封冻期桥墩对冰塞壅水水位的影响

冰塞是北方寒冷地区河流冬季凌洪灾害的主要诱因,而跨河渠桥梁及其墩台的存在改变了河道中原有的冰塞水力特性,提高了河道中形成冰塞的可能性。我国是冰灾多发的国家,随着经济的增长,冰塞灾害所造成的损失越发严重。但是冰塞产生和演变机理的理解及桥墩对冰塞影响的研究仍然处于较低的水平,而对于桥墩对冰塞壅水影响的研究更是极为少见。依托无桥墩条件下冰塞形成演变的研究,研究桥墩与冰塞壅水相互水力作用特性的影响关系与规律,为高寒地区防凌与跨河桥梁的建设提供一定的理论支撑。模型结果表明桥墩的存在,进口流速与冰盖厚度都会对冰塞壅水产生明显的影响。模型的模拟值与实验室实测数据定性趋势基本相符,验证了模型的可靠性。     

平原河道桥墩阻水比与壅水特性关系

针对平原地区河道桥墩壅水问题,采用数值模拟方法,以阻水比α为控制参数,按照产生机制和影响范围的不同,从墩前冲高和桥前壅高两方面考虑桥墩壅水效应。墩前冲高的影响范围由河道断面水位壅高变异系数确定,在高阻水比(α7%)情况下,其影响范围相对集中在桥墩附近;对于桥前壅高,以防洪工程中起重要作用的断面平均壅高为表征变量,分析无量纲的相对壅高βyg及最大壅高点距桥墩的相对距离λyg与阻水比之间的关系。结果表明:在高阻水比时,最大壅高位置出现在墩前4~5倍墩宽处,且阻水比的增加会导致桥前最大壅高迅速增大和壅水影响范围的持续扩大;阻水比7%是平原河道桥前水位壅高特性的重要分界点,故大中型桥梁工程的阻水比以不大于7%为宜。     

长江浦口段江滩复绿对河道行洪能力的影响

为分析长江浦口段江滩复绿工程对河道行洪的影响,基于MIKE21 FM建立工程区段二维水动力模型,采用Moghadam淹没植被明渠糙率公式模拟植被阻水作用,研究植被对滩面糙率的改变及对行洪阻力的影响。选取水位和流速为观测指标,分析复绿前后滩地、主槽水面线变化和流速分布变化,研究不同流量条件下,植被带对行洪影响能力的影响。结果表明,江滩复绿后,河段上游水位壅高,滩地流速减小,主槽流速增大;滩面淹没水深小于临界水深（1.3m）时,上游壅高随流量增大而增大;滩面淹没水深大于临界水深时,上游壅高随流量增大而减小。     

桥墩阻水比对弯道河流流速分布的影响

桥墩阻水比是确定涉河桥梁工程方案主要考量指标之一。为研究桥墩阻水比对弯道河流流速分布的影响,建立有机玻璃弯道水槽模型,针对不同阻水比桥墩对弯道河流流速分布影响开展试验研究。使用ADV采集弯道试验段内的纵向和横向流速并进行分析,结果表明：随阻水比的增大,桥墩附近上下游主流位置趋于集中在水槽中间。在Fr=0.21和Fr=0.28两组工况下,墩前断面纵向流速方差均减小,其流速分布更加均匀;墩后断面纵向流速方差均增大,其流速分布更加紊乱;横向流速在墩前与墩后分布均更加紊乱。桥墩阻水比对纵向流速和横向流速分布的影响均随Fr增大而减小。     

明渠减速流下床面摩阻流速研究

针对明渠非均匀流,采用立面二维数值试验的方法,并将雷诺应力垂线分布计算结果延伸至床面,以此计算减速流情况下床面摩阻流速,得到了不同壅水下床面摩阻流速的计算结果.研究表明:在壅水情况下,当流量和底坡相同时,壅水段摩阻流速随水深的增加而逐渐减小;在相同水深和底坡下,摩阻流速随流量的增加而增大;在相同流量和水深下,摩阻流速随底坡的增大而增大.为满足工程中计算的需要,根据数值试验结果拟合得到了明渠水流壅水情况下床面摩阻流速的实用计算式.     

桥梁分布特征对输水渠道过流能力的影响——以南水北调中线工程为例

长距离输水渠道多个桥梁联合产生的壅水作用对于渠道的输水能力有着重要的影响,是输水工程和交通工程设计中要考虑的重要因素.本文利用南水北调中线电子渠道平台,以南水北调中线工程典型渠段为研究对象,模拟新增桥梁不同间距和阻水面积对总干渠输水能力的影响,得出了桥间距、桥墩阻水面积与渠道水位壅高之间的变化规律,计算得出了对渠道水位壅高影响较小时的适宜的桥梁间距,对南水北调中线工程设计具有参考价值.     

