基于有限差分方法的橡胶坝挡水性能分析及简化设计

橡胶坝常用于低水头、大跨度的闸坝工程,如防洪、储水、发电、供水、挡潮及城市园林美化等工程,不仅起到闸门、滚水坝和活动坝等作用,而且具有瀑布景观效果.本文建立了橡胶坝有限差分计算模型,系统分析了充水压力、上游水位及坝袋几何尺寸等参数对橡胶坝断面形状的影响.开展了室内模型试验,验证了计算模型的准确性.讨论了上游挡水水位与坝袋高度、断面面积、宽度、接地宽度和顶部位置等参数间的关系.研究发现,坝高H/L和横断面面积A/L2随上游水位Hr/L的增大呈非线性减小趋势,而坝宽B/L、接触宽度b/L和坝顶距锚固点水平距离D/L随上游水位Hr/L的增大而非线性增大.基于Chapman-Richard曲线模型对本文得到的橡胶坝几何形状尺寸进行拟合,提出了简化的橡胶坝设计计算公式,可为实际工程设计评估提供参考.     

橡胶坝底板设计改进方案探讨

橡胶坝作为一种新型水工建筑物，与常规低水头挡水建筑物相比具有较明显的优势．依据现行SL227—98《橡胶坝工程技术规范》并结合湖北恩施清江东门橡胶坝的实际运行情况，对橡胶坝由于排水口被封堵而导致坝袋排水不畅的现象及实际中采取的应对措施进行初步研究，并从工程安全角度对底板的设计提出了改进方案，并对改进方案的应用前景进行探讨，以供橡胶坝工程设计人员参考．     

渗流作用下心墙坝加固前后稳定性对比分析

为了研究在渗流作用下心墙坝采用冲抓套井回填技术(冲抓回填)加固前后上下游坝坡及心墙处的稳定性，以湖南省新化县某黏土心墙土石坝为背景，采用GeoStudio软件、Bishop法和Morgenstern-Price法，建立了有限元非稳定渗流分析模型以及在库水位不同降落速率、低渗透系数冲抓回填材料下的坝体稳定分析模型。计算结果表明：随着库水位降落速率增大，上游坝坡孔隙水压力的消散表现出一定的滞后性，产生指向坡外流动的动水压力，导致安全系数减小即稳定性降低甚至可能失稳；对于下游坝坡和心墙，加固后冲抓回填降低了心墙出逸位置处的水力坡度和坝体的单宽渗流量，下游坝坡安全系数则出现小幅度增加。     

库水位骤降时坝体渗流场及坝坡稳定性分析

为了研究水位骤降时影响上游坝坡稳定性的因素,模拟坝坡在水位骤降时的渗流场及稳定性变化。基于土体渗透性,材料的非线性特性及水位下降率,利用有限元法对库水位变化下的渗流场进行瞬态分析,得出的自由水面线和孔隙水压力耗散等结果应用于上游坝坡稳定性分析,坝坡稳定分析采用极限平衡法。实例分析表明:计算区域渗流场变化滞后于水位下降的时间;坝体渗透系数越小,水位骤降对其稳定性的不利影响越显著;水位下降速率越大,上游坝坡稳定性降低越快。     

金沙县水银沟水库大坝帷幕灌浆施工方法总结

金沙县水银沟水库位于金沙东北部,距县城15km,大坝为粘土心墙坝,坝高16．19m,坝顶长98m,坝底宽72．9m、顶宽4．1m．总库客85万m^3,水库正常高水位951．2m,是一个以灌溉为主,兼顾下游防洪任务的小（二）型蓄水灌溉工程,灌溉面积0．8万亩。水库始建于1965年,2001年6月,当蓄水到946米时,左右坝肩及下游40m处有七个漏水点,漏水量迭14．6公升／秒;当水位在950米时,坝身除有一集中渗漏（9．46公升,秒）外,坝身也出现四处管涌（2．2公升／秒）,并有流土现象,背水坡渗漏严重,变成水渣坡,人踩脚陷并有气泡声,大面积呈牛皮胀．严重部位呈稀泥状,水库浸润线逸出高度与上游水位相差不大。成为一座险病库,工程设计方案为基础帷幕灌浆和大坝防渗加固．工程总投资78．6万元,项目由金沙县水利局灌浆队施工,于2002年3月完成,经蓄水观测,治理效果比较明显。下面就水库大坝在帷幕灌浆施工技术方面作一下总结．     

