软体排沉排水流结构与排体动力特性数值模拟

针对软体排沉排施工时容易出现撕排和断排的问题,本文基于k-ωSST湍流模型,采用分区耦合算法对顺水沉排过程进行双向流固耦合模拟。分析了不同水流条件下绕流流场、涡流结构与排体动力特性,并结合室内水槽试验验证模型计算精度。结果表明:水流流经排体后发生流动分离,导致沿排宽中轴线形成对称的回流区。排体迎水面流速随水深增加呈指数型递增,排体后方高速尾流带的最大流速相较平均流速可增大40%~50%。当雷诺数增加,主体涡流结构由靠近床面侧逐步向水面处发展。此外,排体所受应力沿横向呈条带状分布,峰值集中于排体与翻板交界处及排头梁附近。研究结果可为完善排体结构设计、改进沉排施工工艺提供理论指导。

光纤传感测量软体排变形应变传递效率研究

软体排与传感光纤之间的应变传递效率是应用光纤传感技术监测软体排变形的关键。本文旨在探讨软体排变形时,排体与传感光纤之间的应变传递效率及其对测量准确性的影响。通过理论分析与试验研究表明,在线性拉伸条件下,应变能够高效地从排体传递至光纤,低传递效率线以下的区域主要位于传感光纤的边缘;而在弯曲变形条件下,变形测量误差与相对定点间距R呈线性相关,R=1.2时测量平均误差在-4%以内,而R=2.4~4.8时测量误差范围在-15%~-30%之间。研究成果可为河工模型试验测量技术以及光纤传感监测排体变形的现场应用提供参考。

塔里木河干流弯曲河段维持蜿蜒的必要条件

塔里木河干流上游为辫状河道,中下游发育为弯曲河道,两种河型的沿程转化及维持河道蜿蜒的必要条件尚待研究。通过遥感影像、水沙数据和野外考察,分析径流、输沙和滨河植被在维持塔里木河中下游弯曲河型中的作用,结合辫状和弯曲河型的形态特征,确定了塔里木河干流辫状-弯曲过渡段的分界位置,建立阿拉尔、新渠满和英巴扎的水沙数据与沿程河长的线性关系,得到辫状-弯曲过渡段的临界径流量和临界输沙量的范围。2016年5月和12月对塔里木河弯曲河段的河岸植被根系进行取样测量,运用BSTEM模型,计算植被根系对河岸提供的附加黏聚力及河岸稳定性系数,解释了滨河植被是维持塔里木河下游弯曲河道的必要条件之一。

顺水沉放条件下护底软体排排头漂移距水槽试验研究

航道整治工程软体排沉排过程中,排头着床位置的精准控制是关系施工成败和铺排质量的重要因素。实际施工时对沉排参数的选取大多依赖经验性判断,尚缺乏理论与试验研究。通过概化水槽试验,研究了顺水沉放条件下不同沉排参数对排头漂移距的影响规律,量化表征了各参数的敏感性差异。基于多元非线性回归理论建立了多因素作用下排头漂移距预测模型,利用相关系数和平均绝对误差等指标对其预测精度进行了统计分析。试验结果表明,排头漂移距随排头梁质量和连接绳长增大而减小,随水深和流速增大而增大;各参数敏感性排序为流速>相对绳长>水深>排头梁质量。研究成果可为软体排沉排施工提供科学依据。

光纤传感监测护底软体排的可行性探讨

软体排是长江中下游主要的洲滩守护结构,而水流冲刷作用易引起排体的变形,影响其守护效果。针对水下护底软体排变形监测的难点,通过开展室内试验,探讨光纤传感监测软体排的可行性。研究结果表明,排体拉伸变形的初始阶段(小于20 mm),应变实测值与理论值偏差较小;拉伸长度大于20 mm时,各测点的误差率呈指数型增长,定点处光缆与排体的固定效果决定了拉伸变形的监测精度;光纤传感对弯曲变形的定位精度为3倍的定点距离,集中受力区域(如冲刷坑边缘)会引起光纤的正应变;光纤传感具备监测柔性护滩结构拉伸变形的可行性,但应用该技术时,需考虑传感光纤与软体排变形的耦合性、沉排施工的破坏性及施工工序的复杂性等。该研究结果可为软体排服役状态监测及健康诊断技术的研发提供参考。

软体排鼓包变形应变响应特征及识别方法研究

软体排作为柔性的护滩、护底措施广泛应用于长江中下游的航道整治工程中,其服役状态对洲滩的守护效果影响较大。针对软体排排体鼓包变形识别及量化的难点,通过开展模型试验,研究了鼓包变形的排体应变响应特征,发现鼓包变形的排体应变在断面方向呈抛物线型的分布特征,应变最大值位于鼓包包体的顶部。进而基于排体鼓包的应变响应特征,给出了鼓包变形的形态预测方程,并进一步提出了鼓包变形的识别及形态反演方法。研究结果可为软体排变形监测及评估分析等提供参考。