地震时作用于深水桥墩上的动水力及对桥墩动力响应的影响

基于势流体理论,针对一典型实体矩形截面桥墩,分析了不同水深时,动水对桥墩自振特性的影响.研究了不同水深和地震波类型等条件下,作用于桥墩上动水压力的分布规律及其合力作用点位置,并分析了动水对矩形截面桥墩在地震作用下动力响应的影响.结果表明,由于动水和结构相互作用的影响,矩形截面桥墩的自振周期、墩底弯矩及剪力的峰值会随着水深的增加而不断增大.动水使墩底弯矩和剪力分别最多增大了31%和50%,因此动水对桥墩动力反应的影响不可忽略.并且,不同类型地震波对作用于桥墩上的动水压力分布的影响也不相同.根据日本规范计算作用于矩形截面桥墩上的动水力的结果与本文的结果更为接近.     

高水头条件下管道裂隙浆液封堵机制试验研究

针对高水头下管道裂隙浆液留存率低、封堵效果差的问题,通过自主设计的可视化动水注浆试验平台,开展了高水头管道裂隙注浆封堵试验研究,探讨了影响管道裂隙浆液封堵的主次因素,揭示了水灰比、注浆压力及动水流速对水泥浆液封堵效果的影响。研究结果表明:影响高水头管道裂隙浆液封堵沉积厚度及逆向扩散距离的因素依次为动水流速、水灰比、注浆压力;在合理水灰比条件下,浆液沉积厚度及逆向扩散距离随注浆压力增大而单调递增;浆液逆向扩散距离相比沉积厚度对动水流速变化更加敏感。     

雨天公路水膜厚度模型验证及行车安全性分析

针对雨天行车道路表面产生水膜,易使车辆打滑发生交通事故的问题,采用人工模拟降雨试验,获得了水泥混凝土路表水膜厚度回归方程,验证了国内外现有水膜厚度计算模型。结果表明：路表水膜厚度随降雨强度和排水长度的增大而增大,随路面坡度的增大而减小;相同条件下,水泥混凝土路表水膜厚度值高于沥青路面水膜厚度值,其原因主要是水泥混凝土的亲水性导致路表水分子流动阻力增大,水分子积聚增多,使水膜厚度增大。对西安地区不同暴雨重现期下高速公路水膜厚度值进行计算,结果表明在五年重现期暴雨强度1.954 mm?min-1下,路表水膜厚度值不超过滑水速度发生时的临界水膜厚度值2.35mm,设计时速80 km.h-1可保证雨天行车安全。     

码头工程防洪评价中壅水计算公式浅析

码头工程壅水计算没有专门的计算公式,作数学模型和物理模型均较繁琐,通常是采用桥梁壅水经验公式进行计算。该文通过对多种桥梁壅水的经验公式的实例计算分别进行比较分析,并从经验公式推导原理、考虑的因素和适用条件,得出在码头壅水计算中有较好的应用经验公式。     

淹没丁坝壅水规律试验研究

本文对淹没丁坝的壅水问题进行了理论分析和试验研究.将丁坝附近的水流运动简化为—维流动,根据水力学的基本原理,推导出丁坝上游最大壅水断面处的比能增值及其系数的数学表达式,在宽浅水槽中(槽宽4.2m)垂直于岸壁设置单个丁坝和不同个数丁坝组成的坝群进行壅水试验.根据试验测得的资料,按最小二乘法法则得到了单丁坝和丁坝群的比能增值系数的计算关系式.最后对淹没丁坝的壅水规律进行了讨论,分析了主要因素对壅水高度的影响.     

等宽明渠交汇口壅水特性数值模拟

为研究不同交汇角度θ和流量比q对明渠交汇口壅水特性的影响规律,利用体积函数法(VOF)追踪自由表面,采用雷诺应力模型(RSM)封闭控制方程,建立明渠交汇水流三维数值仿真模型,对3种流量比和7种交汇角的21种组合工况进行模拟研究,对交汇口附近的三维壅水形态进行分析。结果表明:由于支流汇入的顶托作用,上游区域内水位壅高,交汇区域内出现水面跌落现象;同一流量比工况下,随着交汇角的增大,上游水位逐渐增大,下游水面跌落现象越来越剧烈;对所有工况的上下游最小水深比h^*_d和最大水深比h^*_m进行计算,发现在本文研究的流量比及交汇角变化范围内,上下游最小和最大水深比均随着交汇角的增大而增大,随着流量比的增加而减小。最后,对上下游水深比的变化范围进行分析,得出结论:同一流量比工况下,交汇角增大,交汇口附近水面变幅增大;同一交汇角度工况下,流量比增大,交汇口附近水面变幅减小。     

Ⅰ型太阳能空气集热器传热性能分析

研究了太阳能空气集热器Ⅰ型的传热性能,建立了基于一维假设下的热量传递的数学模型,导出了准静态条件下沿程温度分布、出口温度、全天集热效率的近似解.通过计算,分析了进口温度、工质流速、流道深度对集热器传热性能的影响,计算结果表明全天集热效率随工质流速的增大而增大、随进口温度的升高而急剧下降、随着流道深度的增加,集热效率迅速增大到最大值后逐渐减小.     

