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《水利水运工程学报》2019年第3期中文摘要
日期:2019年07月03日 16:21:32点击数:字号:【

大型升船机船厢出入水受力特性原型观测

王新1, 2,胡亚安1, 2,李中华1, 2,严秀俊1, 2

(1. 澳门真钱视讯手机 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏 南京 210029; 2. 澳门真钱视讯手机 通航建筑物建设技术交通行业重点实验室, 江苏 南京 210029)

摘要:船厢出入水过程中复杂的流固耦合作用是下水式升船机关键技术问题。针对目前世界上最大的船厢下水式升船机——景洪水力式升船机船厢出入水过程中的力学问题,首次通过系统的原型观测,研究揭示船厢出入水过程中厢体的受力变形特性、船厢的倾斜量及同步轴扭矩的变化规律、船厢的振动响应与噪声及附加水动力荷载特性,并探讨了船厢出入水运行速度的影响。观测结果表明,船厢入水过程中由于船厢侧荷载发生显著变化,船厢发生最大弯曲变形约2.7 cm,船厢纵倾增大不足20 mm,最大扭矩变化162 kN·m,船厢振动、噪声、吸附力均不大;不同速度出入水,各项参数变化规律一致,但随速度增大,各参数呈增大趋势;船厢出水后能够完全恢复到入水前状态,出入水过程稳定收敛,船厢出水启动瞬间和船厢底铺板脱离水面时刻是出入水过程的关键节点,各项参数变化迅速。观测结果不仅为景洪升船机安全运行提供依据,也为其他下水式升船机设计提供参考。

关键词:下水式升船机; 船厢; 出入水; 受力特性; 原型观测

海南红塘湾潮汐不对称性分析

童朝锋1,曹益铭1,高祥宇2,孟艳秋1

(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院,江苏 南京 210098; 2. 澳门真钱视讯手机,江苏 南京 210029)

摘要:基于海南红塘潮位测站2016年3月至2017年3月实测潮位资料及8个临时站点8月9—20日大、中、小全潮实测完整潮位资料,应用偏度与复分析方法,研究了红塘湾潮汐特征及潮汐不对称现象,探讨了红塘湾毗邻海域潮汐不对称性分布特征及机理。研究认为,作为开敞式弧形海湾,红塘湾海域为天文潮主导的不正规全日潮,主要分潮K1,O1及M2等振幅自岸向海稍有减小,迟角自东向西逐渐增大;全年潮汐不对称性表现为落潮主导;潮汐不对称主要受K1-O1-M2分潮的相互作用控制,短时间尺度随其相互作用在大小潮期间波动,长时间尺度受K1与S2分潮相互作用呈半年周期性变化,空间上由岸向海、自西向东逐渐减弱,水深相近的湾内变化较小且与湾外有明显区别;以天文潮主导的开敞弧形海湾,潮汐不对称性时间上受各天文潮分潮相互作用影响,空间上受地形要素控制,距岸近、坡陡、水浅时潮汐不对称性更强。

关键词:红塘湾; 潮汐不对称; 调和分析; 开敞弧形海湾

长江下游河段桥墩压缩冲刷预测研究

陈述1,李雨晨2,许慧3,尚倩倩3,陈梓偲4

(1.中铁大桥勘测设计院有限公司,湖北 武汉 430050; 2. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;  3. 澳门真钱视讯手机 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室,江苏 南京 210029; 4. 河海大学,江苏 南京 210098)

摘要:建桥引起的河床变化可分为压缩冲刷和局部冲刷。相比于局部冲刷,压缩冲刷研究较少,压缩冲刷使桥址断面产生整体性下降,不利于桥墩基础安全。在总结前人研究成果基础上,以长江下游世业洲桥位方案为例,建立了桥墩压缩冲刷预测模型。探讨了不同空间尺度下桥墩边界的处理方法;针对长江下游河段水沙特点,从工程安全角度出发,提出了水沙过程的选取方法;最后预测了桥位上下游河床变形和桥墩压缩冲刷深度,并与长江下游已建桥址断面冲刷深度进行比对,两者基本相当。结果表明,文中确定的桥墩压缩冲刷是合理的,可为桥墩基础埋深提供技术依据。

关键词:桥梁工程; 桥墩处理; 水沙过程; 压缩冲刷; 预测模型

基于SVM的丁坝群束水攻沙功能预测

陈一梅,张梦成

(东南大学, 江苏 南京 211189)

