Hydraulic calculation of gravity transportation pipeline system for backfill slurry

Taking cemented coal gangue pipeline transportation system in Suncun Coal Mine, Xinwen Mining Group, Shandong Province, China, as an example, the hydraulic calculation approaches and process about gravity pipeline transportation of backfill slurry were investigated. The results show that the backfill capability of the backfill system should be higher than 74.4 m3/h according to the mining production and backfill times in the mine; the minimum velocity (critical velocity) and practical working velocity of the backfill slurry are 1.44 and 3.82 m/s, respectively. Various formulae give the maximum ratio of total length to vertical height of pipeline (L/H ratio) of the backfill system of 5.4, and then the reliability and capability of the system can be evaluated.

明渠自由跌水水力特性及其在流量计量上的应用

【目的】明渠跌水作为衔接渠道上下游水流的有效设施,可应用于明渠流量计量,通过简单测量跌坎断面水深即可实现渠道流量的精确计量。为研究明渠自由跌水水力特性及其在流量计上的应用,【方法】采用分析对比法将国内外明渠自由跌水的研究成果进行整理,从自由跌水水力特性、跌水量水试验研究及理论研究3个方面进行了对比分析,【结果】发现明渠自由跌水水力特性的研究多集中在跌坎断面压力分布;明渠跌水量水试验研究集中在he/hc的影响因素(渠道底坡S、糙率n、渠道宽度、渠道断面形式、弗劳德数等),该值可基于能量方程、动量方程、N-S方程及其他数值模拟方法得出。【结论】结果表明:试验中he/hc值在矩形渠道中基本是一个常数,但其他断面形式的渠道中该结论未得到验证;该值与明渠底坡S和糙率n有关,底坡方面的研究主要集中在缓坡(S=0.002 6~0.097 3)渠道,陡坡研究较少而平坡研究更少,糙率n的研究范围在0.009 3~0.045 0,但实际工程中n值变化较大。因此有必要在其他形式渠道上对he/hc值做进一步验证,并在更大范围内研究he/hc值与底坡S和糙率n的关系,这样更有利于明渠跌水量水技术的推广和应用。

低频性沟谷型泥石流水动力学冲蚀启动机制及动态监控

位于浙江省西部衢北地区的杨家泥石流是典型的水体冲蚀形成的低频性沟谷型泥石流。结合杨家泥石流所处的地质环境背景,首先在分析其分区特征、类型和成因机制,评价泥石流易发性及危害程度的基础上,利用统计分析方法确立暴雨强度指标;然后采用力学计算和极限平衡分析理论,构建强降雨作用下冲沟水动力学冲蚀启动模型,确定临界径流深度;再构建降雨—泥水位—流量相结合的递进式分层次综合预警体系;最后于2012年10月在杨家泥石流冲沟开展单沟泥石流远程自动化监测网络体系建设,实施远程监测控制和预警。研究表明:杨家泥石流冲沟呈小流域封闭状,汇水区、形成—流通区和堆积区分区特征明显,杨家泥石流是由特大暴雨激发的、低频的、一次性爆发规模为小型的稀性水石流,为中易发泥石流;冲沟形成区松散物源地表径流深度超过1.0 m时,处于临失稳状态,松散物质易被冲刷侵蚀,可将此临界径流深度作为是否冲蚀启动泥石流的有效判据,并结合暴雨强度指标(R<2.8)和泥石流洪峰流量(Q_(d)=31.83 m^(3)/s)确定泥石流综合预警指标;监测期间(2012-10-26—2022-10-10)研究区最大降雨发生于2019-06-19,经计算R=2.4<2.8,冲沟区处于安全雨情,沟道泥水位未达到地表径流的警戒限值,不具备泥石流形成启动的水动力条件,沟内流量(最大值为1.70 m^(3)/s)正常,未达到洪峰流量,未有泥石流发生或沟道堵塞等不良现象,此期间冲沟区较为稳定,再次发生泥石流的可能性小。建立以水动力学冲蚀启动特征参数为主的综合监测网络体系,可作为低频性沟谷型泥石流系统防灾控制的技术方法。

