而增大,周期对沿程平均波高的影响没有明显规律;当B/D=9,e=23.11%时,新型双排开孔圆筒防波堤消浪效果最优,反射系数在0.4~0.46之间,透射系数在0.3~0.35之间,耗散系数在0.8~0.85之间;自由液面破碎、水气掺混、环状涡运动演化是新型双排开孔圆筒防波堤紊动耗能消波的主要原因;相对排间距会引起后排防波堤附近涡量分布以及剪切层形态的变化,从而导致不同的紊动特性,影响双排开孔圆筒防波堤消浪特性.研究结果可以为新型双排开孔圆筒防波堤工程设计与消浪机理研究提供理论支撑.

摘要：再生水和微咸水等用于农田灌溉对缓解农业用水紧缺、保证粮食稳产高产方面作用显著。但这些非常规灌溉水中的盐分进入受灌农田土壤会引起土壤结构性质的改变,进而引起入渗水流运动特征的变化,增大了农业灌水和施肥的管理难度及地下水受污染的风险。本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水盐分浓度(0、1.0、3.0和5.0 g/L)、灌水频率(1天1次、2天1次、4天1次)、含盐灌溉水-清水交替灌溉模式(纯清水灌溉、纯含盐灌溉水灌溉、含盐灌溉水-清水交替灌溉)对受灌土壤容重、团聚体结构稳定性、孔隙结构特征、地表入渗性能以及入渗水流运动非均匀特征的影响。结果表明,适度的盐分浓度、较低的灌水频率但较大的灌水定额、含盐灌溉水-清水交替灌溉均有利于提升土壤团聚体的稳定性、抑制土壤板结、改善受灌土壤的地表入渗性能、降低入渗水流运动的非均匀性。研究成果对再生水和微咸水农田灌溉制度设计具有参考价值。

摘要：本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水油脂浓度(0,1.0,3.0和10.0g/L)、灌水频率(1d1次,2d1次,4d1次)和灌溉模式(纯清水灌溉,纯含油脂灌溉水灌溉,含油脂灌溉水-清水交替灌溉)对受灌土壤结构性质与水流运动特征的影响.结果显示,随灌水进入到受灌土壤中的油脂主要集中在优先流通道中快速运动,优先流湿润锋处的土壤油脂浓度较高且不受灌溉水中油脂浓度的影响,表明即便是采用较低油脂浓度的灌溉水灌溉,依然对地下水系统存在较高的污染风险;高频率、低定额的含油脂灌溉水灌溉有利于进入到受灌土壤中的油脂向深层土壤运动,使得斥水性土层厚度增大,从而导致入渗水流运动的不确定性及地下水系统的污染风险均增大;油脂对受灌土壤团聚体的再团聚作用只有在其浓度较高时才能形成,含油脂灌溉水-清水交替灌溉因降低了受灌土壤的油脂浓度反而导致土壤团聚体分散和破碎.研究成果对再生水和原污水农田灌溉制度设计具有参考价值.

摘要：为填补通航隧道船舶通航安全关键技术研究的空白,基于完全非线性Boussinesq方程的开源程序包FUNWAVETVD建立了直线运河中通航隧道内船行波运动的数值模型,重点分析了船舶在通航隧道中诱导生成的船首孤立波波高以及波速的时空分布规律,并讨论了船行波对船舶连续通航的安全影响.研究得到了最大船首孤立波波高ηmax与船舶吃水P、Fr、通航隧道的水深、宽度以及船型的多元非线性回归方程;基于孤立波波面方程的理论假设,对通航隧道内船首孤立波的波速进行分析,发现船首孤立波的前波面与孤立波波面方程吻合较好,以孤立波的理论波速作为船首孤立波的传播速度,给出了通航隧道内船舶连续通航时安全航距应满足的关系式.结果表明,该模型能较好地捕捉船行波在通航隧道中的传播演变过程.研究结果可为单线直线运河中通航隧道的设计提供参考和依据,并可为通航隧道船舶通航安全关键技术标准或规范的制定奠定理论基础.

