铁路路堤周围的风沙分布特征及堆积过程

风沙地区的铁路面临风蚀和沙埋两种危害,严重影响着线路的正常运行.基于欧拉两相流模型,建立了铁路路堤风沙流运动的三维数值模型,分析了路堤周围的风沙流分布特征,研究了沙粒的堆积过程.结果表明:路堤周围流场速度分布沿着风速方向变大,且在迎风坡坡肩处最大值增加了25%;沙粒在铁路路堤堆积的过程可分为路堤坡面积沙阶段、路堤顶面积沙阶段、路堤坡面积沙滑落阶段、路堤坡脚积沙阶段;风沙流速度提高时,路堤顶端最大积沙体积分数增加且积沙区域增大.     

箱体式活动沙障风沙流场特征

研究在野外调查的基础上,采用计算流体力学三维数值建模方法并结合室内风洞试验,分析了箱体式活动沙障在孔隙率与风速变化作用下的控沙特点及其周围风沙流场的演化过程。分析结果表明:在沙障的控制下,顺着风向在沙障前后依次出现减速区、减速上扬区、加速区与障后涡流区,在沙障腔体内形成明显的腔内减速区与涡流区,过境风沙流在沙障的减速区、障后涡流区与腔体内发生沉落,可见箱体式活动沙障发挥了控沙作用;随着风速增大,障前减速上扬区高度增大,但沙障迎风侧孔隙率的变化对减速上扬区高度没有影响;当沙障迎风侧横板孔隙率小于5%时,对来流的消减效果显著,积沙在沙障前卸载,不能充分发挥沙障背风侧涡流区的控沙作用;当孔隙率大于25%时,沙障能够充分发挥控沙作用,在沙障的迎风侧、背风侧与腔体内都有积沙卸载;当孔隙率继续增大至30%时,沙障控沙效果没有明显提高;选定孔隙率为30%条件下,随着风速的增大,沙障后积沙增加,沙障腔体内积沙减少,而沙障迎风侧积沙出现先增加后减少的变化趋势。     

格库铁路HDPE板栅栏有效防护距离

以格库铁路现场风沙试验段为研究对象, 运用数值模拟方法研究了HDPE板栅栏周围的风沙流场, 给出了不同初始风速下HDPE板栅栏有效防护距离与其孔隙率和高度的关系, 研究结果表明: 气流经过HDPE板栅栏时, 气流速度在栅栏前降低较快, 在栅栏后恢复较快, 经过一段距离后逐渐恢复到初始风速, 气流速度整体呈V形分布, 气流速度增减幅度随HDPE板栅栏孔隙率的增大逐渐减小; 在同一孔隙率下, 初始风速分别为6、24 m·s-1时, HDPE板栅栏背风侧回流区相差4.5倍HDPE板栅栏的高度; 孔隙率为60%时, 最小气流速度为8.9 m·s-1, HDPE板栅栏背风侧回流消失; 随着HDPE板孔隙率的增大, 最小气流速度逐渐增大; HDPE板栅栏的孔隙率存在不产生栅栏背风侧回流区的界限孔隙率, 为40%~60%;孔隙率小于50%时, 随着HDPE板孔隙率的增大, 有效防护距离逐渐增大, 孔隙率大于50%时, 随着HDPE板孔隙率的增大, 有效防护距离逐渐减小, 当孔隙率趋于100%时, 其有效防护距离趋于0, 因此, HDPE板栅栏的最优孔隙率为50%;随着高度的增加, HDPE板栅栏背风侧恢复到初始风速的距离增加, 同一风速下, 孔隙率为50%的HDPE板栅栏的有效防护距离是孔隙率为25%的HDPE板栅栏的1.35倍; 在现场布设HDPE板栅栏时建议使用40%~50%孔隙率的栅栏, 在经济条件允许的情况下可考虑适当增加栅栏高度, 以保证路基免受风沙侵蚀。      

