不同坡度单体山丘风速地形修正系数与 越山风效应风洞试验研究

为了研究不同坡度单体山丘风速地形修正系数与越山风效应对输电塔线结构的影响,对比了国内外5种规范取值与风洞试验测试结果,分析了不同坡度山丘山顶位置和迎、背、侧风坡面风速地形修正系数,并探讨了山丘风场竖向风速分量与紊流度变化特性.研究结果表明:5种规范中我国建筑结构荷载规范与高耸结构设计规范对不同坡度山丘山顶处的风速地形修正系数的取值最大;山顶位置风速地形修正系数并非完全随坡度增大而增加,坡度大于0.577之后达到1时,风速地形修正系数反而减小;现有的拟合公式计算山丘表面区域的侧风坡风速修正系数取值偏小,而计算上部区域的风速修正系数取值却明显偏大;山体坡度越大则竖向风速分量极大值反而越小,三类坡度山丘在迎风坡和背风坡测试的最大竖向风速分量与参考来流风速的比值分别为0.523和-0.542;山体坡度越大则表面紊流度越大,特别是陡峭山坡背风侧紊流度比较大,坡度为1时山丘背风侧0.6倍山体高度处的紊流度可高达35%.     

基于山地环境的尾流分布特征的风洞试验

针对复杂山地环境开展缩尺模型风洞试验,研究气流越过山体后背风面尾流的分布特征.分析不同坡度下山体背风面平均风剖面以及脉动风速功率谱随测点位置的变化规律,研究山体的山顶加速效应和遮挡效应影响以及背风面涡旋发展情况.当背风面坡度为25°时,山顶出现加速效应,山体遮挡效应不明显,尾流中涡旋不充分;当背风面坡度为50°时,山体遮挡效应明显,尾流中涡旋发展充分.山体高度为H,其背风面至少1.7H(高度)×6H(长度)范围内存在涡旋并影响风场频域分布,且离山脚6H范围外遮挡效应仍未消失.比较了中美规范中关于山顶加速比的计算差异,结果表明规范计算值较风洞试验值偏大.     

基于风场效应等代的真实山脉简化模型对比研究

真实山脉地形崎岖复杂,山脊线两侧一般表现为不同的坡度,呈现明显的不对称性 . 为更好地反映真实山脉的地形与风场效应,在理想余弦山脉的基础上提出一种变截面余弦山脉简化模型. 基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）数值模拟,比较真实山脉、理想余弦山脉和变截面余弦山脉在平行山脉风向下地形特征点以及沿山脊线测点的水平平均风速加速比,并采用刚性直棒法对不同位置的导线风偏响应进行计算. 结果显示：变截面余弦山脉和真实山脉的地形特征点水平平均风速加速比较为吻合;离地高度50 m处,变截面余弦山脉的沿山脊线水平风速加速比与真实山脉基本一致;由于参数限制,理想余弦山脉的山脊线走势较为独立,理想余弦山脉相比于真实山脉的水平风速加速比差别较大;采用变截面余弦山脉计算得到的风偏角能较好地反映真实山脉的风偏情况. 尽管变截面余弦山脉的竖向风速与真实山脉存在较大差别,但变截面余弦山脉能较好地反映真实山脉的水平平均风速,具有风场效应的等代价值.     

山体坡度对山体周围高速公路路面风速及行车安全的影响

为深入研究山体坡度对山体周围环境风的影响,基于计算流体力学理论,选择Fluent仿真环境建立高度相同、坡度不同的二维余弦山体模型进行数值风洞试验.依据高速公路与山体的空间位置关系以及常见车型的风压中心高度,定量研究了山体坡度与山体周围高速公路路面环境风的关系.实验结果表明,山体顶端和山体下游区域是山体周围环境风的局部极大值点,并通过数据分析和曲线拟合得到了相应的拟合公式.实验结论揭示了途径山体的高速公路路面环境风受山体坡度变化的影响规律,为三维山体建模仿真参数的确定提供了依据,可为"风-车-路"系统的深入研究、待建高速公路的选线以及运营高速公路的风速预警系统提供理论和技术支持.     

不同坡度TBM隧道施工对开挖面稳定性的影响

近些年来TBM隧道施工被广泛应用于地铁隧道的建设中,由于线路规划需要和地形条件的限制,在一些特殊地段可采用纵坡隧道.TBM在迎坡掘进时,因为坡度的存在刀盘会与开挖面发生分离现象,导致开挖面前方岩土体在侧向土压力的作用下朝向刀盘移动,对开挖面稳定性造成不利影响.因此,以重庆轨道交通九号线刘家台站—鲤鱼池站迎坡段区间为依托,对大纵坡TBM隧道施工时引起的开挖面稳定性问题进行分析.采用数值模拟计算方法并结合现场实际工程项目,以隧道坡度作为变量设定多个模拟工况,分析了不同坡度值条件下开挖面处岩土体的应力变化规律及岩土体的横向、纵向、竖向变形规律,研究成果可为纵坡段TBM隧道施工时解决开挖面稳定性问题提供借鉴.     

