摘要：低佛劳德水流消能问题在低水头输引水工程中长期备受关注,而辅助消能工与底流消能工的联合作用是解决这一难题的有效途径之一。本文以某拟建倒虹吸输水工程为例,利用正交试验和极差分析,将消能墩布置的阻宽率确定为影响消能墩消力池消能率的首要因素,再以阻宽率为单一变量设计物理模型试验,对水面线、动能修正系数、底流速分布系数、消能率等水力特性参数进行研究分析。结果显示:当阻宽率小于0.5时,T形墩对水流流态和流速分布的调整作用不明显,消能率较无墩工况提升较小;当阻宽率为0.5时,水流得到充分消能,消能率提升达到最高;当阻宽率大于0.5时,水流出现拥堵现象,不利于水流消能,消能率提升幅度开始降低。综合考虑各因素,该拟建工程设置T形墩适宜的阻宽率为0.5~0.55,研究结果可为同类型工程设计提供参考。

摘要：针对复杂地形下串列四排桥墩局部冲刷问题,以洺河京港澳高速桥6号桥组为研究对象,以不同泥沙级配及中值粒径表征非均匀沙质河床及来沙条件,考虑泥沙水下休止角等影响因素,通过建模软件Rhino耦合Flow-3D开展三维数值模拟研究,得到串列四排桥墩周围流场结构及冲坑演变过程。将模拟得到的流速值和冲深值与物理试验结果对比,相对误差均在10%以内,表明构建的数学模型能够较好地实现复杂地形下非均质河床的四排桥墩局部冲刷数值模拟。模拟方法可为类似三维曲面数值模拟研究提供参考,对于识别桥墩周围水流结构和冲刷特性、指导桥梁规划设计具有重要的参考价值。

摘要：针对附加质量法不能充分考虑库水—结构的耦合震动的影响,通过ABAQUS建立的库水-进水塔系统有限元模型,探讨基于声学介质理论的进水塔与库水的耦合作用。结果表明:与附加质量法相比,基于声学单元建立的塔-水模型的自振频率变大,动水压力减小,进水塔塔顶总位移减小66.77%,加速度减小10.67%,进水塔最大拉应力减小19.92%,压应力减小21.11%,进水塔的损伤面积和损伤程度变小,进水塔的安全性有所提高。因此,声学单元模型在实际工程设计中具有一定的精准性和适用性,为研究进水塔-库水耦联振动问题提供新思路。

摘要：泄洪防冲消能设计是水利工程设计中的重要技术问题。采用水工模型试验和数值模拟相结合的方法对连续坎和燕尾坎的水力特性进行了对比。主要研究内容包括两种挑坎的水舌运动特性、水垫塘底板动水压强分布及其扩散特性、RNG k-ε湍流模型求解脉动荷载的可行性。研究结果表明:RNG k-ε湍流模型对于连续坎和燕尾坎的水舌形态、水垫塘底板时均压强、不同工况下水垫塘底板脉动均方根的变化规律均可达到较高的模拟精度;相比于连续坎,燕尾坎对于水舌的纵向拉伸效果明显,水垫塘冲击区范围扩大,底板上的时均压强与脉动压强均方根峰值均向上游移动且大幅度减小,荷载集中程度减弱。

摘要：盾构隧道长期渗漏水严重影响着管片外侧水土荷载作用。通过理论分析获得隧顶上覆竖向平均渗透梯度表达式和考虑大主应力拱效应的侧向土压力系数计算公式,进一步构建考虑长期渗漏水效应的隧顶水土荷载计算模型,依托横琴隧道下穿马骝洲水道段两个典型断面的地质条件和水土荷载实测结果,对不同计算工况下的理论分析结果和现场实测值进行对比分析。得出以下主要结论:提出模型能够对海相段和陆相段的盾构隧道隧顶水土压力进行合理有效评价,相比Dimitrios Kolymbas有效应力法和Terzaghi总应力法,本文方法误差最小;随着土体内摩擦角增加,侧向土压力系数呈现先略减小后增大的变化规律,表明达到一定条件时土拱效应对侧向土压力系数才能起主导作用影响;隧顶水土荷载与隧道埋深直径比呈现增加速率逐渐衰减的正相关关系,与土体重度和管片外侧水头呈现线性正相关关系,与单宽渗漏水量呈现线性负相关关系。相关研究成果能够为我国水下盾构隧道合理设计提供理论依据。