非标准马蹄形断面水力计算研究

以滇中引水工程楚雄段-昆明段非标准马蹄形断面为研究对象,采用几何分割法对该马蹄形断面的水力要素进行了推理,推导出任意水深所对应水力要素表达式。同时,采用三分试算法计算了该断面正常水深,试算过程采用C#编程来实现。考虑到马蹄形断面正常水深计算的复杂性,采用拟合优化原理推导出正常水深的直接计算公式。计算结果表明:在该公式的适用范围内计算该断面正常水深的最大相对误差为0.496%,同时整个计算区间内89.3%以上计算点相对误差小于0.24%,精度相对较高,可以满足实际工程的需要。

无压圆形输水隧洞正常水深与临界水深的简便计算

正常水深与临界水深是输水隧洞设计计算、运行管理的重要水力参数,圆形断面作为水力最佳断面,其特征水位计算尤为重要。针对已有公式存在精度不高、适用范围较小的问题,从水流运动的基本方程出发,引入过水断面特征参数和无量纲水深,结合数学运算中的极限思维,构造了多个函数模型。采用改进后的粒子群算法替代传统的参数确定工作,从而得出圆形隧洞无压水流特征水深的简便计算公式。通过与以往几个典型公式进行对比发现,本文提出公式在计算精度上得到了显著提高,正常水深计算的最大相对误差被控制在0.067%以下,而临界水深的计算误差也不高于0.182%,同时二者均具有较广的计算适用范围。本研究为特征水深的计算提供了新思路,同时提出的计算公式精度高、适用范围广,在隧洞、管道等无压输水系统中具有广阔的应用前景。

基于有限差分方法的双腔橡胶坝设计计算

橡胶坝是一种应用广泛的挡水建筑物.针对传统橡胶坝的挡水水位有限、对坝袋材料要求较高且坝袋易振动磨损等不足,提出了采用平行并排锚固方式的双腔橡胶坝结构.基于有限差分方法建立了双腔橡胶坝的二维结构-流体数值计算模型,利用已有理论和试验结果验证了该模型的准确性.系统分析了双腔橡胶坝的受力变形规律,得到双腔橡胶坝截面形状及张拉力变化特点.结果表明:上游水位增加,上游坝袋坝高先增加后降低,坝宽先降低后增加,下游坝袋坝高持续降低,坝宽持续增加;基于节约材料和有效提高临界挡水水位,确定了上、下游坝袋锚固间距最佳值为D=0.08L1,周长的最佳比为L_(2)=0.8L1;基于最佳锚固间距和周长比得到了不同压力水头下双腔橡胶坝变形规律及张拉力分布规律.本研究成果有望为新型双腔橡胶坝的设计计算和工程应用提供理论依据.

关于煤层气含气量临界深度算法的探讨

文章使用TPAE方程将一系列等温吸附数据科学地转化为单个三变量(温度、压力、吸附量)函数方程。根据三元函数的全微分是每个自变量的微分之和,一阶全微分等于零时的温度和压力为临界温度和临界压力的原理,运用地温梯度与地压梯度的耦合关系和公认的地表恒温层温度,通过列表计算法和一元二次方程求根计算法来求临界温度和对应的临界压力。列表计算法可以计算出在拐点时的吸附量,以及出现拐点附近的温度区间(≤3℃)和相应的压力区间(≤1MPa)。

