三峡水库港口岸坡排水方案优化研究

分析了三峡库区库岸的渗流自由面随库水位升降的变化规律,根据库区岸坡不同地层构造,提出了以网络盲沟、虹吸排水技术为代表的排水技术措施,明确了虹吸排水最大吸水高度8.0m的工程应用界限,创建的多级串联虹吸排水技术首次应用于库区港口岸坡稳定性方案设计,解决了库水位陡降条件下的岸坡同步排水降压和稳定安全的难题,对三峡库区岸坡失稳破坏等地质灾害防治和港口同步排水降压具有指导性意义。     

长江下游特拉锚垫防护结构下土质岸坡稳定性研究

玉带洲位于长江下游段,岸坡后方存在大型湖泊,坡后渗流问题较为严重。为确保岸坡安全,提高岸坡整体稳定性,减少水土流失量,需要对岸坡进行合理的防护处理。通过物理模型分别模拟岸坡在特拉锚垫防护结构、裸土段的渗流情况进行对比试验,设置若干观测点,运用MATLAB软件绘制岸坡渗流前后三维地形图,观测岸坡设置点的位移情况。结果表明,渗流后有特拉锚垫防护结构的观测点最大位移量为2 cm,裸土段最大位移量为5.1 cm;特拉锚垫段渗流前后的地形图趋于吻合,说明特拉锚垫对于坡后渗流有较好的防护效果。     

渗流作用下特拉锚垫对土质岸坡的防护研究*

三峡水库常年在145～175 m水位之间运行,库区岸坡被周期性淹没与出露。库水位消落过程引起土质岸坡渗流,泥沙的起动更加容易且加剧了库岸侵蚀,严重的地方甚至出现岸坡失稳现象。以三峡库区土质岸坡为研究对象,针对新型生态护坡结构——特拉锚垫护坡的特点,采用室内概化模型试验,研究特拉锚垫在渗流作用下的防护性能。通过渗流作用下的水流冲刷试验,分析特拉锚垫的保土抗冲性能。试验结果表明：特拉锚垫具备明显的抗侵蚀性能;无渗流条件下水流侵蚀强度平均减小83.15％,在渗流作用下水流侵蚀强度平均减小88.15%。     

地下水渗流对岸坡稳定影响试验研究

从河道地下水稳定渗流的解析解、有限元解出发,分析了河道坡面上的渗透坡降的分布规律,得到了自由出渗坡面上土颗粒的临界渗透坡降计算公式.开展了地下水渗流对岸坡稳定影响的试验研究,分析了地下水渗流作用下的河道崩岸发生、发展机理和演变过程.从防止坡面发生渗透破坏和降低浸润线、减少渗流量两个角度,研究了防治崩岸的渗流控制措施,重点研究了土工织物和排水减压井在降低渗流破坏、增加边坡稳定性的效果.最后介绍了土工织物设计准则和排水减压井渗流计算方法.     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

渗流和不良地质条件对江河岸坡稳定性的影响

针对渗流和不良地质条件对江河岸坡稳定性的影响,分析土的渗透系数随围压变化、土的饱和密度随围压变化、土的抗剪强度随含水率及浸泡时间变化的规律,构建渗流破坏的非稳定数值模型,探究岸坡裂缝、河水对岸坡的软化作用、降雨入渗对岸坡的安全系数的影响。结果表明:单个因素影响下,降雨入渗对岸坡的稳定性影响最大,安全系数可降低9.9%,其次是河水浸泡表层土的软化作用的影响(2.8%)和表层土裂缝的影响(1.9%);在3个因素的综合影响下,岸坡的安全系数降低10.4%~20.8%;土水耦合计算结果显示在3个因素的综合影响下,岸坡的安全系数降低11.3%~21.5%。     

