模袋护坡工程GPR检测机理和应用研究

GPR技术近年来在许多领域得到了广泛应用,但公路工程在道路脱空探测时对于充水型脱空无法检测,且从未在模袋护坡工程检测中应用。鉴于此,通过室内模型试验,研究了模袋含水率对波速和相对介电常数的影响,并分析了电磁波波长在模袋中的变化情况;通过水池模型试验,在不同电导率的水中对电磁波波速、波长、衰减常数和趋肤深度进行了研究分析。结果表明:模袋护坡工程探测时,应尽量选择高频天线,以提高钢筋分辨率,且重点考虑模袋含水率的影响,选取准确的相对介电常数,准确计算钢筋位置。充水型脱空探测时,应重点考虑水中电磁波的衰减,高频段衰减程度取决于水的电导率。当水的电导率不大于0.1 s/m时,高频段天线均可探测到脱空层底部;当水的电导率大于0.1 s/m和小于1 s/m时,高频段天线均识别困难;当电导率达到1 s/m时,高频段的所有频率均无法识别。

山区省水船闸输水系统水力学研究

与运河省水船闸不同,山区航电枢纽省水船闸具有通航水位变幅大、两岸地形复杂等特点,在省水池布置、水位分级和船闸运行方式等方面均面临一些难题。针对山区通航建筑物与枢纽分开布置的工程,研究省水船闸布置方法,充分利用地形条件将高、低省水池分别设置在船闸两侧。针对上游通航水位变幅大的特点,确定船闸采用省水和非省水两种运行方式,两种方式的上游临界水位为214.0 m。在此条件下,计算分析船闸水位分级,确定省水池高程,提出省水船闸输水系统布置。通过物理模型试验,得到省水船闸不同运行方式下的输水水力特征指标、输水廊道压力及闸室船舶停泊条件,并给出各部位输水阀门推荐的启闭方式。结果表明,提出的省水船闸方案在水力学上是合理可行的。

某枢纽省水船闸输水系统水力学模型试验

某枢纽船闸所处航道沿线水资源匮乏,且船闸一次输水过程耗水量大,船闸需带省水功能。根据船闸最大工作水头及闸址地形条件,提出采用带1个省水池的短廊道集中输水系统布置方案。为解决省水船闸设计中的输水系统布置的水力学关键技术难题,通过采用130物理模型,对船闸非省水运行和省水运行时的输水系统水力特性、船舶(队)停泊条件进行了试验研究。结果表明:采用的输水系统布置合理可行,各项输水水力指标满足规范和设计要求。

综采工作面分段充填过空巷技术研究

针对益东矿1107工作面过前方空巷问题,建立了空巷基本顶失稳力学模型,分析了过空巷基本顶失稳机理,确定了保持空巷围岩稳定条件下所需临界支护阻力。基于高水速凝材料承压特性,提出分段阻隔充填空巷,避免回采时受顶板下沉而出现压架现象;使用FLAC^(3D)分析空巷差异化充填宽度时其周围应力及位移分布状态,确定保持空巷围岩稳定时的合理宽度。结果表明:控制空巷基本顶不失稳的支护阻力需高于4.63 MPa;分段充填改善超前支承压力对工作面顶板和空巷围岩的影响,支架压力增幅仅为9.3%;回采过空巷时,顶板下沉量仅为163 mm,小于支架可伸缩量,未出现压架现象,保证了工作面顺利开采。

注浆充填技术在采煤工作面废弃空巷加固中的应用

高阳煤矿3507综采工作面为大采高综采工作面,目前回采的5号煤层顶板坚硬,采面正常回采期间矿压显现明显。由于3507综采工作面回采范围内存在有空巷,空巷围岩在采动影响下容易出现失稳现象,给采面正常回采带来影响。依据现场情况,提出采用注浆方式加固空巷与采面间煤柱、高水材料充填墩柱支撑空巷顶板,确保采面过空巷期间煤柱及空巷顶板稳定,通过采面调斜方式减少采面一次揭露空巷范围,同时通过让压、等压避免过空巷期间出现周期来压。现场应用后,2 d期间未有顶板冒落、煤壁片帮等征兆,现场应用取得较好效果。