基于Canny算法的双圆柱涡振干扰效应试验研究

基于Canny边缘检测算法,借助于流动可视化手段,研究大长细比双圆柱的涡激振动干扰效应。研究结果表明：当双圆柱串列布置时,下游圆柱通过干扰上游圆柱旋涡的形成与尾流运动,在量纲一下游顺流向位置X^*=1.5处对上游圆柱最大振幅A_max^*的放大作用最大,在X^*≥15.0处对上游圆柱的A_max^*无干扰效应,但上游圆柱的涡振退出风速比单圆柱的略大;上游圆柱改变了下游圆柱的来流条件,当下游圆柱在X^*=2.0处时上游圆柱对其A_max^*的放大作用最大,且在X^*=20.0处放大作用仍然存在。当双圆柱并列布置,量纲一横流向间距Y^*=1.0时,双圆柱之间的干扰效应对A_max^*的放大作用最大,此时并列双圆柱可看作组合后的单一柱体发生大幅振动;当Y^*=4.0时,双圆柱之间的干扰效应对A_max     

地震作用下拱坝及坝面压力管道组合结构的动力模型试验

通过动力模型试验．综合考虑库水、坝基等因素影响．对拱坝及下游坝面压力管道组合结构的动力相互作用规律和抗震性能．进行了全面研究．研究结果表明，下游坝面压力管道使拱坝的整体刚度略有增加，而对其动力特性无显著改变；地震作用下，压力管道段坝基基底应力和压力管道与坝面接触部位上部应力较大，压力管道穿越拱坝部位应力状态比较复杂，采用一定的设计措施后，组合结构具有相当抗震安全度．     

黄浦江水环境模拟计算边界条件影响分析

在大系统多尺度耦合模型基础上，细化黄浦江干流二维模型，分析了边界条件对黄浦江干流水环境模拟计算的影响，认为：黄浦江干流水动力条件主要受上游米市渡边界潮汐流量和下游吴淞口边界潮汐水位的影响，各支流汇人流量（即侧边界）基本不产生影响．黄浦江干流水质主要受上游米市渡来水、沿岸排放污染源的共同影响，其中黄浦江上游松浦大桥断面水质主要受上游米市渡来水的影响；黄浦江干流中游临江、南市水厂断面水质受上游米市渡来水、沿岸排放污染源的共同影响；黄浦江下游杨浦大桥断面水质主要受沿岸排放污染源的影响．     

三峡工程引航道尺度与水位波动幅度的关系

通过理论模式分析和二维数学模型计算，讨论了三峡船闸上游引航道尺度对水位波动的影响规律．虽然增加引航道内水域的面积有助于降低水位波动的幅度，但是，由于最大水位波动幅度与引航道的内部水域尺度并不是单调的关系，因此尺度的局部优化对波动条件改善具有重要意义．     

基于时间序列的朱沱和寸滩水位变化特征分析

长江上游水位变化对防洪和航运等具有重要意义.本文基于朱沱和寸滩水文站近60年水文资料分析水位流量关系变化以及寸滩站受三峡回水影响的临界条件,并研究不受三峡回水影响下朱沱和寸滩的水位变化趋势以及三峡成库前后的水位变化幅度.结果表明：寸滩站受回水影响的临界流量随坝前水位增大而增大,当坝前水位大于163.5m时,寸滩站均受回水影响;近60年来朱沱站和寸滩站在不受三峡回水影响下,水位整体呈降低趋势;与三峡成库前相比,朱沱站和寸滩站水位累计降低幅度分别在2015年、2010年有趋势性增大,且随流量的增大而减小;朱沱站在2018年4 000m³/s时,水位累计最大降低幅度达0.7m, 20 000m³/s时,降低幅度为0.4m;寸滩站在2018年6 000m³/s时,水位累计最大降低幅度为0.75m, 20 000m³/s时,降低幅度0.25m.研究结果可为长江上游航道建设及维护等提供参考.     

腔深对水中空腔流激振荡影响的实验研究

为探究腔深对水中空腔流激振荡的影响,设计了一种可连续调节深度的空腔装置,并在大口径循环水管路系统中开展低速空腔流激振荡实验.基于分别布置在空腔上游、腔底及下游三点传感器的脉动压力测量结果,分析水中空腔流激振荡随腔深的变化特征.结果表明:随着腔深的增加,空腔自持振荡频率有所降低,而振荡幅值有随腔深增大而增大的趋势,腔深对空腔流激振荡的影响主要体现于深长比1的浅腔流动;同时,空腔深度增加会使得空腔自持振荡更加稳定;可为进一步揭示不可压缩空腔流自持振荡和流激噪声机理提供参考.     

