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。

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。

城门洞形断面隧洞正常水深的近似算法

城门洞形断面隧洞是输水工程中较常采用的一种形式,但其正常水深方程是超越方程,数学上无解析解。目前采用的图解、试算等方法存在着计算过程繁琐且计算精度差的缺陷。应用拟合法提出了近似计算公式,其形式简捷、结论准确。在工程常用范围内(0<h/r≤1.8)最大误差<0.2%。

爆破振动作用下城门洞形衬砌的临界振速研究

根据应力波理论,采用复变函数方法,对爆破振动作用下城门洞形衬砌的应力和振速分布进行了研究,进而求解了入射波入射角度不同时衬砌的临界振速。首先将城门洞形衬砌映射为一个内径为1,外径大于1的圆环,再求解稳态P波作用下圆环的动态响应;计算结果表明:入射波的入射方向对于城门洞形衬砌的临界振速有较大的影响,入射角度为90°时,衬砌的临界振速最大,入射角为0°时次之,入射角为270°时最小。

普通城门洞形断面临界水深的近似计算方法

普通城门洞形断面临界水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力。通过引入无量纲临界水深,对城门洞形断面临界水深的基本方程进行恒等变形,根据优化拟合原理,得到临界水深的近似计算公式。误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,临界水深的最大相对误差小于0.39%。该公式形式简捷、精度高、适用范围广。

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。

城门洞形断面收缩水深的近似计算公式

城门洞形断面收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力。通过引入无量纲收缩水深,对城门洞形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到收缩水深的近似计算公式。误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差小于1.1%。该公式形式简捷、精度高、适用范围广。

普通城门洞形隧洞弯段二次流对动能修正系数的影响

采用CFD方法和带旋修正的κ-ε模型对水平面上普通城门洞形隧洞弯段断面进行三维数值模拟,分析了二次流对普通城门洞形隧洞弯段断面动能修正系数的影响。结果表明,普通城门洞形隧洞弯段形成了一对反向不对称的二次流,上部螺线形流线区域对动能修正系数值有决定性作用,形成的环形流线区域和梯度越大,动能修正系数越小;大曲率弯段断面动能修正系数值大于小曲率弯段断面动能修正系数值;弯段中的二次流引起流速的重分布,对弯段断面动能修正系数值有削减作用。

再论城门洞形断面隧洞临界水深的近似计算

一般城门洞形断面（即：隧洞的高宽比为1．0—1．5）是输水隧洞工程中一种经常采用的过水断面形式。其临界水深方程是含未知参数的超越方程，数学上无解析解。常见计算方法有图解法或迭代试算法。这些方法都繁琐复杂，而且图解法误差大，还依赖图表，不便应用。为满足生产实践之急需，通过对其临界流基本方程的数学变换，并应用优化拟合原理，给出其近似解析解，从而提出一种近似计算公式。该法比现行的查图查表法、迭代试算法更简捷、更精确。结果表明：在实用范围内（即充盈度小于0．85）临界水深的最大误差小于0．68％。

再论城门洞形断面隧洞正常水深的近似计算

一般城门洞形是无压输水隧洞工程中最为常用的断面形式,其正常水深方程是超越方程,无解析解。目前常用的计算方法有查图表法或迭代试算法,它们存在着计算繁琐、误差较大等缺陷。应用拟合法提出了近似计算公式,在工程常用范围内此公式为线性方程,其形式最为简洁,最大误差小于0.62%。

城门洞形断面输水隧洞临界水深的计算方法

在城门洞形断面输水隧洞的水力计算中,其临界水深的求解方程无显函数形式的表达公式。为尝试避免传统低效的经验试算法、图解法等,通过对城门洞形断面输水隧洞临界流基本方程进行数学变换,其临界水深计算问题可归结为一非线性优化问题,再运用实数编码加速遗传算法(RAGA)求解。基于Borland JBuilder9 Enterprise环境编写了算法实现程序,对不同断面尺寸的城门洞形输水隧洞临界流进行了计算和分析。结果表明,RAGA方法具有计算速度快、精度和自动化程度高、通用性强等优点,比常用方法简便。

普通城门洞形断面临界水深的直接计算公式

普通城门洞形断面临界水深的计算涉及超越方程的求解,理论上无解析解。运用逐次优化拟合原理,求出其临界水深无量纲方程的近似解析解,提出了新的临界水深直接计算公式。结果表明,在工程适用参数范围内,临界水深计算值的最大相对误差绝对值为0.115%,平均相对误差绝对值仅为0.032%。新建立的城门洞形断面临界水深直接计算公式物理概念清晰明确,形式简捷,与现有的各类计算公式相比,计算精度高且适用范围广。