道面摩阻不平衡对飞机着陆滑行参数影响

从运动学原理入手建立飞机着陆滑行力学模型, 引入道面摩阻不平衡度, 基于实测道面摩擦因数及其摩阻不平衡度分析飞机着陆减速和匀速滑行阶段的偏航角与偏航距离的变化趋势, 并设计模型试验分析湿滑道面摩阻不平衡下飞机着陆滑行参数变化规律。研究结果表明: 当跑道中心线两侧摩阻不平衡时, 机体产生绕竖轴扭矩, 导致飞机产生偏航角和偏航距离; 摩阻不平衡度的增大导致飞机偏航角与偏航距离增大, 摩阻不平衡度由0.03增加到0.38时, 偏航角增大4倍, 偏航距离增大1倍; 减小中心线两侧的摩阻不平衡度可以有效降低飞机偏出跑道概率; 滑移率对偏航角和偏航距离影响较小; 道面摩擦因数降低, 减速滑行距离增大, 基本呈线性变化; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 飞机所产生的偏航角呈直线增长, 当摩阻不平衡度达0.165时, 偏航角达1.2°; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 偏航距离也增大, 由于减速段所产生的偏航角, 加之匀速段滑行距离较长, 70%以上的偏航距离是在匀速阶段发生的; 湿滑道面下随着中心线两侧的水膜厚度差增大, 偏航角和偏航距离均增大, 水膜厚度差从0.05mm增加到2.50mm, 偏航角增大6倍, 偏航距离增大5倍。可见, 在接地带保证飞机主起落架两侧摩阻平衡, 有利于着陆减速过程飞机偏航角的控制。      

列车在风区运行空气动力学性能研究

采用理论计算与试验验证相结合的方式对列车风区运行气动性能进行了研究.首先利用主流CFD分析计算方法,对挡风设施条件下的高速列车施加运行速度和横风风速以建立空气动力学仿真模型,对模型进行计算得到不同工况下列车的流场情况.其次,通过实车试验,实时获取列车风区运行时空气动力学性能(两侧压差)数据,以此分析列车在不同的线路条件和横风风速下两侧压差的变化规律.通过分析得出,列车在风区运行通过挡风设施过渡段时两侧压差发生突变,且伴随列车晃车现象影响行车安全.通过对多处过渡段区域重复试验和分析列车车体横向加速度变化情况,得出风区过渡段是列车运行薄弱环节的结论.实验数据对比了列车在过渡段工程补强前后的两侧压差情况,结论为进行工程补强后,两侧压差可减小30%~80%,其中最大减小为84.89%,工程补强效果可以明显的减小过渡段区域强风对列车的影响.     

数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究

采用基于RANS的SST（Shear Stress Transport）k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响．在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较．结果表明,采用SST k-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定．通过规范比较可知,中国规范相对简单,关澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响．最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议．     

基于FLUENT的直流漏沙式风沙风洞研究

目前的风沙风洞大多适用于风沙地貌、风沙环境的研究以及防护治理,而用于结构风工程的风沙风洞很少,因为其需要在一定高度处能够实现风速和风沙浓度可调的均匀稳定段.为了研究直流漏沙式风沙风洞中风沙流的分布规律,运用FLUENT建立风洞模型,通过对已有的漏沙风洞试验进行数值模拟,验证了模型的正确性.进一步基于风洞风速、漏沙体积分数、漏沙速度等参数对风洞风沙流的影响规律,提出了一种新型的水平多口风洞漏沙装置.对该风沙风洞的分析表明:在试验模拟浓度的范围内,风洞风速越大,同一位置的沙粒分布高度越高;漏沙体积分数和漏沙速度主要影响单位时间内进入风洞的沙粒质量,且试验位置沙粒浓度的峰值与单位时间进入风洞的沙粒质量成正比;该风沙风洞可以得到约1/2风洞高度的沙粒浓度均匀试验段,并可以通过调节漏沙体积分数、漏沙速度和试验位置可得到试验所需的试验风速及对应的沙粒浓度,使其能很好地完成风工程中的风沙定量试验.      

多年冻土区低填方斜坡路堤的稳定性分析

通过对青藏铁路多年冻土区斜坡路堤的稳定性状况调查发现,在运营期,低填方斜坡路堤为较易出现病害的路堤结构形式,且纵向裂缝为主要病害形式,直接影响到斜坡路堤的稳定.因此,就低填方斜坡路堤的变形破坏机理、影响因素以及其稳定性状况分析和评价等问题进行了研究,阐明了低填方斜坡路堤的内部作用机理.并通过现场典型工程断面的稳定性分析进行论证,对于运营期多年冻土区斜坡路堤工程的维修养护工作具有重要的应用价值.     

