高雷诺数下倒虹吸闸墩绕流水力特性

为研究倒虹吸出口闸墩绕流特性,以南水北调某典型倒虹吸为例,基于Flow3D软件建立倒虹吸模型,根据现场原型实测水位、流速进行模型验证;利用该模型模拟了雷诺数6.17×10^(6)~9.38×10^(6)范围下闸墩绕流特性。结果表明,高雷诺数条件下,随着雷诺数的增加,闸墩绕流造成的液面波动幅度增加,中墩液面波动显著大于边墩;闸墩后的尾涡量持续增加,雷诺数对斯特劳哈尔数影响不大;边侧闸墩受力的非对称性明显,边墩闸室间特征流速偏流比存在先增大再减小的变化规律,偏流效应造成的离心距不断增加。本研究可针对性改善输水工程水流流态。

大流量倒虹吸水力特性研究

为保证大流量倒虹吸能够安全稳定的输水,采用流体动力学软件(CFD)对某工程三维数学模型进行数值模拟,并结合物理模型试验,分析了倒虹吸充水过程中水流变化特点和稳定后的水力特性。结果表明,倒虹吸水流流速最大位置位于管道下坡段,压强最大位置位于管道水平段;充水过程中,倒虹吸边部管道内水流流速较中部水流大8%左右;在水流稳定后倒虹吸下游闸室后存在卡门涡街现象,造成水流流态紊乱,导致下游水面震荡,需要对下游闸墩进行延长或进行墩头结构优化,以减轻涡街强度和水面震荡的影响。

基于双向流固耦合的倒虹吸管道水击压力波与拱式桥架组合结构动力响应分析

在大跨度倒虹吸管道中有压闸阀关闭时通常伴随着水击现象,当水击发生时,流体与固体的耦合作用同时存在。为研究发生水击时,不同关阀时间下的压力波与考虑耦合作用时结构的动力响应情况,以大跨度倒虹吸管道与拱式桥架结构为研究对象,进行整体水力计算,基于流固耦合分析理论,将整体水力模型计算得到的水击压力波作为流体部分加载条件,在workbench平台上进行双向流固耦合分析求解桥架结构的位移、内力及应力动力响应结果。结果表明:不同关阀时间工况下,水击压力波曲线的变化趋势大致相同,结构各监测点的位移时程曲线同水击压力波曲线规律基本吻合;阀门匀速关闭时,增加闸阀的关闭时间可以作为降低倒虹吸管道水击压强的有效措施;水击力对桥架管道的影响最大,盖梁次之,拱圈最小,结构以发生顺桥向动力响应为主。

复杂地形长距离大流量倒虹吸临时工程的建设与运用

宋家嘴渡槽拆除原址重建期间,为确保下游供水,需要修建倒虹吸临时通水工程。针对倒虹吸临时工程地形复杂、线路长、引水流量大、跨越建筑物多等特点,详细分析和阐述了工程的布置、施工、主要技术措施及通水运用情况。工程实践证明,倒虹吸临时工程的建设符合实际情况,运用效益明显,达到了预期效果。可供类似工程的建设参考。

过活断层倒虹吸地面压力管结构型式比较研究

以往对过活断层倒虹吸地面压力管道研究,往往只单独研究钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种结构型式,具体哪种管型更为合适尚无比较。采用有限元方法,通过建立地面钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种管道有限元模型,对比分析了两种管道型式过活断层倒虹吸在断层蠕滑变形、黏滑变形以及地震作用下的位移和应力。研究结果表明:①钢衬钢筋混凝土管和明钢管管线中布置多个波纹管伸缩节后,均能较好适应断层蠕滑变形;②两种管道结构位于主断层范围的波纹管伸缩节在断层黏滑变形作用下变形均在100 mm以上,设计难度大;③地震作用下,在主断层范围内的钢衬钢筋混凝土管虽然位移大,但地震引起的应力较小,而明钢管在固定支座处的受力情况明显恶化;④综合多种工况的计算结果,钢衬钢筋混凝土管的受力情况比明钢管更优秀,但明钢管具备运行期检修复位的条件,两种管道方案各有优劣,应根据工程具体需求合理选择管道结构型式。

