耦合VOF法的河道三维水流特性数值模拟研究

河道黑臭的重要原因之一是水体流动性降低或完全丧失,导致水体复氧能力衰退,因此河道水动力特性是进行黑臭水体治理的重要依据。目前针对河流水动力进行数值模拟的研究多集中于一、二维,忽略了对河流自由水面的模拟及水流在竖直方向上的运动,不能精确得到河道水力特性。为了寻求一种先进的数值模拟方法来研究河段水流的水动力特性,考虑自由水面运动及水流竖直方向上的流动,建立了耦合VOF法与紊流模型的三维河流水动力模型,并运用无结构贴体网格划分技术建立了河道的计算网格模型。计算结果表明,建立的三维紊流数值模型实现了对自由水面、水深以及流速的模拟,具有较好的稳定性和灵活性。网格模型可以适应复杂的地形边界,能较好的模拟不规则河道边界,适合于天然河道三维水动力场的数值模拟。研究为河流水质的模拟提供基础,并为水生态治理与恢复提供理论依据和决策支持。     

富春江船闸扩建改造工程库区引航道通航安全数值模拟试验研究剖析

从富春江船闸扩建改造工程改造库区引航道的可行性出发,采用二维水动力模型分析浮式导航设施对富春江船闸库区引航道通航安全的影响。采用三维模型模拟浮式导航设施附近的水动力特征,获得局部流场的垂向、表层流速分布及变化情况。通过对不同水利条件下引航道内的水流情况进行分析,比较导航设施布置前后引航道内水流情况的变化,为富春江船闸库区引航道浮式导航设施的设置方案比选提供参考。     

动载下桩承式路堤中平面土拱形态演化的数值模拟

精确的静、动力土拱形态是建立桩承式路堤中相应的土拱效应计算模型的基础。为研究交通动载下桩承式路堤中既有土拱形态的演化,基于典型单元体建立了二维土拱静、动力分析的弹塑性有限元模型,模型中无黏性路堤填土采用摩尔-库伦弹塑性模型,交通循环荷载采用简单的正弦波来模拟。针对不同高度的无筋桩承式路堤,考虑路堤荷载和后续的交通循环动力荷载的连续作用,计算出桩间土上方路堤中的竖向应力分布曲线。据此确定出相应的静力土拱和动力土拱的形态曲线,用于分析动力荷载对既有土拱形态的影响。最后,通过参数分析研究了主要因素对动力土拱形态的影响。结果表明:动应力在基底面并不均布,桩帽上承担了大部分的交通动载,路堤中存在动力土拱;路堤荷载下静力土拱的形态为半个椭圆,交通动载作用下动力土拱的形态仍是半个椭圆,循环动载的作用使静力土拱的高度降低,跨度增大;路堤越高,静力土拱高度降低的幅度越小,静、动力土拱的拱脚都落在桩帽上;动力土拱的高度随路堤高度的增加先增加后稳定不变,随动载作用周期的增加先减小后稳定不变;行车车速和路堤填料内摩擦角的变化对动力土拱形态曲线的影响很小。     

复杂环境荷载下斜拉桥单塔结构动力响应试验

就目前斜拉桥桥塔结构在复杂环境荷载(地震、波浪和水流)联合作用下的动力学模型,针对其构建难度高和数值模拟技术不成熟等问题,以某一试设计的斜拉桥中的桥塔为研究背景,首先利用重力-弹性力相似律和等效变换方法设计了几何比尺为1∶100的桥塔-群桩基础试验模型;其次设计了无水环境下白噪声扫频、正弦波共振,有水环境下地震、正弦波浪和水流单独/联合加载分级加载制度;最后采用大连理工大学的地震、波浪和水流联合模拟试验系统对该模型进行地震、波浪和水流单独/联合作用下的动力响应试验,分析了复杂环境荷载(地震、波浪和水流)作用下斜拉桥单塔结构上动水压力的变化趋势、动力响应特性和破坏机制。试验结果表明:当斜拉桥桥塔结构遭遇随机荷载作用时,加速度响应主要位于承台处,群桩上部和桥塔下部为应变较大区域,地震作用对动水压力贡献最大,波浪作用次之,水流影响最小;斜拉桥桥塔顶部动力响应幅值与输入的地震动特性相关,当地震荷载和高海况正弦波浪联合作用时,地震对桥塔顶部的加速度贡献较大,波浪作用贡献较小,但是也不容忽视。试验结果可为超大跨深水基础斜拉桥抗震设计规范的修订提供重要的参考。     

沿河公路路基冲失水毁机制

沿河路基冲失水毁是路基岩土体抗冲失能力与路基近壁水流冲失作用相互对抗的宏观表象。以路基岩土体起动切应力量化路基抗冲失能力,以近壁水流切应力量化河道水流对路基的冲失作用,通过二者大小对比计算路基冲失水毁。从微观紊流力学分析沿河路基冲失水毁的营力机制或动力来源,认为微观紊流漩涡是沿河路基冲失的基础,宏观次生环流、主流顶冲等是沿河路基冲失的助动力。从微观泥沙运动力学出发,采用水动力模型计算沿河路基冲失宽度。根据路基冲失宽度将沿河公路冲失水毁灾情等级分为四级,并提出了对应的路基冲失水毁抢修工作建议。     