复杂条件下高滩守护工程岸坡渗流破坏影响因素

针对荆江河段岸坡渗流破坏情况,结合破坏案例分析岸坡渗流破坏原因,确定岸坡渗流破坏主要影响因素——地质因素、水文因素和降水因素。荆江河段岸坡地质结构主要分为3类,即单一砂性土地质结构、上黏性土下砂性土双层地质结构以及由黏性土和砂性土组成的互层、夹层等结构土体。荆江河段地下水和江水补给关系复杂——汛期江水补给地下水,枯水期地下水补给江水。三峡蓄水后,汛后退水速度进一步加快,地下水和江水之间的渗流坡降进一步增加。荆江河段强降水天气分布出现频次和范围仍较高。在此基础上,进一步揭示高滩守护工程区域岸坡渗流破坏机理。     

山区河流岸坡稳定性离心模型试验有关问题探讨

山区河流岸坡稳定性研究,涉及岩质边坡稳定性分析、岸坡渗流场计算和水固相互作用等,是典型的流固耦合问题。由于问题的复杂性,采用传统的极限平衡分析法、有限元计算方法很难解决,而采用现场试验的方法往往又会受到经费的限制。因此,采用能客观地反映工程实际和降低试验成本的离心模型试验方法进行模拟,是一种切实可行的研究方法。本研究结合山区河流岸坡稳定性的特点,对试验模型的制作、试验工况的模拟、试验误差的分析和边界条件等因素进行比较分析,提出较为合理的试验方案;并对模型试验的有关问题进行数值计算,为后续的模型试验提供了数据对比材料。     

基于两相流的三维自由面流动模型研究

考虑到复杂界面流的需要,基于三维非稳态的Navier-Stokes方程,采用有限体积法进行数值离散,在构造高分辨率STACS格式的VOF方法的基础上,建立基于气液两相流的三维自由面流动模型,并实现了程序的并行化。应用该模型对旋转流场、三维变形场和溃坝波在湿边界上传播运动等自由面流动问题进行数值模拟,计算结果表明模型模拟复杂自由面的运动具有较高的精度,计算效率高,可为进一步研究波浪对船舶的作用、船行波对航道整治建筑物、岸坡的作用提供基础。     

基于ANSYS温度场模拟的均质土坝稳定渗流数值计算

利用渗流场与温度场的相似性,运用大型的通用有限元软件ANSYS的热分析模块对渗流场进行仿真模拟计算.在计算过程中,通过ANSYS的APDL语言对模型进行编程计算,采用死活单元方法,运用自由面适应网格方法,从而计算出渗流相关物理量.为了验证计算结果的准确性,将相关结果与理论计算值进行比较,浸润线、渗流量和渗流场的数值都较为准确,结果表明ANSYS的热分析模块对均质土坝稳定渗流进行仿真模拟计算的可用性.     

潜艇应急上浮稳性研究

通过对应急上浮运动及高压空气吹除主压载水舱规律的简化,给出了潜艇应急上浮运动方程.将上层建筑的背水量作为临时加载,推导出应急上浮稳性计算方法.将非定常势流理论用于应急上浮运动流场分析与水动力计算.考虑了非线性自由表面条件,在应急上浮运动中随时进行流场以及自由表面的运动计算,从而实现了应急上浮运动与流场的耦合求解.采用将艇体及自由表面划分成四边形单元的方法计算流场,用Adams方法计算自由表面运动和艇体上浮运动.文中给出了某潜艇应急上浮运动和稳性的算例,计算结果验证了方法的可靠性.     

基于物面重叠的多附体船舶阻力数值模拟

阐述物面重叠技术,介绍重叠网格的基本原理以及物面重叠的处理方法,在此基础上采用单相Level-Set捕捉自由面方法和RANS方程对某型带多件附体的船舶进行阻力数值模拟,对其流场和自由面波形进行分析。与模型试验结果进行对比发现:数值计算结果与试验结果吻合良好,误差满足工程精度要求,验证了物面重叠技术应用于多附体船舶阻力数值模拟的可靠性。     