新月形沙丘表面粒度特征对沙丘发育规模及风向变化的响应——以塔克拉玛干沙漠东南缘新月形沙丘为例

以塔克拉玛干沙漠东南缘新月形沙丘为研究对象,分析3个不同发育规模和相反风向作用后沙丘表面沉积物粒度参数,得出以下结论:1）新月形沙丘表面沉积物以砾石和极粗沙为主,二者总占比79.09%,与之对应的,沉积物概率累积曲线多以蠕移质为主,其次为跃移质．沙丘形态及其表面微地貌变化,使得沉积物粒度特征在沿风向的不同断面呈现3种模式:迎风坡脚最粗、沿迎风坡经丘顶/脊线至背风坡脚逐渐变细,分选丘顶/脊线最好、由此分别至迎/背风坡脚变差;迎风坡上/下部最粗、由此至迎/背风坡脚变细,分选丘顶/脊线最好、由此至迎/背风坡脚变差;迎风坡上/下部最粗、由此至迎/背风坡脚变细,分选迎风坡脚最好、沿迎风坡经丘顶/脊线至背风坡脚变差．2）随沙丘高度增加,迎风坡和背风坡沉积物先变细后变粗,丘顶/脊线逐渐变粗,但分选性均变好;两翼角沉积物粒径差值增大,粒径粗、分选好的短翼角变为长翼角．3）相对于区域主风向（NE）,反风向（SW）作用后,迎风坡沉积物变细、分选变差,丘顶变粗、分选变好,背风坡脚变细、分选无明显变化．迎风坡表面和背风坡脚细沙、极细沙和粉沙总占比增加,砾石和极粗沙总占比减少;丘顶正相反．      

波浪作用下水下岩质边坡的稳定性

以探讨波浪冲击作用下水下岩质边坡稳定性和破坏机理为目的,按照常见的岩体结构形式,利用Ansys数值模拟计算几种不同类型的水下岩质边坡模型;同时还依据三峡水库实际的波浪参数,在波流水槽中进行了边坡模型的冲击试验.通过波浪作用模型试验和Ansys数值计算的对比分析,水下岩质边坡临水面岩体根据波浪作用对应力影响的特征,可划分成三个区域,每个区域内应力变化规律相同;研究发现水下岩质边坡坡脚处应力集中最大,破坏始于坡脚,并由此产生的塑性区沿结构面逐渐向坡顶发展,这与一般边坡从坡顶逐渐向下发展的开裂破坏形式完全不同;同时得出波浪对水下岩质边坡结构面的影响,将随其倾角的变小而减弱.     

多因素影响的梯形明渠三维流动规律

为了研究梯形明渠三维流动规律,使用流体动力学软件Fluent的Realizable k-ε模型对梯形明渠进行了模拟.首先,数值模拟了边坡坡度比为1、流速为1m/s条件下的三维流动.数值结果表明:对称面上流速的沿程变化不显著,底区流速满足对数律分布,外区流速用乘幂公式拟合有一定的误差.其次,分析了同一高度横向各点的速度值、静压、总压的沿程变化,壁面上不同高度切应力、总压的沿程变化和出入口的总压差.最后,考察了8种不同坡度、8种不同流速情况下边壁、床面的切应力、总压的变化趋势,得到了切应力和总压随流速的计算公式,揭示了梯形明渠的流动规律.     

桥梁主梁断面三分力系数的数值模拟研究

CFD方法相对于传统的风洞试验方法有着费用少、省时省力、良好的重复性等特点,其突出的优点是实现了流动的可视化。本文以苏通长江大桥为模型,对不同攻角下主梁断面的三分力系数进行了数值识别,并将数值识别结果与风洞试验值作了比较,验证了采用CFD技术识别桥梁三分力系数方法的可行性和可靠性。文中还给出了0°攻角下流场的速度和压强的等值线图和云图。     

峡谷地形平均风速特性与加速效应

采用计算流体力学(CFD)方法建立多个数值模型,通过与风洞试验的对比分析验证了数值模拟结果的可靠性,较系统地研究并详细分析了峡谷长度、山顶间距、山脉坡度3种地貌因素对平均风加速效应的影响.结果表明:山脉顶部加速效应主要受山脉坡度的影响,在近地面内坡度越大加速效应越明显;峡谷内部加速效应受多种地貌因素影响且变化趋势较为复杂,必须考虑峡谷侧坡边界层的影响和流动的三维效应,当峡谷长度越短、山顶间距越小、山脉坡度越大时,迎风谷口处在近地面内的加速效应越明显.最后计算出典型峡谷的风压地形修正系数,并与我国建筑结构荷载规范进行对比.