摘要:丁坝群坝田为回流区,主流区束窄流速增加,形成束水攻沙之势。在理论分析基础上,提出反映丁坝群束水攻沙功能的指标可用设计最低通航水位时的河面宽度以及宽深比表示。基于回归支持向量机理论,建立了丁坝群束水攻沙功能指标的预测模型,模型的输入因子为反映来水来沙量及变化过程、水面比降、河床形态及床沙组成等因素,输出因子为功能指标;采用试算法确定模型不灵敏参数ε、惩罚常数C和核函数参数σ。以张南水道下浅区为例,采集模型中需要的数据,基于MATLAB编程实现SVM模型训练,训练样本显示模型精度符合要求,验证得到的结果相对误差在10%以下,SVM预测模型较BP人工神经网络模型效果更佳,模型具有实用性。

关键词:丁坝群; 功能指标; SVM模型; 束水攻沙

涌潮水流CFD数值模拟

戚蓝1,肖厅厅1,张芝永2, 黄君宝2

(1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072; 2. 浙江省水利河口研究院 浙江省河口海岸重点实验室,浙江 杭州 310020)

摘要:涌潮是一种对涉水建筑物冲击巨大的非线性强间断流,实现涌潮的小尺度精细模拟是分析涉水建筑物在涌潮作用下结构稳定性的前提。采用大涡模拟(LES)技术求解N-S方程,利用流体体积法(VOF)实现对自由水面的追踪,边界上给定基于涌潮理论公式推导出的涨潮流速与水深条件,进行了涌潮的小尺度精细模拟。结果表明,数值模拟得到的涌潮传播速度与理论值比较接近,Fr<1.3时为波状涌潮,Fr>1.5时为旋滚涌潮,涌潮形态分区与前人的试验成果吻合。在涌潮传播过程中,潮头处流速最大,且表层流速波动幅度始终大于中低层流速波动幅度,旋滚涌潮潮头水体紊动比波状涌潮强烈。模拟结果同时表明涌潮潮前水深与涌潮高度是影响潮头流速波动和形态的主要因素。上述涌潮模拟方法可为涌潮河段涉水建筑物的结构设计及安全评估提供参考。

关键词:涌潮; 大涡模拟; 水力特性; 流体体积法(VOF)

块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟

杨昌明1,姚池1,兰雁2,邹瑞3,黄劲松4

 (1. 南昌大学 建筑工程学院,江西 南昌 330031; 2. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院, 河南 郑州 450003; 3. 华北水利水电大学,河南 郑州 450045; 4. 纽卡斯尔大学 建筑环境与工程系, 新南威尔士 纽卡斯尔 2308)

摘要: 水平拖曳力系数是研究黄河坝垛水下散抛根石受水流作用的重要力学参数,而水流流速、根石尺寸和根石在水中的仰角对水平拖曳力系数有着不同程度的影响。基于试验数据,应用FLOW3D数值模拟软件,采用RNG k-ε紊流模型、VOF方法和FAVOR技术模拟水下块体在水流作用下的水平拖曳力。在数值模拟结果验证可靠的前提下,分析块体不同尺寸及其与水流不同夹角对水平拖曳力系数的影响。数值模拟结果表明:当长高比小于等于3.0,水平拖曳力系数随块体长高比增大,先处于波动状态,随后趋于稳定;当长高比大于3.0,水平拖曳力系数随长高比增大而增大;水平拖曳力系数随块体宽高比增大而先增后减,最后保持稳定;水平拖曳力系数随着水流夹角角度增大而先减后增,当夹角为3°时出现最小值。

关键词:数值模拟; FLOW-3D; 水平拖曳力系数; 块体尺寸; 角度

胖头泡蓄滞洪区老龙口分洪闸泄洪能力分析

王志兴,管功勋,王天祎,丁昌春

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,黑龙江 哈尔滨 150080)

摘要:胖头泡蓄滞洪区位于哈尔滨市上游嫩江干流、松花江干流及第二松花江交汇处,可减轻三江洪水对哈尔滨市的防洪压力。采用数学模型计算和实体模型试验相结合的方法研究老龙口分洪闸的泄流能力及其影响因素,数学模型主要用于分析嫩江干流河道的冲淤演变及水位变化,同时为实体模型提供上下游边界条件;实体模型用于研究不同方案下分洪闸的过流能力。结果表明,老龙口分洪闸的泄流能力主要取决于嫩江干流水位和分洪通道的水位,而且对二者水位差的变化非常敏感。分洪闸过流能力的影响因素主要包括嫩江干流河道冲淤变化、分洪流量、洪水类型及行洪流路走向等。嫩江干流河道冲淤变化幅度很小,对干流水位基本不产生影响;分洪流量对嫩江干流水位影响比较明显,最大分洪流量时水位降幅达0.70 m。嫩江干流与第二松花江共发型洪水分洪对蓄滞洪区水位的减小幅度大于嫩江干流型洪水;蓄滞洪区内地形地貌复杂,不同分洪通道对分洪闸闸下水位影响显著,是泄洪闸过流能力的关键影响因素。因此,在蓄滞洪区内设置能快速分散蓄滞洪水的分洪通道非常必要。