具有向下渗漏特性的沙质渠道中串列桥墩绕流及冲刷特性试验研究（英文）

Experimental investigations have been carried out to study morpho-hydraulic characteristics such as scour geometry and turbulent flow properties around tandem piers in alluvial channels. Experiments were carried out in a plane sand bed with two circular piers of same diameter arranged in tandem manner under no seepage, 10% seepage and 20% seepage conditions. Downward seepage minimizes the scour depth around piers and restrains the development of scour depth with time. Strong reversal flow is found near the bed at upstream of piers and near free surface at downstream of piers where velocity and Reynolds shear stress are found to be negative which reduce in magnitude with downward seepage. The flow is more critical within the gap between two piers where velocity is lesser near free surface and gradually increasing towards bed. Quadrant analysis shows that contribution of each event to the total Reynolds shear stress increases with downward seepage. Sedimentation effect prevails within the scour hole whereas outside the scour hole erosive forces become more dominant. Reduced reversal flow at upstream of pier because of downward seepage results in decreasing higher order moments and turbulent kinetic energy. At downstream of piers, secondary currents are dominant due to wake vortices. Strouhal number decreases in case of seepage runs than no seepage condition.     

大型补给舰船液舱晃荡载荷计算方法

随着补给舰船的大型化,补给舰船中的液舱晃荡问题开始凸显。为给大型补给舰船的液舱结构设计提供方便、可靠的晃荡载荷输入,基于改进的VOF法,以Youngs法重构自由液面,结合部分单元参数概念,提出了一种精度更高且数值稳定的、处理非矩形复杂舱室边界晃荡载荷的计算方法。通过对不同装载情况的液舱晃荡进行数值分析,并与Hirt-Nichols算法以及实验结果进行对比,证明该方法可有效改进自由表面的模拟效果,提高舱室内部速度、加速度和压力的预报精度。网格敏感性分析证明该方法的数值稳定性较好,较粗的网格也能达到较高的精度。所建立的晃荡载荷计算方法可用于对补给舰船的液舱晃荡设计载荷进行快速、准确的预报。     

自由面和岸壁对限制航道中船舶操纵性水动力的影响

本文在二阶抛物面离散后的船体表面单元上布置强度呈线性分布的Rankine源，在离散后的岸壁单元上和用贴体网格法离散船体附近自由面的单元上布置均匀Rankine源，在船体中纵面上布置强度在水深方向呈阶梯变化的附着涡线．计算了考虑自由而影响下船舶平行于岸壁航行时的水动力，还着重讨论了自由面和岸壁对限制航道中船舶水动力的影响．     

粉质航道岸坡降雨入渗条件下板桩墙防渗分析

对于受连续降雨影响而产生渗流破坏的粉质航道岸坡,通常应采取设置反滤层、防渗墙等措施。针对苏北地区某航道护岸工程现场,提出采用预应力混凝土板桩墙作为防渗墙,并对防渗墙在不同位置时的应用效果进行了数值分析。结果表明,在护岸挡墙后一定距离设置一定入土深度的板桩防渗墙,可有效延长渗径,大幅降低降雨入渗导致的坡面位移,保证了岸坡稳定性。     

复杂形状海洋浮体水动力系数计算

网格划分是水动力计算的关键环节,文中针对复杂形状海洋浮体提出了一种湿表面网格划分方法.对于有复杂首尾结构的浮体,用型线重构的方式在首尾生成曲面构成所需要的截面线,将通用建模工具和NURBS曲线拟合相结合,生成相贯结构的相交线;然后,用分片法生成浮体湿表面及内自由面网格,并独立表达各自的速度势以处理不规则频率现象,进而进行水动力系数计算.计算结果表明,上述处理方式很适合复杂形状海洋浮体水动力系数的计算.     

自由液面对大倾角稳性的修正计算方法

本文提出了按最大倾斜力矩进行自由液面对大倾角稳性影响计算的修正方法.按静力学原理研制出准确计算液舱自由液面对复原力臂曲线影响的软件模块,对任意形状舱室可快速计算出任意横倾角下不同装载率时自由液面移动产生的倾斜力矩,从而求出液舱在任意横倾角下的最大自由液面力矩及其对应的装载率.通过与规范的近似计算法的比较,阐述了不同方法对不同液舱形状进行自由液面修正时的准确程度.借助对不同形状的规则舱形以及油船的各种实际液体舱形进行自由液面修正计算,验证了本文所提出的按最大自由液面力矩进行自由液面修正的合理性.