水电站压力管道平顶平底月牙肋钢岔管结构设计及应力分析

常规月牙肋钢岔管为上下对称结构,在压力管道检修放空时,钢岔管底部存在积水问题;在压力管道运行前充水时,钢岔管顶部存在积气问题。为解决上述问题,提出了一种平顶平底钢岔管,其由多个主锥管锥节、支锥管锥节和不对称月牙肋组成;主管与主锥管的管顶线位于同一水平面,支锥管与支管的管底线位于同一水平面;相邻管节间设公切球,以使相邻管节间相贯线为平面曲线。以CCS水电站压力管道为例,对中心对称钢岔管、平底钢岔管、平顶平底钢岔管进行有限元分析,结果表明,中心对称钢岔管上下对称、受力最好,平顶平底钢岔管较平底钢岔管应力集中现象有所缓解。此外,平顶平底钢岔管在体型上实现了压力管道及钢岔管的完全自流排水与完全自流排气,有效缩短压力管道检修排水时间,有利于机组高效稳定运行。

设有复式空气阀的管道充、放水过程

为了研究长距离有压管道充水和放水过程中管内气体压力的变化情况,并保证其运行中的安全,针对长距离有压管道的特点,对其充水和放水过程,采取了对整个管道进行分段处理、依次充水和放水的策略.对于分段后的每一段管道,建立了圆形管道内水体体积与水深关系的数学模型.按照小流量充水的原则,运用理想气体状态方程,结合复合式空气阀的进气和排气性质,在空气阀和泄水管布置情况已知的前提下,根据不同的充水流量和放水流量,计算各管段气体压力的变化情况.整个数值计算过程采用自编Fortran程序计算求解.计算结果表明:充水和放水的流量越大,对应管段的气体压力越大和越小,管道越危险;在不影响管道安全性的前提下,为了使管道尽快充满和放空,应采取较大的充水流量(16 m3/s)和放水流量(泄水阀全开).

大型超高水头船闸输水系统型式研究与展望

高水头船闸输水水流携带巨大能量,可能对船闸输水系统运行安全及闸室内船舶停泊安全产生危害,选择合理的输水系统型式对保障工程安全至关重要。随着大型超高水头单级船闸——大藤峡船闸的开工建设,研究发现目前已成功运行的输水系统型式不能满足该工程需要,亟需消能效果更好的输水系统。结合大藤峡船闸工程相关研究,参考国内外已建高水头船闸输水系统布置的成功经验,总结了高水头船闸不同输水系统型式与船闸运行水头和闸室尺度规模的匹配关系,介绍了适应大藤峡船闸工程特点的自分流全闸室出水4区段等惯性输水系统型式,提出了消能效果更好的带内消能工的输水系统新体型,可供类似超高水头大型船闸的设计和研究借鉴。

闸下变动水位的船闸输水水力学计算

为解决强潮海域闸下潮位变化剧烈的船闸输水系统水力学计算问题,以现有规范为基础,从输水计算原理出发,推导了变动水位条件下的输水水力学计算方法,应用该方法计算分析了变动水位对三堡船闸安保工程输水的影响,并对闸室面积、初始水头、闸外落潮速度等因素进行敏感性计算分析。结果表明,采用该方法计算得到变动水位条件下输水时间缩短,最大流量、最大比能也小于取初始恒定水位的计算成果,结果更符合强潮海域船闸实际输水过程,为类似条件船闸输水水力学计算提供了一种技术、经济合理可行的计算方法。

供水工程空气阀的设置分析

管道供水工程的运行效果与空气阀的设置位置、间距和空气阀的进排气孔口尺寸关系密切。通过对管线中气体动态特性和管线输送气体能力的分析,提出了空气阀设置间距的建议取值原则。以管道充放水为控制工况,按照等体积原则推导了空气阀进排气孔口尺寸的理论计算方法。实例分析表明,经验取值与理论分析得到的空气阀设置方案存在明显的差异,理论分析得到的空气阀布置间距和进排气孔口直径比经验法更小。研究表明,以经验取值原则为基础,结合理论分析方法,可以为空气阀的设置和优化提供更为明确的分析依据。

船闸输水基本方程的应用

根据总流非恒定流的能量方程推导了船闸输水基本方程,对某船闸灌水过程进行了数值模拟。由于输水系统存在惯性,在灌水后期闸室水位出现反向水头即超高,当闸室水位从最大超高开始下降,水体从闸室流向引航道,此时,基本方程中水头损失项必须取与阀门处流速相同的符号。建议在相关规范修订时,将船闸输水基本方程改为文中推荐的公式,以便于应用。

三峡永久船闸抽水调试期水力学原型观测

介绍了三峡永久船闸抽水调试阶段水力学监测的部分成果,并与模型值进行了比较。资料分析结果表明:闸室输水系统输水效率高,输水时间原型较模型缩短17.6%,最大流量较模型增大32%,流量系数较模型增大34.6%。控制超灌(泄)操作方式可行;阀门、人字门启闭力均小于设计值;阀门接近全开至全开后,输水廊道第一分流口有空化现象。

