【摘要】：根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,跨流域輸水工程成為解決地區(qū)貧富差距、改善生態(tài)環(huán)境的一種重要手段。在我國(guó)西部地區(qū),由于冬季較為寒冷,輸水建筑物內(nèi)水流會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。在氣溫降低到0度以下后,水流內(nèi)首先會(huì)出現(xiàn)水內(nèi)冰,水內(nèi)冰經(jīng)過(guò)發(fā)展逐漸形成冰花,繼而堆積形成冰蓋。到第二年溫度逐漸升高,冰蓋開(kāi)始融化,形成許多大小不一的冰塊。這些冰塊在隨水流流動(dòng)的過(guò)程中會(huì)對(duì)明渠邊壁進(jìn)行碰撞,導(dǎo)致明渠邊壁的破壞。更嚴(yán)重的情況會(huì)形成冰塞,造成輸水建筑物的破壞,威脅當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)安全以及水利工程的安全運(yùn)行。本文以冬季運(yùn)行中渠冰生消對(duì)輸水明渠的影響為研究對(duì)象,在國(guó)內(nèi)和國(guó)外現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)理論分析、數(shù)值計(jì)算以及室內(nèi)冰力學(xué)試驗(yàn)綜合進(jìn)行研究。主要對(duì)冰塊撞擊力對(duì)輸水明渠的影響進(jìn)行研究,采用接觸碰撞算法中的對(duì)稱(chēng)罰函數(shù)法針對(duì)冰塊撞擊力對(duì)輸水明渠邊壁的影響進(jìn)行理論分析。選取引大入秦工程?hào)|二干渠的一段矩形明渠為實(shí)例,分析了輸水明渠的破壞機(jī)理。使用ANSYS軟件進(jìn)行輸水明渠模型與冰塊模型的建立,單元選取3D Solid164八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元,定義材料為線(xiàn)彈性材料,對(duì)輸水明渠模型劃分單元采用掃略網(wǎng)格,對(duì)冰塊模型劃分單元采用映射網(wǎng)格。接觸類(lèi)型使用單面自動(dòng)接觸。設(shè)置了邊界條件與荷載。求解采用ANSYS自帶的LS-DYNASOLVER求解器進(jìn)行計(jì)算求解。后處理采用LS-PREPOST軟件,對(duì)求解數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和生成各類(lèi)圖表,從而分析出不同水流速度、不同冰塊平面尺寸、不同冰塊厚度、不同冰塊撞擊角度等工況下冰塊對(duì)輸水明渠撞擊力的影響。隨后進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),利用冰塊撞擊輸水明渠邊壁試驗(yàn)多功能明渠變坡試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究。模擬在不同冰塊流速、冰塊平面尺寸、冰塊厚度等工況下,輸水明渠中冰塊撞擊輸水明渠邊壁的全過(guò)程,采集撞擊力數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果基本吻合。說(shuō)明數(shù)值計(jì)算結(jié)果是正確可用的。本文的研究對(duì)西部寒旱地區(qū)輸水明渠的設(shè)計(jì)、以及建成后的運(yùn)行管理提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐,豐富了冰力學(xué)試驗(yàn)的內(nèi)涵。
【圖文】：

３６邋ｍ３／Ｓ，年引水量４．４３億ｍ３，控制灌溉面積為８６萬(wàn)畝［５°］。在工程使用過(guò)程中，，凍融破逡逑壞以及冰的撞擊力、膨脹力都會(huì)對(duì)輸水明渠的襯砌造成破壞，加速渠道老化。渠底板與逡逑渠坡破壞情況如圖３．邋５、圖３．邋６所示。逡逑圖３．邋５渠首明渠底板砼破裂沖蝕圖逡逑Ｆｉｇ３．５邋Ｃｒｅｖｉｃｅｓ邋ｂｏｔｔｏｍ邋ｃａｎａｌ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｃｒａｃｋｅｄ邋ｅｒｏｓｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑ｍｍ逡逑＿逡逑圖３．邋６渠首明渠渠坡砼破裂露筋圖逡逑Ｆｉｇ３．６邋Ｔｈｅ邋ｆｒａｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｎａｌ邋ｓｌｏｐｅ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ逡逑－２４－逡逑

３６邋ｍ３／Ｓ，年引水量４．４３億ｍ３，控制灌溉面積為８６萬(wàn)畝［５°］。在工程使用過(guò)程中，凍融破逡逑壞以及冰的撞擊力、膨脹力都會(huì)對(duì)輸水明渠的襯砌造成破壞，加速渠道老化。渠底板與逡逑渠坡破壞情況如圖３．邋５、圖３．邋６所示。逡逑圖３．邋５渠首明渠底板砼破裂沖蝕圖逡逑Ｆｉｇ３．５邋Ｃｒｅｖｉｃｅｓ邋ｂｏｔｔｏｍ邋ｃａｎａｌ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｃｒａｃｋｅｄ邋ｅｒｏｓｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑ｍｍ逡逑＿逡逑圖３．邋６渠首明渠渠坡砼破裂露筋圖逡逑Ｆｉｇ３．６邋Ｔｈｅ邋ｆｒａｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｎａｌ邋ｓｌｏｐｅ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ逡逑－２４－逡逑
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TV672

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 貢力;靳春玲;;西部干寒地區(qū)引水明渠病害特點(diǎn)及治理措施[J];建設(shè)監(jiān)理;2014年12期

2 穆祥鵬;陳文學(xué);崔巍;郭曉晨;王琦;;長(zhǎng)距離輸水渠道冰期運(yùn)行控制研究[J];南水北調(diào)與水利科技;2010年01期

3 王曉玲;張自強(qiáng);李濤;安娟;;引水流量對(duì)引水渠道中水內(nèi)冰演變影響的數(shù)值模擬[J];水利學(xué)報(bào);2009年11期

4 茅澤育,張磊,王永填,吳劍疆;采用適體坐標(biāo)變換方法數(shù)值模擬天然河道河冰過(guò)程[J];冰川凍土;2003年S2期

5 茅澤育,吳劍疆,張磊,張瑞廷;天然河道冰塞演變發(fā)展的數(shù)值模擬[J];水科學(xué)進(jìn)展;2003年06期

6 吳劍疆,茅澤育,王愛(ài)民,張磊;河道中水內(nèi)冰演變的數(shù)值計(jì)算[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年05期

7 茅澤育,吳劍疆,佘云童;河冰生消演變及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究進(jìn)展[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2002年S1期

8 魏良琰,黃繼忠;冰蓋流阻力與綜合Manning糙率[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2002年04期

9 張學(xué)成,可素娟,潘啟民,趙安林;黃河冰蓋厚度演變數(shù)學(xué)模型[J];冰川凍土;2002年02期

10 王軍;平衡冰塞厚度與水流條件和冰流量關(guān)系的試驗(yàn)研究[J];蘭州大學(xué)學(xué)報(bào);2002年01期

本文編號(hào)：2619772