关键词:蓄滞洪区; 分洪闸; 泄流能力; 行洪通道

CES模型计算复式河槽过流能力及方法对比

杨坡1,魏炳乾1,胡红胜2, 杨明阳1

(1. 西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 710048; 2. 淮安市水利勘测设计研究院有限公司,江苏 淮安 223005)

摘要:复式河槽的洪水漫滩后,滩槽水流相互作用,在滩槽交界处形成动量交换,若直接采用曼宁公式进行水力计算将产生很大误差。应用CES(Conveyance Estimation System)模型首先计算了不同复式河槽的垂线平均流速,并结合英国科学工程研究理事会洪水水槽设备(SERC-FCF)的试验资料进行了验证,进而分析了不同形态复式河槽的水流特性;然后通过对比分析CES模型与经验方法(湿周修正法、断面分割法)和理论方法(谢汉祥法、刘沛清法、河槽协同度法)计算流量时的精度,论证了该模型在复式河槽水力计算中的优越性。结果表明,由CES模型计算的断面垂线平均流速分布符合复式河槽的水流特性且与实测资料吻合良好,较之其他模型方法,该模型能适用于任意形态复式河槽的流量计算且精度较高。

关键词:CES模型; 复式河槽; 过流能力; 垂线平均流速

带裂缝混凝土轴拉力学性能及Kaiser效应试验研究

胡钰泉1,胡少伟2,黄逸群3

(1. 河海大学 土木与交通学院,江苏 南京 210098; 2. 澳门真钱视讯手机,江苏 南京 210029; 3. 河海大学 力学与材料学院,江苏 南京 211100)

摘要:为了解带裂缝混凝土在轴拉荷载作用下的力学特性和在变幅循环荷载作用下声发射Kaiser效应,设计了3种带不同初始缝长的混凝土轴向拉伸试验,详细分析了初始缝长对混凝土轴拉强度、断裂韧度、弹性模量等力学参数和声发射Kaiser效应的影响。结果表明:随着初始缝长的增加,混凝土弹性模量保持不变,断裂韧度逐渐增加,轴拉强度与初始缝长呈线性递减关系;在变幅循环荷载作用下,混凝土表现出明显的Kaiser效应,随着荷载水平的提高,Kaiser效应逐渐减弱;当缝高比小于0.4时,Kaiser效应随初始缝长的增大逐渐增强; Kaiser效应本质上是由混凝土内部损伤程度决定的。此外,混凝土轴拉强度的大小会影响其在低荷载水平作用时声发射信号的强弱,据此可判断混凝土试件强度的高低。

关键词:混凝土; 轴拉强度; 断裂韧度; 声发射; Kaiser效应

基于位移的高桩码头地震易损性分析

冯云芬,高树飞

(聊城大学 建筑工程学院,山东 聊城 252000)

摘要:鉴于目前高桩码头的地震易损性分析很少将码头的总位移作为性能指标,分别根据云图法和条带法建立了基于位移的码头地震易损性分析方法。该方法考虑地震动的不确定性,并基于桩身材料应变限值定义了码头的破坏状态。为了说明这种分析方法,采用80条地震动记录对一高桩码头案例分别进行了云图法和条带法分析,比较了两种方法建立的易损性曲线的差别,分析了位移能力不确定性对易损性曲线的影响。结果表明,由云图法和条带法建立的码头易损性曲线之间的差别较小,可以忽略,但考虑到云图法的计算量较小,建议在码头易损性分析中采用云图法;位移能力不确定性对于易损性曲线的影响较大,分析中不可忽略,应予以考虑。

关键词:高桩码头; 地震易损性分析; 云图法; 条带法; 能力不确定性

粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响

郭聚坤1, 2,雷胜友1,魏道凯2,寇海磊3,王瑞2

(1. 长安大学 公路学院,陕西 西安 710064; 2. 山东交通职业学院 公路与建筑系,山东 潍坊 261206; 3. 中国海洋大学 工程学院,山东 青岛 266100)