有压管道过渡过程的数值计算

基于理想气体状态方程和全新的圆形管道水体积与水深关系数学模型,按照小流量充水原则,结合空气阀的进、排气性质和泄水管的排水特性,对一定的充水流量和不同的放水流量下有压管道充、放水过程中气体压力的变化进行了数值计算。结果表明:在小流量充水的情况下,管内的气体压力不是很高,放水流量越大,对应管段的气体压力越小、管道越危险。

高坝通航枢纽中省水船闸方案探讨

阀门水力学问题一直是高水头船闸设计的关键技术难点。以在建的大藤峡单级船闸为例,基于国外省水船闸工作原理,提出带两级蓄水池船闸方案。输水系统水力学初步计算表明,阀门工作水头削减20.125 m,省水率可达到48.76%。与单级船闸方案比较结果表明,该输水系统形式因水头大幅降低,设计和建造均大为简化,在山区河流高坝通航领域以及兼顾发电与农业灌溉用水紧张的情况下,应用前景非常广泛。

飞来峡二、三线相互灌泄水船闸省水特性及效益分析

为缓解通航用水与发电、农业用水之间的矛盾,拟建的广东北江飞来峡二、三线船闸采用相互灌泄水的省水运行方式。对船闸建立水工物理模型研究其省水特性并进行效益分析,对比双线相互灌泄水的省水运行方式与单线运行方式的优劣。研究结果表明：省水运行模式每年省水2.89亿~3.77亿m3,折合水能发电量0.135亿~0.175亿k W·h;省水船闸闸室及引航道水流条件、船舶停泊条件优于单线运行模式;船闸通过能力满足通航需求。省水船闸运行具有显著的经济效益和环境效益。

小清河水牛韩省水船闸输水系统布置及水力计算

水牛韩船闸是小清河复航工程的上游梯级,由于沿线水资源比较匮乏,水牛韩船闸须具备省水功能。根据闸址地形条件并考虑未来船闸续建的需求,提出单级省水池的水牛韩省水船闸总体布置。按照《船闸输水系统设计规范》要求和工程特点,确定水牛韩船闸采用闸首短廊道集中输水系统,省水池与上、下闸首分别用一根输水廊道连接的输水系统,提出具体的输水系统布置,确定各输水阀门运行方式,并采用船闸输水过程数学模型计算了船闸非省水运行和省水运行时的输水水力特性。结果表明,提出的输水系统布置和确定的输水阀门运行方式合理可行,各输水水力特性值满足设计和规范要求。

水利水电工程通航技术研究进展

随着我国水利水电工程向具有供水、防洪、发电、通航等多目标开发方向的发展,高坝通航技术得到了迅猛发展。总结了通航建筑物船闸及升船机的技术研究进展,特别是具有国际领先水平的船闸输水形式及阀门防空化新技术,湿运全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机、齿轮齿条爬升式升船机和水力浮动式升船机新技术。我国高坝通航升船机及船闸建设水平已跃居世界前列。

船闸输水廊道进(出)口布置型式的研究

根据山区、丘陵地区船闸输水廊道进（出）口的布置型式,研究了几种典型布置进（出）口面积比与阻力系数关系,提出了有关设计原则.

金家堰省水船闸互通式短廊道输水系统计算

小清河复航工程已开工建设,其中金家堰船闸、王道船闸将成为我国首批带省水池的船闸。结合金家堰船闸省水廊道与闸首廊道互通的特点,分析上、下游与省水池直通输水的可能性,提出相应的水力计算方法。基于兼顾输水时间和省水率的原则,推导出闸首阀门最优提前开启时间与省水池阀门提前关闭时间的关系式。结果表明,金家堰船闸的廊道布置使直通输水时阻力系数较大,有效限制了回流量;闸首阀门不超过最优提前时间时,省水率的变化极小,可按常用公式估算,廊道互通的影响也可忽略不计。

唐河水台子枢纽船闸输水系统研究

中等水头船闸的输水系统通常根据相关规范及同类工程经验,兼顾考虑输水效率及船闸基础,对分散输水系统和集中输水系统进行技术经济论证。结合水台子船闸工程的特点及船闸相关设计规范,对输水系统型式进行了研究和比选;通过调查分析大量基础资料并结合物模试验,设计确定了水台子船闸工程采用具有局部分散效果的集中输水方案,方案相比传统集中输水方案闸室内可不设镇静段且输水时间相对较短,相比分散输水方案更节省工程量及投资。模型试验表明,设计的输水系统水力特性满足设计与规范要求。