盾构穿越海域吹填砂层临界覆土厚度计算方法

在我国东南沿海的填海造陆区采用盾构法施工隧道时,不可避免地需要穿越海域吹填砂地层。吹填砂具有强度低渗透性高等特点,若此类地层隧道临界覆土厚度取值不合理,很可能引起工程事故或造成资源浪费。本文以厦门地铁3号线双沪站空港经济区站盾构隧道穿越海域吹填砂层工程为背景,在考虑盾构隧道开挖面稳定与盾尾管片抗浮稳定的前提下,提出了一种临界覆土厚度的修正算法。并与传统方法计算的临界覆土厚度对比,再通过数值分析模拟了地层和管片的响应规律。结果表明,当覆土厚度从5.9 m增加到9.4 m时,对地表沉降、孔隙水压力、管片水平位移和弯矩的响应规律基本一致,而隧道拱顶和仰拱处管片竖向位移的响应在覆土厚度为8 m时相反,因此管片竖向位移可作为判断临界覆土厚度取值合理性的主要指标。此方法可为类似地层的盾构施工提供理论指导。

跌坎深度对底流水跃流态转换的影响

地形条件受限情况下,溢洪道可考虑在泄槽末端设置跌坎,通过增加射流沿程流速衰减来缩短消力池池长,也可以同时增大消力池突扩比,通过平面反向水流增加水体内部紊动进一步消减能量。基于已有射流扩散机理,研究无坎底流消能、跌扩式底流消能和矩形消力井井式消能的水流流态转换。成果表明:①强迫水跃淹没度为1.00~1.20时属于无坎底流消能,而跌扩式底流消能和井式消能则可用临界淹没度予以区分;②射流入水角度不变时,弗汝德数增大,相同跌坎深度下井式消能转化为跌扩式底流消能;弗汝德数不变时,入射角度增加,需要增加跌坎深度以保持井式消能。亦即,可以通过跌坎深度变化影响水流流态转化,并有效减小消能工在水流方向上的长度。

再论U形渠道水力计算

U型渠道水力计算公式复杂,用公式进行水力计算繁琐费时。U型渠道的水力计算查表法可很方便快捷的进行U形渠道水力计算。简要介绍U形渠道水力计算表及U形渠道临界水深的最简算法,结果可为类似工程提供参考。

无压流圆形断面水力计算的迭代法

无压流圆形断面水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式,传统计算采用试算或查图进行。现通过均匀流公式和临界流方程导出了无压流圆形断面临界水深、正常水深水力计算的迭代公式,并给出了满足无压输水隧洞要求净空面积不小于全断面面积的15%,或净空高度不小于0.4m条件时的界限洞径与界限流量计算式,也给出了均匀流最大水深与最大流量的判别关系式,计算过程采用迭代法进行。经检验迭代公式具有较好的收敛性和较高精度。

马蹄形过水断面临界水深的直接计算法

马蹄形过水断面是无压隧洞较常采用的断面形式之一,水力计算中临界水深的求解无显函数公式,传统的试算法或查图法不仅计算过程繁琐复杂,而且计算精度不高。该文通过对马蹄形断面临界流方程的数学变换,并对本文引入的无量纲参数与相对临界水深的关系分析及数值计算,应用逐步优化拟合原理,得到标准Ⅰ、Ⅱ型马蹄形断面临界水深的直接计算式。实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内该公式最大相对误差仅为0.8%,且该式物理概念清晰明确、公式形式简捷,为工程设计及水工设计手册的编制提供有益的参考。

明流条件下城门洞形隧洞临界水深的直接计算法

为了改善明流条件下城门洞形隧洞临界水深无显函数计算方法的现状,通过对城门洞形断面临界流方程的数学变换,并对引入的无量纲参数与相对临界水深关系进行分析及计算,将求解正常水深的超越函数采用指定的幂函数形式逼近,并应用改进粒子群优化算法求解该函数,得到了城门洞形断面临界水深的直接计算式。实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内(临界水深与拱顶半径之比在1.00到1.85之间),该公式最大相对误差仅为0.37%,且物理概念清晰明确,形式简捷,能为水工设计手册的编制及工程设计提供有益的参考。

马蹄形断面隧洞临界水深的直接计算

马蹄形过水断面因其几何图形复杂,水力计算无论是采用查图查表还是迭代试算或是编程计算都是比较繁琐,计算误差较大,且易出错,为此本文通过对马蹄形断面临界流方程的数学变换,应用最优逼近拟合原理,提出了两种典型断面临界水深的直接计算公式,该公式物理概念清晰明确,直观简捷。综合评价表明:该公式简单、准确、适用范围广,最大误差不超过1.6%,对生产实践及水工设计手册编制均有参考价值。