九龙水库倒虹吸管道桥受力及计算

南盘江倒虹吸管道桥位于新建水库的库底,除按常规桥梁设计外,水下桥梁还需重点研究水库低水位时水面浪压力、不同工况下动水冲击力及水库初次蓄水时水面漂浮物偶然作用等水平推力的影响。通过不同荷载标准组合比较,考虑建设期及运行期最不利工况下桥梁受力情况,对结构尺寸及配筋进行计算。同时,对桥梁上部结构的抗浮性和抗倾覆性进行演算,以确保水下桥梁结构的安全性及稳定性。

南宁五化灌区马兰渡槽设计方案变更分析

根据全国最新“三区三线”划定成果,对原南宁市五化灌区马兰渡槽设计方案进行了变更。通过将原马兰渡槽设计方案与最新“三区三线”划定成果进行比较,提出了原址倒虹吸、原址渡槽两个设计变更方案。随后,从工程占地、地质条件、结构布置、施工运维等方面分析了各设计变更方案的优缺点,综合比选确定原址倒虹吸方案为最优设计方案。

基于优选地震强度参数的地下倒虹吸结构易损性分析

对水工建筑进行地震易损性分析是研究其抗震性能的有效途径。相比渡槽、大坝等地上水工结构,地下倒虹吸结构的地震易损性研究相对较少。为此,以滇中引水下庄地下倒虹吸结构为研究对象,选取16个标量地震动强度参数,使用IDA法对地下倒虹吸结构开展了土体-结构动力非线性有限元分析。以有效性、实用性、效益性和相关性这4个参数作为评价指标,优选标量IM构建矢量IMs;利用遗传算法(Genetic algorithms,GA)优化多层前馈(Back propagation,BP)神经网络建立了GA-BP神经网络,以优选矢量IMs作为输入进行训练,通过训练后的神经网络建立了地下倒虹吸结构的易损性曲面。研究结果表明:优选构建的矢量IMs能够更好地反映地下倒虹吸结构的抗震性能,可以降低地震易损性分析70%的计算成本。

深切峡谷陡坡段倒虹吸施工对边坡稳定性影响

九道河倒虹吸位于云南省楚雄市禄丰县境内西河峡谷,谷峰相对高差280 m~360 m,河谷呈“V”形,是典型的深切峡谷。以九道河倒虹吸工程为背景,针对深切峡谷陡坡施工期间边坡安全稳定性分析,采用GeoStudio软件中的SLOPE/W模块建立边坡模型,主要分析边坡段倒虹吸镇墩采用不同的施作顺序对边坡安全稳定性的影响。根据不同施作顺序边坡安全稳定性的变化情况,寻找更为合理的施作顺序,分析结果对同类型工程的施工有着实际的指导意义。

富水卵石地层明挖地下管廊倒虹吸下穿河流研究

明挖地下管廊倒虹吸下穿河流时,河流冲刷与水位上涨容易导致综合管廊出现结构渗漏、上浮等问题。依托成都郫都太清路综合管廊下穿清水河工程,开展了明挖地下管廊倒虹吸下穿河流施工方法及综合管廊抗浮防水技术研究。得到以下结论:富水卵石地层综合管廊采用倒虹吸的方式下穿河流,极大地简化了综合管廊施工方法;“防渗板+外防水卷材+厚黏土层”的综合管廊外防水防渗体系,可极大地提高结构的抗渗能力;级配碎石、砂卵石回填与钢筋混凝土护底施工,有效降低了管廊上浮风险。