拉萨河流域河岸带湿地土壤CO2排放对变温的响应

通过对26份青藏高原拉萨河流域湿地土壤样品的分析,发现土壤有机碳和总氮呈现中游西部流域低东部流域高,汇入雅鲁藏布江口较低,源头彭措较高;土壤中CO₂排放速率随着培养温度的升高而增加,下游各位点CO₂平均排放速率显著高于中游和上游.土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)在流域内汇入口和下游左侧流域(堆龙曲)表现与排放速率相似的特征,更好地突出了在下游右侧流域(墨竹工卡流域)和上游流域(麦地藏布流域)的土壤温度敏感性较低的特征.通过地理探测器探寻气象、植被、地理、双评价、生化、人口经济6个圈层对Q₁₀值的不同影响,结果表明：气象(降雨、太阳辐射)、地理(流域、海拔)、生化、人口经济等因素对Q₁₀有较强影响,其中降雨(80.76%)和太阳辐射(74.68%)在气候因素中占主要影响;流域(88.95%)分布的q值在地理因素中起到重要作用;生化因子中,各检测指标对Q₁₀的影响排序为OC(88.16%)> MBC/OC(78.72%)> MBN/TN(77.30%)...     

蓄水两坝间长系列水动力及泥沙淤积的研究

对黄河上游龙羊峡至李家峡间的贵德-李家峡河段的蜿蜒河道进行了研究，为蓄水两坝间的通航和河床稳定性问题提供可行性分析依据．根据二维水流连续、运动方程、悬沙扩散方程和两相流底沙运动方程，采用加权集中质量剖分方法，建立了蓄水两坝间水动力、泥沙淤积数学模型．提出了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案，对长系列水动力和泥沙运动进行了模化处理．通过调试，验证了水尺水位和李家峡建坝前该河段4年的地形演变量．应用李家峡建坝后典型水文年长系列的组合资料，预报了河床经长期冲淤调整后迭到基本平衡需要的时间．介绍了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案和长系列河床演变数学模型的研究方法．     

w(TiO2)对高铬型钒钛磁铁矿烧结矿冶金性能的影响

以高铬型钒钛磁铁矿和普通磁铁矿精矿混合料为原料，通过烧结杯试验考察了TiO₂质量分数对高铬型钒钛磁铁矿烧结矿性能的影响规律.研究结果表明:随着TiO₂质量分数从6.30%增加到11.76%，转鼓指数逐渐降低，烧结矿强度降低，垂直烧结速度、成品率和烧结杯利用系数均呈现上升的趋势；直径小于5mm的小粒径烧结矿的比例逐渐降低，粒度有增大的趋势；随着TiO₂质量分数的增加，赤铁矿含量降低，磁铁矿含量增加，同时，钙钛矿和Fe₉TiO₁₅相也增加.低温还原粉化指数有上升的趋势，相反还原性降低.     

型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变行为

通过现场试验，揭示了型钢框架-锚索-岩土体的耦合蠕变行为，建立了支护体系耦合效应下锚索蠕变模型和锚固力损失计算模型.基于蠕变损伤理论构建了锚固力损失过程中等效蠕变刚度损伤计算模型.研究结果表明，粉土地层中，拉力型锚索在有效锚固长度范围内增加锚固段长度可提高其抵抗蠕变能力，压力型锚索受锚固体挤胀作用影响，可有效减小锚固力损失.型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变模型及锚固力损失计算模型皆展现出较好的计算效果，等效蠕变刚度损伤模型可有效预测等效蠕变刚度的损失状态，并准确描述锚固力的衰减规律.     