摘要：极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建(构)筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法(SQP)求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明:(1)本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;(2)边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;(3)坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;(4)坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。

摘要：为研究在100℃内热力耦合因素对水利工程混凝土材料损伤特性的影响规律,采用自主设计的温度控制装置对混凝土试件施加并稳定目标温度,利用无损监测声发射技术(AE)监测不同温度环境下混凝土单轴压缩试验全程。探究了5种不同温度下混凝土破坏过程中AE振铃计数及幅值变化情况,并根据振铃计数与应力的变化关系建立了热力耦合下混凝土损伤本构模型。结果表明,累计振铃计数在100℃较20℃下提高了5.25倍,幅值在加载后期较前期提高20~40 dB,累计振铃计数和幅值分别从损伤事件数量和损伤剧烈程度表现出温度越高,损伤事件数量越多,损伤程度越剧烈。所建损伤本构模型证明了温度的提高会增加混凝土的损伤程度,为理解热力耦合对混凝土材料损伤影响规律提供了理论参考。

摘要：环境温度变化改变了隧洞围岩与衬砌界面的力学性能,直接影响着衬砌结构的承载特性和隧洞围岩的安全稳定性。通过设计三种变温养护模式干预方案,进行混凝土单轴压缩和岩石混凝土直剪试验,获得不同温度变化干预下混凝土应力-应变曲线和岩石混凝土界面剪切应力-位移曲线,分析变化温度干预下岩石混凝土力学性能、相对刚度及界面剪切损伤演化速率的变化规律。结果表明,初始干预温度越高,界面抗剪强度峰值和剪切刚度越大、岩石混凝土相对刚度越大、界面峰后剪切脆性越好、界面剪切损伤演化速率越大,初始干预温度的影响占主导地位;岩石混凝土相对刚度与界面剪切损伤演化速率呈正相关关系。相关研究成果可为高地温及变温环境下隧洞衬砌结构承载性能评价提供理论支撑。

摘要：为了系统分析泄洪洞通风补气系统特性,研究洞顶余幅与补气洞横截面积间的平衡关系,采用泄洪洞多洞供气理论分析模型,系统地讨论了泄洪水流拖气能力、洞顶余幅过气能力以及补气洞补气能力之间的平衡制约关系,绘制了洞顶余幅内的气压变化曲线及泄洪洞总通风量随洞顶余幅变化的曲线以及洞顶余幅与补气洞平衡优化关系曲线簇,总结了3个分区和2个极值点,阐明了洞顶余幅与补气洞的平衡特性。工程设计中,可绘制相应的平衡优化曲线簇,并在分区Ⅱ内进行设计,可保证通风特性优化的同时兼顾洞顶余幅和补气洞横截面积的经济性,实现洞顶余幅和补气洞联合优化设计。

摘要：针对泄洪洞泄洪时下游环境中的低频气压脉动强度预测问题,通过紊流数值模拟,分析了泄流流速分布特征,开展了涡结构识别,研究了涡量脉动特性,并结合涡声理论对如美水电站多洞联合泄洪工况进行了泄洪诱发低频气压脉动预测。结果表明:涡结构主要分布在泄流水舌入水点及其下游,即水流剪切作用剧烈的部位,水垫塘存在大量的发卡涡和马蹄形涡等大尺度涡结构;涡量脉动在0~2 Hz范围内存在多个优势频率,泄洪涡量脉动可能诱发相应频率的低频气压脉动;各工况下预测声压级最高可达140 dB以上,但声波在水-气界面及雾化液滴耗散作用下,水垫塘周边1 km范围内,衰减后的低频声压级最大约122 dB。