下荆江熊家洲河段平面形态与河床冲淤变化

熊家洲河段位于长江中游下荆江尾端,其平面形态从顺直过渡到微弯再逐渐演变成S型,是目前荆江最为弯曲的河段。受水沙条件、河岸边界条件、自然裁弯和人工裁弯等因素影响,局部河势调整频繁。熊家洲凸岸斜槽裁弯形成新河槽,导致主流与支汊成为共生的分汊河势,改变了熊家洲出口段水流条件,进而影响下游七弓岭弯道崩岸速率和河床冲淤。为全面分析熊家洲河段平面形态演变过程和河床冲淤变化,选取枯水期遥感影像数据及沿程代表性断面进行分析。结果表明:熊家洲河段整体向下游蠕动且河道展宽,熊家洲弯道新生河槽呈冲刷扩大趋势,7 a平均展宽70 m;出流沿程断面深槽从左岸向右岸方向发展,熊家洲下游的深泓线偏向右岸;三峡水库建成运行后,深泓线开始贴近七弓岭凸岸,而原深槽回淤形成2个沙洲,经过七弓岭弯顶后逐渐向凹岸偏移,出熊家洲弯道后河道沿程呈现冲刷下切趋势。研究成果对目前该段河势控制工程的实施提供了参考意见,为下一步研究三峡水库运行的河势控制提出了思路。

软体排塌陷弯曲变形的应变响应特征分析

软体排是长江中下游航道主要的洲滩防护结构,其变形的应变响应特征对评估分析软体排服役状态具有重要意义,目前对此研究较少。针对目前软体排塌陷变形应变响应特征研究存在的难点,开展模型试验,研究软体排塌陷弯曲变形下的应变响应特征,并提出排体塌陷变形的识别方法。结果表明:排体塌陷变形时断面应变呈“双峰”型的分布特征;该分布特征是由于内部排体弯曲变形并向内卷缩,通过定点处的固定作用带动光纤受压,导致该部分感测光纤呈现负应变而形成。

长江下游东流水道近期河槽形态及平滩流量变化

东流水道历史上主支汊频繁改道、滩槽剧烈变化,长期以来是长江下游重点碍航浅滩之一。三峡水库运行后,同时受到航道整治工程作用,东流水道河床处于持续调整中。河槽形态和平滩流量变化是河道治理和保护利用中的重要参数,根据2012~2018年东流水道水下地形和水沙系列资料,采用河段平均计算法,得到河段尺度的平滩河槽形态参数及平滩流量变化过程。结果表明:2018年河段平滩面积及平滩流量较2012年分别增大2.1%、3.3%。2014年前平滩水深减小2.8%,平滩河宽增大至2511.1m;2014年后,平滩水深减小至14.5m,平滩河宽增大4.6%,表明该河段洲滩横向展宽较纵向冲刷大,需进一步加强洲滩守护。

水流冲刷作用下软体排守护边滩失稳机理概化模型试验初步研究

软体排是河道与航道整治工程中广泛应用的洲滩守护结构,排体所护边滩的稳定性对排体变形及服役状态具有重要影响.水流作用下的边滩局部动力环境复杂,其失稳模式与水下自由边坡模式不同,失稳模式及产生机理有待探究.基于概化物理模型试验,对排体守护下的边滩失稳模式及形成机理开展研究.研究表明,排体守护边滩会发生牵引型与滑覆型两种失稳形式,边滩牵引型失稳所引起的排体应变响应较小,发生在排体整个冲刷周期.排尾冲刷变形累计达到一定程度后会产生偶发性的滑覆型失稳,引起边滩产生大范围滑动失稳及排体大范围沉降变形;排体守护下边滩滑覆型失稳的机理:水流冲刷引起边滩潜在滑动面下移,随边缘冲刷深度的增加,潜在滑动面与水平面的夹角不断增大,稳定性不断降低,最终导致潜在滑动面力学失稳(F_(s)<1),引起内部边滩产生大范围的滑覆型失稳.

基于流量过程的若尔盖黑河下游崩岸规律研究

岸坡侵蚀及岸滩崩塌对河道泥沙输移与弯道横向迁移具有重要影响。通过2017—2018年野外测量、流量频率分析和崩岸数值模拟,采用岸坡形态的原型观测数据,研究恒定和非恒定流量条件下,若尔盖高原黑河下游一个"?"型弯道的崩岸过程及其坡脚冲刷和岸坡崩塌的变化规律。恒定流量下,坡脚冲刷速率及河岸崩塌宽度随流量增大而增大。非恒定流量下,改变流量过程线的形状、峰值流量和离散度,当平均流量相同时,岸坡冲刷速率及河岸崩塌宽度基本一致,二者随平均流量的变化趋势与恒定流量下一致。这说明岸岸坡侵蚀的结果受流量的量级与出现频率的共同作用,坡脚冲刷与岸坡崩塌主要受平均流量控制,流量过程线的形状及峰值影响较小。

黄河源泥炭型弯道悬臂式崩岸模型研究

悬臂式崩岸是黄河源泥炭型弯曲河流崩岸的主要形式,其崩岸过程与临界条件决定弯道横向迁移速率。采用野外测量、理论建模和数值模拟相结合的方法,研究若尔盖盆地黑河支流麦曲上游一个"?"型弯道的5个实测断面的崩岸过程与临界条件。根据泥炭型弯曲河流的二元结构河岸特点,建立其河岸稳定性模型,推导上、下层土体发生悬臂式张拉破坏及剪切破坏的静力平衡方程。基于实测岸坡形态、河岸土体组成和水流条件,运用BSTEM模型模拟5个实测断面粉沙层的崩岸过程,得到洪水期河岸整体处于临界崩塌状态下的稳定性系数,预测了5个实测断面发生3次连续崩岸后的岸坡形态,与野外观测结果较吻合。