高炉炼铁工艺中超高TiO2炉渣:密度和表面张力

针对高炉冶炼超高（>80%）甚至全钒钛磁铁矿工艺流程，为了优化高炉造渣制度，进行了一系列关于高钛型炉渣（BFS）物理化学性质方面的研究。本工作分别利用阿基米德原理和最大气泡压力法研究了高钛型炉渣的密度和表面张力。系统探究了TiO₂含量和MgO/CaO质量比对CaO–SiO₂–TiO₂–MgO–Al₂O₃炉渣密度和表面张力的影响规律。结果发现，随着TiO₂含量从20wt%增加到30wt%，炉渣密度逐渐降低，但随着MgO/CaO质量比从0.32增加到0.73，熔渣密度略有增加。从硅酸盐网络结构角度来看，炉渣密度与结构聚合度（DOP）具有一致的变化规律。TiO₂的加入会降低炉渣体系中(Q3)2/(Q2)比值（其中，Q2和Q3分别代表桥氧数为2和3的网络结构单元），进而降低炉渣结构聚合度，导致炉渣密度降低。随着TiO₂含量从20wt%增加到30wt%，CaO–SiO₂–TiO₂–MgO–Al₂O₃炉渣的表面张力显著降低。相反，随着MgO/CaO质量比从0.32增加到0.73，表面张力增加。此外，利用基于Butler公式的Tanaka模型获得了1723 K下含钛炉渣等表面张力图，为高炉冶炼超高比例（>80%）甚至全钒钛磁铁矿工艺中造渣制度的优化提供了数据支撑。     

超临界水甲烷制氢的分子动力学研究

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(_CH4)在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时程和重要反应通道占比的影响,量化分析了反应温度、反应压力、_CH4质量分数对超临界水相反应中CH₄消耗路径和H₂生成反应的影响规律。仿真结果表明,CH₄在超临界水中氧化可转化为H₂、CO及少量C基中间体,H₂O+—H→—OH+H₂是贡献H₂生成的主导反应,反应过程中—OH自由基和—H原子的相对数量显著影响H₂产量。降低反应温度和压力对CH₄主要氧化路径影响较小,但H₂净产量增加;降低CH₄质量分数,_H2净产量先增加后减少,存在“最佳质量分数”。研究结果可为优化煤-超临界...     

低雷诺数下附属棱柱的圆柱绕流减阻

目前圆柱绕流减阻方案的探索一直是绕流研究的热点,有关棱柱作为扰流柱对圆柱减阻效率影响的研究却较少.基于不可压缩黏性流动Navier-Stokes控制方程,利用OpenFOAM对附属棱柱下圆柱绕流问题进行数值模拟.在圆柱上游或下游设置双扰流棱柱,研究了雷诺数为200时不同角度、间距比的棱柱对其升力、阻力系数和涡脱频率的影响.结果表明:附属棱柱能有效改善圆柱表面的压力分布,降低压差阻力;上游设置棱柱时对圆柱的减阻效率可以达到37.21％,较下游设置棱柱的减阻效率更高;下游设置棱柱时对圆柱升力的抑制效率高于上游棱柱,可以达到99.86％;上下游同时设置棱柱时对圆柱升力、阻力的抑制效果能得到进一步提高,较单圆柱平均阻力系数可以降低54.63％,升力系数可以降低99.94％.     

堰塞坝溃口及洪峰参数模型评估与优化

由滑坡等失稳地质体快速堆积并堵塞河道形成的堰塞坝溃决后会对下游人民生命财产安全造成极大威胁。建立快速准确的溃决参数预测模型，是制定有效防灾减灾措施的必要条件。本文收集了75例包含坝高、库容、溃口峰值流量、坝体冲蚀系数等参数的堰塞坝案例，基于均方根误差、回归相关系数、百分比偏差三个指标对具有代表性的土石坝和堰塞坝参数模型进行评估。通过回归分析建立新的堰塞坝溃口深度预测模型及溃口峰值流量预测模型，将新建模型与现有模型对比，在实际案例中验证了模型的适用性。研究结果表明：现有模型中单参数、双参数及土石坝模型对于堰塞坝溃决参数预测效果不佳，考虑坝体易蚀性的参数模型具有较高准确性，本文所建新模型预测效果有所提升，使用范围更广，预测结果可为堰塞坝的防灾减灾措施提供参考。     

马赫数及间距对串列双圆柱超声速绕流的影响

为揭示不同条件下超声速圆柱绕流流动机理，该文对等直径串列双圆柱超声速绕流进行了数值研究。该文基于有限体积法和欧拉方程，结合5阶高精度加权本质无振荡格式，对不同马赫数及不同圆柱间距对流场的影响规律进行了数值研究，获得了超声速串列双圆柱绕流流场稳定后的流场特性和升力、阻力系数变化规律。结果表明，计算域内的复杂波系主要由弓形激波、反射激波以及弱激波组成；马赫数的增加会使激波结构被拉伸，改变弓形激波在壁面发生的反射类型，并造成计算域出口壅塞进而影响升力、阻力系数的稳定；圆柱间距的增加使得圆柱后方速度剪切层发生摆动，并造成不同间距条件下升力、阻力系数间的差异。