【摘要】：我國北方地區(qū)由于氣候寒冷,混凝土等剛性材料襯砌的渠道經(jīng)常受到凍脹破壞,嚴(yán)重地影響了渠道的安全運(yùn)行以及工程效益的發(fā)揮。為了解決襯砌渠道凍脹破壞這一問題,近年來北方許多灌區(qū)開始采用模袋混凝土襯砌渠道,因模袋混凝土整體性好,抵抗凍脹變形的能力強(qiáng),取得了較好的防凍脹效果。但是,目前模袋混凝土襯砌渠道在規(guī)劃設(shè)計(jì)中,糙率系數(shù)仍然是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用,影響了渠道工程造價(jià)的準(zhǔn)確性和運(yùn)行管理的安全性。本文在總結(jié)模袋混凝土襯砌渠道結(jié)構(gòu)型式的基礎(chǔ)上,在河套灌區(qū)選取了4條分干渠,針對模袋混凝土全斷面和復(fù)合斷面2種渠道襯砌結(jié)構(gòu)型式,開展了模袋混凝土渠道糙率系數(shù)的原型觀測試驗(yàn)與數(shù)值模擬。主要研究成果如下:(1)總結(jié)提出了模袋混凝土全斷面襯砌渠道和復(fù)合斷面襯砌渠道2種結(jié)構(gòu)型式,分別在內(nèi)蒙河套灌區(qū)永蘭分干渠(11+814)和什巴分干渠(9+903)開展了模袋混凝土全斷面襯砌渠道糙率系數(shù)原型觀測試驗(yàn),在什巴分干渠(0+200~2+216)和建設(shè)二分干渠(1+910~3+040)開展了模袋混凝土復(fù)合斷面襯砌渠道的原型觀測試驗(yàn)研究。試驗(yàn)得出,模袋混凝土全斷面襯砌渠道糙率系數(shù)為0.0188~0.0216,模袋混凝土復(fù)合斷面襯砌渠道糙率系數(shù)為0.0251~0.0279。(2)建立了原型觀測中水力測量誤差與渠道糙率測定誤差之間的函數(shù)關(guān)系,分別計(jì)算分析了模袋混凝土全斷面襯砌渠道和復(fù)合斷面襯砌渠道的糙率測定誤差,得出永蘭分干渠(全斷面)、什巴分干渠(全斷面)、什巴分干渠(復(fù)合斷面)和建設(shè)二分干渠(復(fù)合斷面)原型觀測糙率系數(shù)測定最大誤差分別為6.253%、3.178%、5.0373%和4.305 0%。(3)采用斷面分割法與模袋混凝土復(fù)合斷面渠道剪應(yīng)力計(jì)算方法相結(jié)合,推導(dǎo)出了模袋混凝土復(fù)合斷面渠道糙率系數(shù)計(jì)算公式,并將試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)與推導(dǎo)所得的模袋混凝土復(fù)合斷面糙率計(jì)算公式計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)觀測結(jié)果的最大相對誤差為8.827%,表明計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確,能夠滿足實(shí)際工程應(yīng)用。(4)建立了一個(gè)明渠水流的三維模型,采用標(biāo)準(zhǔn)湍流k-ε模型來封閉雷諾時(shí)均方程,對模袋混凝土襯砌渠道水流進(jìn)行了數(shù)值模擬。將試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比,結(jié)果表明,試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)值與數(shù)值模擬結(jié)果基本吻合,最大誤差為2.726%。說明建立的三維數(shù)學(xué)模型及其計(jì)算參數(shù)合理可行,對今后開展模袋混凝土渠道水力性能試驗(yàn)研究具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV672;TV544

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本文編號：2714706