大桥扩建对防洪航运影响的计算与分析

本文采用河道平面二维水流数学模型对西江大桥河段水流运动以及扩建工程对防洪航运的影响进行了数值模拟和计算。研究结果表明 ,扩建后桥址上游河段最大壅水高度为 0 .0 8m左右 ,桥址河段水流流态及水流流速分布无明显变化 ,对防洪航运影响不大     

基于三维数值模拟的洪水期组合围堰结构水流作用研究

随着深水大跨桥梁的新建,各类大型围堰作为基础施工的辅助构造物面临更加复杂恶劣的水动力环境,正确计算桥梁围堰的水流力与压力分布是保证桥梁围堰设计和施工安全的重要课题。但工程实践表明:JTS 144-1-2010《港口工程荷载规范》的计算方法只能简单地计算单桩柱的水流力,对于非规则的大型墩柱结构的水流力作用问题还没有比较成熟的计算方法。为准确模拟桥梁围堰水流力,该文采用基于VOF方法的水流与结构物相互作用的三维数值模型,利用所建立的三维数值模型模拟不同流速下,尤其是洪水期的组合围堰与水流的相互作用,与实测得到的围堰压力数据进行对比,获得了围堰周边区域的水流压力分布,并给出最危险位置。     

景砚湖泊工程实施技术难点——以“上海之鱼”为例

该文以上海市奉贤区“上海之鱼”景观湖泊工程为例,分析其湖泊水质、湖底地形、景观形态等方面的若干技术难点,并有针对性地提出相应的措施.其成果可供同行参考.     

土与结构动力相互作用的有限元模拟分析

针对某桥墩与地基土层相互作用,采用通用有限元程序ANSYS,进行了二维动力有限元数值模拟计算,计算中均匀地基土体的本构模型采用ANSYS程序里的Drucker-Prager模型,通过EI Centro地震波输入,对比分析了土-结构动力相互作用特性的影响因素.     

土体性质对土-桥墩动力相互作用响应分析

针对某一桥墩与地基土层相互作用,采用通用有限元程序ANSYS,进行了二维动力有限元数值模拟计算,对均匀地基土体的本构模型采用ANSYS程序的Drucker-Prager模型,通过EI Centro地震波输入,对比分析了考虑土体性质对地基土-桥墩动力相互作用响应特性。     

基于水力模型的城市大型调蓄湖泊退水时间测算方法

调蓄湖泊在城市内涝防治中发挥着重要作用。当城市遭遇多场长历时强降雨时,若调蓄湖泊未及时腾空库容而漫溢,易引发系统性内涝灾害。为评估调蓄湖泊应对多场长历时强降雨时的防灾韧性水平,结合武汉市实际,提出了湖泊退水时间评价指标。以武汉市最大的3个湖泊水系为例,基于构建的湖泊水系水动力模型,模拟了100 a一遇不同超长历时设计降雨下的重点湖泊水位变化。结果表明：遭遇1 d设计降雨时,汤逊湖、东湖模拟最高洪水位均未超过控制最高水位,但退水时间较长,分别达到9 d、3 d+6 h;退水期间,再次遭遇强降雨时,存在较大内涝风险。该研究可为平原河网地区排涝标准的制定及排涝设施规模的设计提供参考。     

珠海高栏港片区河网水系连通和调度研究

高栏港经济区内河网密集,水系交错,水动力条件复杂。河道(涌)兼顾行洪、纳潮、排涝以及改善城市生态环境等多重功能。同时,该区域水系溪、湖、河、湾、海交融,区域内的水闸、泵站等水利工程的运行调度,对水动力变化影响较大。为进一步落实绿色发展理念,推进水生态文明建设,有效维护河湖健康生命,完善水治理体系,本次研究完善区域水系布置,提高区域防洪、排涝能力,调整水利工程调度方案,优化各类水利工程设施的布局和规模,恢复河涌活力,可为其他河网地区提供参考。     

某大型湖底明挖隧道钢围堰设计要点

湖底隧道施工多采用明挖或盾构的方式。其中,采用明挖法施工时需要设计围堰为隧道围护和主体结构施工提供条件。钢围堰具有施工效率高、环境影响小、可重复利用、安全性高等一系列优点,而现阶段针对湖底明挖隧道的钢围堰设计尚无成熟的理论体系。通过基于某大型湖底明挖隧道对其钢围堰的设计进行讨论,形成了一些初步的经验,以供后续类似工程参考。     

“厂网河（湖）岸”一体化水环境治理模式实践探索——以长江大保护试点城市芜湖城南污水系统片区为例

为实践探索“厂网河（湖）岸”一体化水环境治理模式应用效果，以长江大保护试点城市芜湖市城南污水系统片区“厂网河（湖）岸”一体化水环境系统治理工程为对象，系统梳理“厂网河（湖）岸”一体化水环境治理模式，着重介绍该模式在芜湖市水环境治理重点项目中的实践应用情况，总结该模式取得的实践成效和推行建议，以供类似项目和其他城市参考。     