摘要：为了探讨海啸波近岸演变特性,本文基于模型实验和数值模拟方法,设计并进行了水槽实验,模拟了孤立波产生、传播及近岸变形的过程。本文对实验模型的设计和布置进行了总体介绍,通过改变孤立波初始波高,探究了波高对孤立波在长缓坡上的传播变形和破碎的影响,对实验数据进行分析处理,并与基于形线约束插值(CIP)算法的数值模拟结果和其他结果进行了对比。通过研究可知:本实验具有良好的可重复性,且和数值结果吻合较好。基于CIP算法的数值模型可以模拟波浪破碎、水汽掺混等强非线性现象。孤立波在长缓坡上传播时,非线性特征发展较为充分且不断增强。波高越大,传播越快,到达峰值越快,破碎也越快。

摘要：为提高迷宫流道灌水器的抗堵塞性能,通过数值模拟的方法对梯形流道内含沙量分布以及水沙流速进行了分析,并采用PIV测试优化前后流道内颗粒运动轨迹和速度来进行验证。结果表明:梯形迷宫流道灌水器流道内高含沙量区域主要在迎水面且流速较低的位置,在优化流道时可适当增加迎水面的修改,结合流道整体和加工需求可适当、甚至不修改流道背水面尺寸;以某一含沙量分布线作为流道边界,通过多次数值模拟获得较低含沙量的流道后,进行标准化再选取流道较宽的流道。该方法基本消除了沙粒大量集中的现象,获得抗堵塞性能较好的流道模型。经水沙速度分析和PIV测试验证了该方法不仅保持了灌水器优化前的水力性能,而且抗堵塞能力得到了提高。

摘要：脉动注浆作为解决松散土体注浆的新工艺,尽管已经得到一定应用,但脉动荷载作用下浆-土耦合的动力响应研究,远滞后于工程实践。基于脉动注浆原理,设计了一套脉动注浆监测响应系统,设定不同脉动周期压力和土体孔隙比,研究不同脉动周期荷载作用砂质土体的响应规律;依托COMSOLMultiphysics平台结合MATLAB,二次开发了适用于模拟脉动注浆浆-土耦合应力-应变的程序;通过物理试验对比现有注浆地层响应理论,验证了数值模拟适用性。研究结果表明:当脉动压力增大,土体的孔隙比不变时,骨架力承担脉动应力传递速率增快;脉动频率越大,土体内部应力越大;脉动压力会破坏恒载作用下土体形成的强弱力链,导致应力传递均布;土体的孔隙比越大,土体越松散,脉动频率越大对于浆液在土体内部运移越有利。脉动注浆相比于稳压注浆会导致应力区域集中,应力区域集中造成的浆液渗透与挤密注浆,有利于降低注浆过程地层抬升位移;相比稳压注浆的浆液易沿小主应力或者地层缺陷处浆液持续劈裂,脉动注浆浆液扩散更可控。数值模拟方法为不同脉动施工参数、地层条件以及注浆材料下,浆液扩散规律研究提供了新思路,研究结论可为工程实践提供较强的指导意义。

摘要：海上风电大直径单桩基础周围海床在波流共同作用下会发生剧烈的泥沙运动与局部冲刷,预测此类建筑物周围局部冲刷深度的经验公式尚不完备.采用中值粒径为0.22mm的均匀沙,在波流水槽中铺设平底沙床,对波流共同作用下大直径圆柱周围局部冲刷特性进行试验研究.基于无量纲特征冲刷时间尺度的分析,探讨Ucw及KC数对局部冲刷影响.结果表明:Ucw可作为波流冲刷过程中主导因素的判别标准,当Ucw>0.43时,水流在整个冲刷过程起主导作用,随着Ucw增大,圆柱周围冲刷形态由双喇叭型向倒圆锥型发展.无量纲特征时间尺度T*在Ucw=0.43前后呈现出两种不同的变化趋势.对实测数据进行多元回归,得到波流共同作用下小KC数条件下的大直径圆柱周围冲深计算公式,经验证,该公式计算值与实测值吻合较好.