普通城门洞形隧洞正常水深的直接计算方法

普通城门洞形过水断面是泄洪隧洞和灌溉引水隧洞较常采用的断面形式之一,其水力计算中的正常水深求解无显函数形式的表达公式。传统的试算法或查图法不仅计算过程繁琐,而且计算精度不高。该文通过对城门洞形断面均匀流方程进行数学变换,并对引入的无量纲参数与相对正常水深的关系进行分析及计算,应用逐步优化拟合原理进行拟合,得到了普通城门洞形断面均匀流水深的直接计算表达式。实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内(正常水深与拱顶半径之比在0.20到1.55之间),直接计算公式最大相对误差不超过0.24%。且该式具有物理概念清晰明确、公式形式简捷等优点,可为工程设计及水工设计手册的编制提供有益的参考。

城门洞形及马蹄形输入隧洞内的水跃

由于城门洞形和马蹄形断面输水管道中的临界水深、共轭水深的计算公式和计算曲线尚缺乏现成的资料 .为工程上参考、使用的方便性 ,本文利用水流动量方程 ,分析这两种最常用的输水管道中的水跃问题 .针对不同的跃前、跃后水深的情况 ,推导了计算其相应的共轭水深的公式 .文中给出了判别城门洞形和马蹄形断面两种输水隧洞中出现临界水深的计算表 .为方便计算和工程参考 ,文中提供了共轭水深计算曲线 .

明渠临界水深计算方法总论

总结了近30年来各种断面明渠临界水深的计算方法,并经分析与比较,通过最优迭代与拟合处理及误差分析,优选出各种典型渠道断面临界水深计算的一系列解析计算公式,该系列公式简捷、准确、通用。综合评价结果表明:各方法的最大误差不超过2%,多数最大误差小于1%,能满足生产实践的需要。

马蹄形过水断面正常水深的迭代计算

马蹄形过水断面因几何图形复杂 ,水力计算困难 ,为此 ,通过数学推导 ,给出了标准Ⅰ、Ⅱ型马蹄形过水断面水力要素计算公式和正常水深迭代公式 ,并提出判别水深范围的分界流量 ,便于生产实际中应用。

U形渠道正常水深的直接水力计算公式

针对水力性能优良的U形渠道,依据明渠均匀流基本原理,以过水断面水深恰好等于U形底弧弓高时断面过流量作为分界流量Qb,引入断面特征参数和无量纲相对正常水深,采用麦考特优化法,以离差平方和最小为目标,利用SAS软件编程,通过最优化拟合建立了U形渠道正常水深直接水力计算公式。通过误差分析表明,所建公式在渠道过流量Q小于分界流量Qb时,计算相对误差绝对值均小于0.44%;渠道过流量Q大于分界流量Qb时,计算相对误差绝对值均不超过1%,可见公式具有较高的精度,且物理概念清晰、计算方便快捷;该公式不仅可用于解决宽浅式渠道正常水深水力计算,也适用于窄深式渠道正常水深的水力计算,具有较强的通用性,可为渠道工程设计和运行管理提供理论依据和有益参考。

普通城门洞形断面临界水深的近似计算法

【目的】建立普通城门洞形断面临界水深的简捷计算方法。【方法】针对目前普通城门洞形过水断面临界水深计算过程繁琐、误差较大,且依赖图表、不便应用的现状,应用数学变换及逐步优化拟合原理,提出普通城门洞断面临界水深的计算公式,并采用实例对公式进行验证。【结果】得到了城门洞形断面临界水深的近似计算式,实例计算及误差分析结果表明,在工程实用范围内(临界水深与拱顶半径之比为1.13～1.85),所建立的公式最大相对误差仅为0.33%。【结论】所建立的公式物理概念清晰明确、形式简捷,为工程设计及水工设计手册的编制提供了有益参考。