為緩解我國水資源時空分布不平衡的問題,建設長距離輸水工程成為我國水資源優(yōu)化配置重要舉措。長距離輸水工程大部分均跨越了北方高寒區(qū)域,水流自低緯度地區(qū)往高緯度地區(qū)輸送,但由于冬季輸水易發(fā)生各類冰凌災害,因此冰期輸水難度較大。針對冬季輸水渠道,一方面,水位波動干擾浮冰形成穩(wěn)定冰蓋,或引起初封冰蓋破碎,使流冰在下游渠段堆積形成冰塞,威脅冬季輸水安全。形成穩(wěn)封冰蓋后的渠道,輸水邊界條件改變對渠水流態(tài)造成影響規(guī)律復雜,給輸水調(diào)度工作帶來困難。另一方面,在冰蓋保溫作用下,基土凍深在冰蓋位置附近,由此產(chǎn)生不均勻凍脹更加嚴重。此外由于冰蓋熱力增厚和溫升約束的膨脹作用,其對襯砌的靜冰壓力不斷發(fā)展,導致渠道襯砌結構受力情況復雜且可能使襯砌發(fā)生破壞。通過對冰蓋整個生消時期外荷載與膨脹內(nèi)力變化分析,以及其對渠水、襯砌的作用力變化分析,對于保證冬季輸水渠道冰蓋穩(wěn)定防止冰塞災害產(chǎn)生以及進行襯砌結構抗冰凍加固設計具有重要的意義。本文結合冰力學、流變學、熱力學及流體動力學等理論,利用COMSOL Multiphysics有限元軟件引入了橫觀各向同性的粘彈性河冰本構模型并開發(fā)了固定冰蓋下考慮水力因素、糙率動態(tài)變化的非恒定... 

【文章來源】：西北農(nóng)林科技大學陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀與進展
        1.2.1 河冰研究進展
        1.2.2 南水北調(diào)中線工程冬季輸水研究進展
        1.2.3 河冰力學指標及河冰流變本構
        1.2.4 溫升冰壓力及水-冰相互作用
    1.3 研究內(nèi)容和技術路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術路線
第二章 河冰過程及多物理場仿真理論
    2.1 河冰過程與河冰分類
        2.1.1 河冰一般形成過程概述
        2.1.2 河冰分類
        2.1.3 冰蓋發(fā)展模型判別
    2.2 河冰物理過程及河冰模型
    2.3 多物理場仿真理論
        2.3.1 偏微分方程與有限元法
        2.3.2 多場耦合與COMSOL Multiphyisics
第三章 不同渠道斷面形式及溫升變化下冰蓋的力學響應
    3.1 淡水冰力學性能及本構關系
        3.1.1 河冰類型及力學參數(shù)
        3.1.2 河冰流變力學模型
    3.2 溫升作用下的渠道冰蓋熱力耦合模擬
        3.2.1 河冰與渠道的相互作用
        3.2.2 溫升作用下的冰蓋熱力耦合控制方程及數(shù)值模擬
    3.3 不同渠道斷面參數(shù)下的溫升極限冰壓力模擬
        3.3.1 不同冰厚下最大溫升冰壓力的變化
        3.3.2 不同渠道邊坡系數(shù)下最大溫升冰壓力的變化
        3.3.3 不同渠道底寬的溫升最大冰壓力的變化
        3.3.4 不同渠坡約束條件的討論
    3.4 小結
第四章 冬季渠道輸水過程模擬及不同流量調(diào)節(jié)下的水力響應
    4.1 冬季輸水基本概念及考慮冰蓋生消過程的非恒定流模型
        4.1.1 冬季輸水基本概念
        4.1.2 考慮冰蓋生消過程的非恒定流模型
    4.2 考慮綜合糙率、水力因素動態(tài)變化的結冰期渠道水力響應
        4.2.1 計算渠道基本情況及邊界條件
        4.2.2 計算結果及分析
        4.2.3 不同模型參數(shù)的水力響應分析
        4.2.4 不同冰厚、不同上下游水位流量下的水力響應分析
    4.3 穩(wěn)封期加大輸水流量下的冰蓋下作用壓強
    4.4 小結
第五章 考慮水壓-溫升組合作用的冰蓋受力及襯砌破壞機理
    5.1 水壓-溫升組合作用對冰蓋及渠道襯砌的受力影響
    5.2 冰蓋下允許作用壓強探究
        5.2.1 冰蓋下水壓力作用下的強度控制標準探討
        5.2.2 不同冰厚、渠底寬度及坡度的允許水位漲幅
    5.3 水壓-溫升組合作用的渠道冰蓋受力及襯砌破壞機理
        5.3.1 在水壓及溫升組合作用下的冰蓋對襯砌作用力差異
        5.3.2 考慮溫升、水位波動因素下渠道襯砌破壞機理
    5.4 小結
第六章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 存在不足與展望
參考文獻
致謝
個人簡歷
發(fā)表的學術論文
參與的科研項目


【參考文獻】：
期刊論文
[1]冰封河道綜合糙率計算方法比較與分析[J]. 陳剛,張玉蓉,浦承松,張?zhí)炝?顧世祥.  水科學進展. 2018(05)
[2]河冰三軸壓縮強度特性及破壞準則試驗研究[J]. 韓紅衛(wèi),解飛,汪恩良,張棟.  水利學報. 2018(10)
[3]水庫冰表層形變的現(xiàn)場觀測與分析[J]. 黃文峰,李志軍,賈青,王妮.  水利學報. 2016(12)
[4]南水北調(diào)中線河北干渠平封水力控制模擬[J]. 閆弈博,劉國強,劉孟凱,王長德.  武漢大學學報(工學版). 2013(02)
[5]南水北調(diào)中線工程渠道糙率的系統(tǒng)辨識[J]. 楊開林,汪易森.  中國工程科學. 2012(11)
[6]南水北調(diào)中線工程渡槽結構冰蓋溫度膨脹力研究[J]. 周庭正,趙新,黃焱.  南水北調(diào)與水利科技. 2012(03)
[7]南水北調(diào)中線總干渠冬季輸水過渡期運行控制方式探討[J]. 崔巍,陳文學,穆祥鵬,王琦.  水利學報. 2012(05)
[8]靜動水冰厚生長消融全過程的輻射冰凍度-日法預測研究[J]. 練繼建,趙新.  水利學報. 2011(11)
[9]南水北調(diào)中線工程冬季輸水冰情的數(shù)值模擬[J]. 郭新蕾,楊開林,付輝,王濤.  水利學報. 2011(11)
[10]南水北調(diào)中線冰期輸水安全調(diào)度分析[J]. 楊開林,王濤,郭新蕾,付輝,郭永鑫.  南水北調(diào)與水利科技. 2011(02)

博士論文
[1]大型輸水工程冰期輸水能力與冰害防治控制研究[D]. 趙新.天津大學 2011

碩士論文
[1]南水北調(diào)中線冰情綜合分析平臺研究[D]. 李芬.大連理工大學 2016
[2]南水北調(diào)中線干渠冰期輸水控制研究[D]. 趙新.天津大學 2009
[3]冰層熱應力非線性有限元分析[D]. 劉波.天津大學 2004



本文編號：3415507