挡风墙对直接空冷风机群流体动力学特性的影响

通过数值模拟法对直接空冷凝汽器风机群流体动力学特性进行研究,分析不同风速情况下,挡风墙形状对空冷风机群流体动力学特性的影响．研究结果表明：挡风墙全凹时不仅有利于周边风机吸风,并能削弱热风回流,挡风墙下凹更有利于周边风机吸风．研究结果为实现空冷风机分区调节和电厂节能提供一定基础数据．     

高雷诺数下方柱绕流特性的数值模拟

为研究高雷诺数为22 000下方柱周围流场形态及气动力特性,基于开源计算流体动力学（computational fluid dynamic,CFD）软件OpenFoam平台,采用基于动态亚格子模型的大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法,对均匀来流作用下的方柱绕流进行了三维数值模拟.首先,通过对基于时间积分的平均积分分量的比较,验证了本数值计算的准确性;其次,深入分析了方柱周围及其尾流区的流场结构,给出了流场结构的平均和湍流特征,并在此基础上,研究了其气动力特性;最后,分析了两种长径比下表面压力的展向空间相关性.研究结果表明:雷诺数为22 000下方柱尾流区回转长度为1.37倍方柱宽度,Strouhal数为0.121,脉动升力系数为1.40;展向长度取8倍方柱宽度可更准确地获得周围湍流特性.      

基于正交设计的路堤稳定影响因素敏感性分析

针对边坡和地基2种路堤稳定主控条件,建立了路堤边坡和路堤地基稳定分析模型,采用正交设计方法研究了对应计算模型的各影响因素主次顺序,讨论了均质边坡条件下影响路堤边坡稳定性的各因素间交互作用.研究表明：路堤边坡稳定影响因素敏感性按内摩擦角、坡高、黏聚力、边坡比依次减小边坡比与内摩擦角、坡高与黏聚力间显著交互作用,取值水平不当会影响各因素的敏感性排序;地基及路堤稳定性主要受地基控制,地基土强度和地坡度是路堤稳定的主要因素.     

公路路基边坡的生态防护

边坡的破坏形式路基挖方边坡在降雨、融雪、风化及其他形式的综合作用下易产生破坏,主要破坏形式为冲刷破坏,一般发生于较缓的土质边坡,如砂性土边坡、亚粘土边坡等,在大气降水的作用下,沿坡面径流方向形成许多小冲沟,如不采取任何防护措施,有逐年扩大的趋势;在边坡坡脚,冬季往往发生积雪,造成坡脚湿软,强度降低上部土体失去支撑,发生破坏;同时高速行驶的汽车溅起的雨雪水,也冲刷坡脚.路堤边坡的破坏,主要表现为边坡坡面及坡脚的冲刷.坡面冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲刷和坡面径流的冲刷,石路基边坡的眼坡面流水方向形成冲沟,冲沟不断发展导致路基发生破坏;沿河路堤及修筑在河滩上、滞洪区内的路堤,还要说到洪水的威胁,这种的威胁表现为冲毁路堤坡脚导致边坡破坏.山区公路的边坡破坏主要表现为滑坡、崩塌和剥落.滑坡就是公路斜坡的部分土体、石块由于受自然灾害的侵袭,在自然状态下沿边坡下滑.     

大风对路堤上运行的客运列车气动性能的影响

为了提高强横风作用下客运列车运行的稳定性,基于三维非定常方程,采用动网格技术,对强横风作用下的青藏线客运列车在路堤上运行情况进行了模拟,分析车速、风速及路堤高度与气动力之间的关系,并将计算结果与风洞实验结果进行对比。研究结果表明:升力、侧向力和倾覆力矩实验结果与模拟结果吻合较好。在路堤高度小于20.00m时,气动力随路堤高度的增加而增大,当路堤高度大于20.00m时,气动力随路堤高度增大而减小;车速一定时,随着横风速度的增大,气动力和倾覆力矩迅速增大;横风风速一定时,列车运行速度从60km.h-1增大至120km.h-1,侧向力、升力及倾覆力矩变化不大。     

低水头水利枢纽闸坝下游回流区冲刷问题试验研究

在低水头水利枢纽局部泄流时,下泄水流普遍存在着回流运动,当回流达到一定程度时,会对河床造成较大程度的冲刷,闸坝下游回流区的冲刷是水利工程中的难点问题之一。通过动床和定床物理模型试验,研究了闸坝下泄回流区域地形、流场、紊动能、紊动切应力以及回流强度,阐述了造成回流区水流结构以及河床冲刷的原因。试验研究表明,在下泄主流与副...     