I型太阳能空气集热器传热性能分析

研究了太阳能空气集热器I型的传热性能，建立了基于一维假设下的热量传递的数学模型，导出了准静态条件下沿程温度分布、出口温度、全天集热效率的近似解．通过计算，分析了进口温度、工质流速、流道深度对集热器传热性能的影响，计算结果表明全天集热效率随工质流速的增大而增大、随进口温度的升高而急剧下降、随着流道深度的增加，集热效率迅速增大到最大值后逐渐减小．     

封冻河道中单排与双排桥墩周围流场的数值模拟

基于计算流体力学软件Fluent,运用多相流理论,建立封冻条件下单排桥墩和双排桥墩对桥墩周围流场影响的三维标准湍流数值模型,研究在封冻条件下不同桥墩直径与不同进口水流流速对桥墩附近水流湍动能的影响。结果表明:水流速度对桥墩周围流场的影响较大,水流速度越大,水流的势能转换为动能越多,桥墩周围的湍动能越大;桥墩直径越大,对河道过流断面的挤压就越大,但是桥墩周围湍动能却越小。相对于双排圆形桥墩条件,单排圆形桥墩条件下桥墩附近的流场紊动更剧烈,因而双排桥墩能有效地保护桥墩。     

HEC-RAS在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用

利用H EC-RAS计算了两种洪水工况下跨河桥梁建设前后的水面线,确定了桥梁建设后引起壅水的高度,并利用规范的经验公式对计算结果进行了验证,结果表明两者的计算值相差均较小,HEC-RAS用于跨河桥梁的壅水计算是合适的.     

石英砂对水泥浆性能及其水膜厚度影响实验研究

石英砂是强度高、耐磨性好、化学性能稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分为SiO_2,能与水泥水化产物Ca(OH)_2进行二次水化反应.为探索其对水泥浆性能及其水膜厚度的影响,研究测量了30组不同水胶比、不同石英砂掺量的水泥浆的流动性能、粘聚性和抗压强度.为揭示石英砂水泥浆的流变性能控制机理,本研究进一步测量了5组不同石英砂掺量水泥浆的填充密度,并基于填充密度测量结果计算出各水泥浆试样配比的水膜厚度,探索水膜厚度对石英砂水泥浆流变性能的影响.实验结果表明,石英砂的掺入能增加水泥浆的流动性能,且石英砂掺量越大,水泥浆流动性能越好,但水泥浆的抗压强度随石英砂掺量的增大而逐渐降低.石英砂掺入对填充密度影响不大,水膜厚度为流动性主要控制因素,水泥浆的流动性能随水膜厚度增大而增大.     

火车轮渡壅水估算及对长江行洪的影响

利用栈桥码头壅水计算公式估算轮渡码头引起落急时最大壅高值和高潮位时的壅高值，并与河工模型试验结果进行了比较.结合潮汐河工模型试验结果分析轮渡码头对长江行洪的影响.     

周口港弯道码头工程水动力特性

利用三维水动力数值模型,研究修建于弯曲河道凸岸处的挖入式码头工程港池内的水动力特征及其对工程河段行洪流态的影响,分析工程建设对水位、河道断面流速分布规律的影响,以及不同流量条件下港池内流场的变化规律。结果表明,工程建成后,在洪水条件下,主河槽壅水主要出现在弯道出口前的缩窄河段,弯曲河道局部缩窄对水位壅高影响明显。弯道出口段的水位和流速变化幅度高于其他区域,码头前沿局部流速变化幅度较大,可能会引起冲刷,工程建设对弯道出口段影响高于入口段和中段。码头运行工况下,港池内有明显回流产生,但流速较小,可能会产生淤积,影响码头运行。     

淹没丁坝附近的水流流态

以水槽试验为基础，对淹没丁坝附近的水流现象进行了定性描述。采用量纲分析的方法，结合试验资料提出了过坝流量的计算公式、坝前最大壅水值的计算公式；并由动量方程导出了丁坝下游主槽平均流速沿程变化公式，并以此为基础，讨论了丁坝恢复段长度。