摘要:下部基础与土体界面的剪切特性对于整个结构的安全施工至关重要,地基上部土层中多见砂土层,砂粒径大小和结构物表面粗糙程度会影响下部基础的受力特性,对于研究砂土层下部基础的侧摩阻力具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行粒组为0.075~0.150 mm,0.150~0.300 mm的砂与人造粗糙混凝土板、钢板的界面剪切试验,研究不同砂粒组、不同粗糙度、不同法向应力下的钢-砂和混凝土-砂界面抗剪强度和界面剪切强度指标。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系可用双曲线模型描述,试验峰值剪切应力与模型峰值剪切应力的比值为0.85~0.95;峰值剪切应力随法向应力和粗糙度的增大而增加,粒组Ⅰ的较粒组Ⅱ略大,混凝土-砂界面峰值剪切应力较钢-砂界面的大;对于未刻纹路的结构物-砂界面剪切面为一移动的水平面,刻有纹路的结构物-砂界面剪切面由间断的水平剪切面和动态曲形剪切面构成;界面摩擦角随粗糙度增大而增加,粒组Ⅰ的抗剪强度指标较粒组Ⅱ略大,钢-砂界面摩擦角集中在23°~28°,混凝土-砂界面摩擦角集中在25°~31°。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计和数值模拟提供参考。

关键词:砂; 粗糙度; 粒组; 剪切面; 界面摩擦角

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

林国财1, 2,谢兴华2,阮怀宁1,朱珍德1,卢斌2,徐晨城1, 2,路晓刚3

 (1. 河海大学 土木与交通学院,江苏 南京 210098; 2. 澳门真钱视讯手机 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029; 3. 海东市平安区水利局,青海 海东 810699)

摘要:天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。

关键词:降雨入渗; 暂态饱和区; 非稳定渗流; 物理模型试验

混凝土双轴弹模-徐变试件垫层效果试验分析

苏晓栋1, 2,陈灿明1, 2, 郭壮1, 2, 何建新1, 2, 徐静文1, 3

(1. 澳门真钱视讯手机,江苏 南京 210029; 2.水利部水科学与水工程重点实验室,江苏 南京 210029; 3. 河海大学,港口海岸与近海工程学院,江苏 南京 210098)

摘要:混凝土双轴受压弹模和徐变试验加载应力控制在相应龄期棱柱体强度的30%~40%,相比混凝土抗压强度试验,试件表面轻微不平整和倾斜以及钢承压板与试件承压面的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响更大。为减小混凝土试件承压面轻微不平整和倾斜以及钢压板与混凝土试件间的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响,提出适用于混凝土双轴弹模和徐变试验、能使混凝土试件在弹性变形阶段整体应力应变均匀性好的垫层。通过棱柱体混凝土试件单轴受压时不同材料和组合的垫层对应变偏差率、应变曲线及弹性特征影响的比较,筛选3种组合垫层进行双轴弹模验证试验。结果表明聚四氟乙烯薄膜(PTFE)夹土工布的组合垫层能在双轴受压弹模试验中有效降低试件竖向和横向应变偏差率,使混凝土试件应力分布均匀,2层1.0 mmPTFE夹1.2 mm土工布的组合垫层总体效果最好。

关键词:混凝土; 双轴徐变; 组合垫层; 降偏; 减摩

混凝土剪切强度影响因素敏感性分析

孙豹,彭刚,王乾峰,杨紫辉

(三峡大学 土木与建筑学院,湖北 宜昌 443002)

摘要: 针对高寒地区混凝土结构发生的冻融破坏现象,以及混凝土结构会发生剪切破坏的特点,利用大型多功能动静力电液伺服三轴试验机和剪切盒装置进行了混凝土剪切试验,研究分析了法向应力、应变速率和冻融循环次数对混凝土剪切强度发展规律的影响。通过定义无量纲形式的敏感性函数,比较了法向应力、应变速率和冻融循环次数3种因素变化对混凝土剪切强度的敏感性,并对各影响因素的敏感性进行排序。分析结果表明:① 混凝土剪切强度随法向应力的增大而提高,其试验曲线分为线性上升段、非线性上升段和稳定段3个阶段;混凝土内部微裂缝和孔隙中的自由水是引起混凝土剪切强度随应变速率增大而增大的重要因素;混凝土孔隙率增大是混凝土剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的原因。② 当混凝土冻融循环次数不高于50次、法向应力不大于35 MPa且加载的应变速率为10-5/s~10-3/s时,冻融循环次数对混凝土剪切强度的敏感性影响较大,法向应力对混凝土剪切强度的敏感性影响较小,应变速率对混凝土剪切强度的敏感性影响最弱。

关键词:混凝土; 剪切强度; 法向应力; 冻融循环; 应变速率; 敏感性分析

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