隧道设计要点及其冻土考虑

工程概况 某隧道隧址区属冰缘及构造侵蚀中高山,地形中间高南北低,东西两侧为南北走向高山,海拔最高高程4780m,其冰积谷地发育地势起伏较大,山顶部较平坦,海拔高程4498m,为两侧山脉夹持的冰水堆积高台地,平缓山顶中部.除隧道出口外.其余地段多年冻土的疙瘩状草沼极发育,地表见有大量的积水坑槽,热融湖塘4个,近圆形状,直径80～～170 m,湖深2～3m,分布在K303+900～K304+500两侧.下部山体坡度较缓.鄂拉山北坡坡度在15°～25°之间,坡面开阔平整,主要为厚层冰水堆积物覆盖,南坡地形较破碎,冲沟发育,坡面起伏较大,上缓下陡,坡度在15°～35°之间,主要为坡残积、坡洪积、冰水堆积物覆盖,局部有少量基岩裸露,草旬植被发育,发育有热融洼地、冻胀丘.山底沟谷以"U"型峡谷为主,宽约50～100 m.隧道穿越山段,海拔介于4299.3～4488.65m,高差189.35m.同时冰丘和冰椎是寒冬季节地表水或地下水溢出在冰面、地面经冻结而成的丘状冰体或冰椎,主要分布于隧址区的低处河流河漫滩、洼地、河谷两岸坡麓等地表水和地下水活跃地区,虽然冰丘和冰椎在线路区两侧均有少量发育,但距线路都有一定距离,对隧道进出口无影响.     

路堤荷载下刚柔长短桩复合地基承载特性研究

为研究路堤荷载下刚柔长短桩复合地基的承载特性,结合某桥头过渡段带帽薄壁管桩（pre-stressed thin-wall concrete,PTC）联合水泥土搅拌桩（cement deep mixed,CDM）的软基处理工程,开展了PTC-CDM组合式长短桩复合地基承载特性现场试验,对路堤填筑过程中桩土应力比、荷载分担比以及桩土沉降差的变化规律进行了分析,并进一步采用有限元对刚柔长短桩复合地基的路堤荷载传递规律进行了数值模拟.试验与计算结果表明:CDM桩顶与桩间土应力增长缓慢,PTC桩帽上应力增长相对较快;填土达到一定高度土拱完全形成后,大量的路堤荷载转移至刚性长桩;刚性长桩和柔性短桩的桩土应力比分别达到7.5和2.1;短桩的存在减少了长桩桩顶荷载和上部桩身出现负摩阻力的深度,中性点位置上移;短桩达到一定桩长时再增加其长度,对路基总沉降影响不明显,因此,短桩桩长可根据承载力要求的临界桩长来设计.      

绕流涡街及涡街流量计流场数值仿真

基于涡街理论,分别对圆形阻流体、正方形阻流体和三角形阻流体所形成的涡街场进行仿真研究,同时对三种阻流体对应的涡街流量计进行数值仿真,分析流量计中应变片对三种阻流体流场压力和速度的影响.结果表明,应变片改变了流场振荡的频率,三角形涡街流量计的压力损失最小.     

抗滑桩的渗透性对其治理效果的影响

目前抗滑桩己被广泛地应用于水库岸坡,如三峡库区内的岸坡的治理工程中。但是由于实际工程中抗滑桩大都是在枯水季节,低水位时施工成桩的,因此在库水从高水位到低水位变化的过程中,桩体无形中对坡体内地下水的流动形成了阻渗作用,这必定对治理工程的安全性评价产生影响。文中通过定量分析可以看出,目前不考虑桩体渗透性的计算方法将低估抗滑桩治理工程的安全性,使设计偏于保守,造成一定的浪费。同时,埋入式抗滑桩由于其桩顶部分是土体,相对的增大了抗滑桩所处断面处的渗透性,因此在保证治理工程安全性的前提下,采用埋入式抗滑桩将更为经济、合理。     

尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟

为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.      

预应力钢束摩阻损失试验与有限元分析研究

为了解有效预应力下桥梁结构的受力状况以及应力分布,对某连续梁桥的长弯预应力筋布置测点,实测了多根预应力筋的摩阻损失值,确定了其摩擦损失参数μ、k值。将测点处混凝土应力实测值与ansys模型在理论摩阻下的计算值对比分析,结果表明,实际摩阻损失率比理论摩阻损失率大11.96%;除个别截面受支承处的局部效应影响外,梁体其他截面受力较为平顺,应力的量值也不大。