倒虹吸管水平段结构数值模拟研究

倒虹吸作为工程量小、施工方便的交叉输水建筑物,在我国输水工程中有着广泛应用。常见倒虹吸的管道尺寸较小,关于大孔径倒虹吸的结构研究较少。以某大孔径倒虹吸为例,对水平段的静力特性进行有限元数值模拟研究,通过对比不同工况下的不同荷载组合结果,分析倒虹吸结构的应力应变,得到倒虹吸结构应力和变形的分布规律,并验证大尺度下倒虹吸结构强度是否满足规范要求。

小口径污水管道倒虹过河设计施工要点探讨

污水管网作为重要的城市基础设施,需确保其安全、有效地实施及运行。文章针对小口径污水管道倒虹穿越河道的施工工艺及后期清淤养护问题,结合上海市某道路工程实例,探讨小口径污水管道倒虹穿越河道的设计施工要点。主要研究小口径污水倒虹管施工工艺,详细介绍了微型顶管法的技术要点和施工流程。此外,对长距离且空间受限、清淤养护不便的污水倒虹管设计方案进行了比选,提出采用人工格栅的解决方案。该工程的成功实施,可为后续类似工程提供参考。

倒虹吸非线性有限元分析

结合南水北调中线工程河南段某大型倒虹吸结构,运用有限元软件ANSYS,采用整体式配筋模型,对结构管身几种不同特殊工况进行非线性有限元受力情况进行分析。分析结果表明:当压实回填后结构内无水和停水检修时对结构最不利,最不利位置发生在结构跨中内侧,在设计和施工中应采取有效措施。

引大入秦景泰段输水工程渠系建筑物选择及其水力计算

结合引大入秦延伸增效景泰段输水工程的建筑物选择,在不同工况条件下,进行渠道及渠系建筑物的水力计算,特别是系统有富裕水头时,将富裕水头按流量增加合理分配,可使倒虹吸工程在多种工况下均能平稳高效运行,为类似工程提供计算思路。

穿越活断层倒虹吸结构变形影响敏感性研究

为研究断层及断层影响带参数对地基变形和倒虹吸结构的影响,以滇中引水工程曲江倒虹吸段为依托,采用FLAC3D软件建立考虑地形变化的二维模型,进行断层及断层影响带参数的正交试验研究。结果表明:逆冲错动模式下,断层对倒虹吸结构地基地表变形的影响大于断层影响带;走滑错动模式下,断层对地基地表变形的影响小于断层影响带;组合错动模式下,断层影响带对地基地表变形的影响大于断层。断层天然容重、泊松比、弹性模量,以及断层影响带内摩擦角、泊松比、弹性模量对倒虹吸钢管变形的影响较大。逆冲错动模式下,随以上参数的变化,钢管最大位移可达0.428 m。走滑错动模式下,钢管最大位移可达1.053 m。组合错动模式下,钢管最大位移可达1.085 m。在地表倒虹吸结构设计过程中,需要根据不同错动模式,对影响倒虹吸钢管变形较大的参数进行取值。

引水工程交叉建筑物结构性态互相影响分析

引调水工程不可避免地存在建筑物交叉跨越的情况,交叉建筑物结构性态关乎工程能否安全运行。依托河南省某输水工程,考虑输引水过程中土体—水体—结构间的耦合作用,建立南水北调中线工程倒虹吸和输水工程中输水管道结构交叉跨越的三维有限元模型,分别考虑结构未修建、完建期和正常运行期,分析各模拟工况下交叉建筑物结构性态影响。结果表明,建筑物交叉跨越会对既存建筑物产生一定影响,尤其是交叉部分结构性态改变较大,倒虹吸结构最大拉应力由0.54 MPa增至0.97 MPa,最大沉降量由-1.38 mm增至-1.90 mm;输水管道拉应力从1.03 MPa增至1.34 MPa,最大沉降量由-3.78 mm增至-4.07 mm,应力值、沉降量可满足工程要求;随着输水管道两道支承埋深增加,倒虹吸所受影响越小。研究结果可为类似工程分析提供参考。