基于河湖底泥资源化应用的绿色道路建设研究

基于河湖底泥水热固化生产工艺的系统研究，结合河湖底泥资源化产品在G15嘉浏段拓宽改建工程项目的应用经验，提出河湖底泥在绿色道路建设方面的应用技术，包括路面砖、路缘石、排水构造物、护坡砌块等底泥制产品的设计指标及施工工艺。针对1块河湖底泥标准砖进行了LCA评价，相较于传统的黏土实心标准砖和混凝土标准砖，其具有6项环境影响类型指标优势，并根据生命周期3E影响评价结果给出了相应研究和生产建议。河湖底泥资源化绿色道路产品在工程应用中取得了良好的经济、社会和环境效益，对城市河道生态建设具有借鉴意义。     

水源型湖库异味成因分析与控制方法研究

我国湖库众多,各类湖库在人们的生产生活中均起着至关重要的作用。而如今湖库污染越来越严重,水体异味问题突出。分析了作为饮用水水源地的湖库异味产生的主要原因为藻类等微生物的新陈代谢和有机物的厌氧分解,并在此基础上提出了防止水体异味产生的方法,对水体建立起藻类爆发的预警机制,确定藻类可能爆发的潜在区域,针对性地投加化学增氧剂,从而快速解决水体产生异味的问题。     

新疆阜康抽水蓄能电站工程上水库渗流三维有限元分析

为分析各水位工况下阜康抽水蓄能电站上水库坝体及坝基渗流场,获得坝体和坝基的位势分布、库区渗透流量等要素,根据工程坝址区地质、地形条件,建立渗流三维有限元模型并进行计算。计算结果表明,由于全库盆混凝土面板防渗方案库盆四周均布置了混凝土面板,库周和库底混凝土面板底下分别设有透水性较强的无砂混凝土垫层和碎石垫层用以排水,库区地下水位低于库盆防渗面板及其底下垫层。因此,无砂混凝土垫层和碎石垫层及其库底回填区和上部岩体均处于非饱和状态,不会直接作用在防渗结构上,因此库周及库底混凝土面板的抗浮安全性可以得到保证,本方案技术上是合理的。     

岩溶区隧道排水管道结晶沉淀水动力影响因素试验研究

为揭示岩溶区隧道排水管结晶致堵机理,并探究水动力影响因素对管道结晶沉淀发育的影响规律,设计了以管道水动力因素为观察变量的模型试验,具体为:排水管道铺设坡度为3%、4%、5%的对照试验,液面高度为7.2mm、10.2mm、13.3mm的对照试验,管道内壁摩擦系数为0.12、0.21、0.53、0.65、0.69、0.83的对照试验。岩溶区隧道排水管结晶沉淀规律具体表现为:随着管道铺设坡度的增大,结晶沉淀速率逐渐减小;随着排水管道内壁液面高度的增大而减小;随着排水管道内壁摩擦系数的增大而增大,且管道内壁摩擦系数对管道结晶沉淀速率的影响有限。通过试验分析表明:控制岩溶区隧道排水管道沉淀结晶的并不完全是DBL层厚度,而水动力因素中液体流速、液面高度以及排水管道内壁摩擦系数等因素也会对排水管道沉淀结晶速率产生重要影响。     

不同土质围岩条件下隧底围岩脱空规律与结构受力特征研究

针对铁路隧道隧底围岩脱空病害问题,采用室内试验与数值模拟方法,探明不同土质围岩类型、隧底结构形式条件下隧底围 岩脱空演变规律,给出不同土质围岩类型条件下隧底围岩脱空类型;进而,明确不同脱空类型条件下隧底结构受力特征。研究结果 表明: 1)在相同隧底围岩类型条件下,底板结构形式比仰拱结构形式更易发生围岩脱空现象;相同隧底结构条件下,黏性土、卵石 土、砂质土3 种隧底围岩的脱空程度依次降低。2)隧底围岩脱空类型主要与围岩类型有关;卵石土、黏性土和砂质土围岩最终脱空 类型依次为多处小范围局部脱空、整体性脱空、隧底中心区域大范围脱空。3)在相同围岩脱空类型条件下,底板结构受力特征变化 比仰拱结构更为剧烈,应力集中现象更为明显,更易引发隧底结构损坏。4)随着脱空范围增大,隧底结构弯矩变化量、轴力减小量 均呈增大趋势,轴力分布逐渐呈“中间大,两端小”的不均匀分布形态。     

库区浸水路堤稳定性计算方法分析

为完善库区浸水路堤稳定性的设计方法,基于简化Bishop法和渗流力学中流网的性质,推导出考虑动水压力作用下的简化Bishop计算方法。通过工程实例,分别采用文中方法、考虑动水压力的瑞典法和理正设计软件法三种方法计算,并进行对比分析。结果表明:文中方法与理正设计软件法较为接近,而瑞典法安全系数偏小。采用文中方法评价库区浸水路基稳定性是合理可行的,可供工程设计部门参考。