不同雷诺数下90°城门洞形弯道内二次流及动能修正系数的研究

利用FLUENT软件并结合Realizableκ-ε湍流模型,对不同雷诺数下水平面上的90°有压城门洞形弯道进行三维数值模拟,研究了雷诺数为2×104~2×107的湍流区弯道内的二次流、动能修正系数随雷诺数改变的变化规律,并给出了二次流发展情况、流速分布均匀性的判断依据。结果表明,虽然雷诺数为二次流强度的主要影响因子,但位于该区内的雷诺数对二次流并无明显影响;雷诺数越大,水流混掺加剧致使水流越紊乱,而动能修正系数反而越小,断面流速分布越均匀;二次流能显著地削减动能修正系数值,且雷诺数越小,这种削减作用越大;压差系数可作为判断二次流的发展状况的依据;流速峰值与流速平均值的比值可作为判断城门洞形断面流速分布的均匀性的依据,且雷诺数越大,适用性越好。

弹性地基上内圆外城门洞形结构受力分析

通过平面单元与梁柱单元相结合的方法,解决了内圆外城门洞形结构的模型建立问题,并通过积分线的概念得到了结构内力,为天津干线输水管涵进行断面形式比选提供了依据。

锚喷衬砌在长距离城门洞形引水隧洞中的应用

对于城门洞形隧洞衬砌计算,目前均采用《水工隧洞设计规范》规定的边值数值解法,或通过隧洞衬砌计算软件SDCAD计算。该方法对于小断面城门洞形隧洞,按照边值法计算后,即使围岩条件较好的洞段采用钢筋混凝土衬砌,仍需采用双层配筋,对长距离引水工程来说,投资较大。因此,通过ANSYS有限元法和边值数值解法进行对比计算分析,对于小断面城门洞形隧洞衬砌进行优化,以集安供水工程为例,主要论证Ⅱ、Ⅲ类围岩采用锚喷衬砌的可行性,有效节省投资。

动能修正系数对城门洞形尾水隧洞水头损失及其系数的影响

基于Realizableκ-ε湍流模型及VOF算法,采用Fluent软件模拟计算某水电站尾水隧洞不同流速下的水流流态,分析了不同流速下动能修正系数的变化规律对水头损失及其水头损失系数的影响。结果表明,隧洞内的水流流速和流向对动能修正系数值均有影响,但边界条件是影响动能修正系数的决定性因素;流速越大,水头损失越大,而水头损失系数越小,且正反不同流向的水头损失及其系数亦不相等;在急变流的条件下,动能修正系数对水头损失及水头损失系数的计算有显著影响,且流速越大,影响越大;正向流速时,动能修正系数对水头损失及其水头损失系数的计算具有加大作用,而反向流速时则具有削减作用。结果可为工程应用提供参考。

含城门洞形裂隙岩体破碎数值分析及机理研究

为研究不同裂纹赋存形式下的含城门洞岩石破碎及裂纹扩展规律,对不同情况下的含裂隙城门洞岩石试样进行单轴压缩数值模拟试验,得到裂纹扩展规律、声发射规律及应力-应变规律。结果表明,根据数值模拟中的声发射规律,主裂纹主要是拉破坏,翼裂纹、反翼裂纹及远场裂纹主要是拉剪复合型破坏;裂隙的存在降低了试样的峰值强度,各组试样(试样B、C、D系列)的平均峰值强度较不含裂纹试样(试样A系列)下降百分比分别为11.3%、7.8%、12.6%;侧边裂纹产生在靠近顶拱处,底边裂纹越靠近边墙,及顶拱裂纹的裂纹角度越低,试样的峰值强度越低,在实际工程中,对于这些位置产生的裂纹应加强防护,防止灾害的产生。

标准城门洞形隧洞水面线的直接计算方法

目前明渠水面线计算中各常规方法普遍存在过程繁琐、应用不便的问题,从明渠渐变流基本微分方程出发,研究简便直接的计算方法是可行必要的。根据标准城门洞形断面的几何特征,推导出断面不同水深的水力参数计算式。通过无量纲化处理和优化拟合理论,将渐变流基本方程转化为通用函数积分表达式,得到了直接计算标准城门形隧洞水面线的积分公式。通过算例比较分析,直接计算方法计算方便,其与分段试算法的最大误差小于0.64%,计算精度完全满足工程应用需要。

普通城门洞形无压隧洞临界水深近似计算

通过对临界流基本方程进行恒等变换,得到临界水深的无量纲方程,再依据逐次优化拟合方法,提出新的近似计算公式。计算结果表明,临界水深计算值的最大相对误差,完全满足工程精度要求。

高跨比对城门洞形土质隧洞变形的影响分析

土质隧洞的开挖稳定是一个复杂的加载卸载过程,在土体中修建隧洞的施工难度远远大于修建同类型的岩石隧洞;鉴于目前对土质隧洞的变形特性研究尚不够深入,在设计和施工中可供借鉴的资料和经验有限,文中借助数值分析软件FLAC3D对不同高跨比的隧洞的围岩变形进行了分析研究,讨论了其对围岩变形及围岩位移释放系数的影响规律,为类似的隧道工程设计和施工提供借鉴与参考。