倒虹吸水力特性研究进展

倒虹吸是一种工程量小、施工方便、造价成本低的交叉输水建筑物,在我国输水工程中有广泛的应用。通过查阅国内外倒虹吸水力特性研究资料,介绍了倒虹吸的基本构造和布置形式,同时分析了倒虹吸水力特性的研究意义,并根据倒虹吸水力特性的不同研究方法对国内外学者的研究成果展开了分析。大量研究表明:倒虹吸的基本水流流态和水头损失的计算方法在大型倒虹吸研究中存在部分局限性,复杂条件下倒虹吸的水力特性仍需要深入研究;现有研究中大流量倒虹吸水力特性成果十分有限,未来该方面的研究将会是重点;目前多研究方法互相验证是研究倒虹吸复杂条件下水力特性的主要手段之一;已建成倒虹吸的维护与修缮技术也需要关注。在满足工程实况需求与学科发展需要的前提下,可以认为未来倒虹吸的研究将主要集中于复杂条件下大流量倒虹吸研究和倒虹吸与计算机多学科交叉研究,以期为后续倒虹吸水力特性的研究提供一定的借鉴。

复杂地质条件下浅表箱型倒虹吸动力响应分析

倒虹吸结构作为调水工程中重要的地下水工建筑物极易受地震作用及地质条件影响,且埋深较浅的倒虹吸结构更易因土层震动影响结构稳定性。将选取某工程倒虹吸结构为研究对象,利用Newmark时程分析法进行三维有限元动力响应分析,研究中软土地质类型下该倒虹吸的地震响应规律。研究结果表明:加速度响应峰值相比输入最大加速度值放大约1.4倍,但沿倒虹吸截面高度变化不大;水平段各特征点的x向位移均大于进口渐变段,在两管段的接口连接处易发生错动破坏,最大沉降为13.6 mm,在安全范围内;Ⅶ度地震下,最大第三主应力为3.23 MPa,小于C20混凝土的抗压强度标准值,倒虹吸结构的最大第一主应力为1.48 MPa,已与抗拉强度值相当,易产生损伤。Ⅶ度地震下的倒虹吸整体结构处于安全状态。

Ice accumulation and thickness distribution before inverted siphon

In winter, the safe operation and the water transfer efficiency of an inverted siphon are big concerns for water diversion projects in a high latitude area. This paper takes the Tanghe inverted siphon of the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project in China as an example, and carries out experimental studies under the real ice condition with different water levels, flow discharges and submerged depths. The ice accumulation process and the ice jam thickness distribution before the inverted siphon are tested and measured. The characteristics of the ice jam distribution and the relationship between ti /H （ratio of ice jam thickness tt to total water level H ） and Fr, （Froude number under ice jam） are analyzed. An equation for the ice jam thickness calculation before the inverted siphon is put forward. Analysis results might help the thickness prediction and the ice jam prevention of similar water diversion projects during ice period.

倒虹吸拱式桥梁结构流固耦合模态分析

【目的】由于倒虹吸桥架有压管道内水体水力条件复杂,管内压力波动变化引起的水体振荡会使结构也随之振动。本文通过有限元建模,研究了此类振动现象产生的原因以及对桥架结构的影响。【方法】以昆明市滇中引水工程中的小鱼坝倒虹吸桥梁为例,建立有限元模型,并使用附加质量法和声固耦合法对流固耦合模态进行分析计算。【结果】将两种计算方法的结果进行对比发现,两种方法在低阶振型时动力特性几乎一致;第四阶模态之后,两种方法计算的频率均保持着10%以上的误差,附加质量法的频率一直大于声固耦合法的频率。基于声学的流固耦合求解方法精度较高,同时附加质量法也能满足工程计算需要。【结论】本文的研究结果为水击作用和地震作用下的流固耦合动力响应提供了一定的理论依据和实践价值。