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[硕士论文] 杨咏梅
水利工程水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:管涌是导致大坝、堤防等水利设施失效的重要原因之一。管涌破坏的发生发展过程实质上是土体颗粒侵蚀、渗流场重分布以及应力状态变化等作用耦合的过程,为了揭示管涌过程中颗粒侵蚀、渗流、应力相互作用条件的管涌发展规律,本文基于现有的渗透理论,开展了向上渗流条件下无粘性散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验研究,探索了应力状态、颗粒级配和干密度影响下对土体管涌的侵蚀,渗流-应力耦合机理,其研究成果可以为水利工程渗透破坏的防治提供参考。本文的主要研究内容及其重要成果包括:
  (1)研制了管涌侵蚀-渗流-应力耦合试验系统,改进了散粒土管涌侵蚀试验装置中压力控制系统,主要将原来使用砝码来增加轴压,改成使用气缸加压,将围压装置改进成可以实时增大或减小,使之可以有效模拟复杂应力状态下的向上渗流散粒土管涌破坏的发生发展过程。
  (2)利用自研管涌侵蚀-渗流-应力耦合试验系统,分别开展了应力状态、颗粒级配、密实度影响下的散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验研究,基于试验结果,分析了渗透流量和水力梯度在管涌侵蚀过程中的变化规律,揭示了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀规律。进一步分析了累积涌砂量和试样体积变化量在管涌侵蚀过程中的变化规律,得到了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀与变形的作用规律。
  (3)基于散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验结果,对不同细颗粒流失量进行实时监测,并对不同细颗粒流失量发生剪切破坏时的围压值进行监测,经过公式换算,得到土体内摩擦角,分析管涌侵蚀试验过程中土体抗剪强度随细颗粒流失量的作用规律,揭示了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀对土体强度的影响规律。
  (4)基于散粒土颗粒侵蚀对土体强度的变化规律,通过假设试样应力状态随细颗粒侵蚀的变化路径开展了散粒土管涌侵蚀试验,进一步揭示了土体应力状态演化与颗粒侵蚀相互作用条件的管涌发展规律。
[硕士论文] 涂金阳
水利工程水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江上游重庆至宜宾河段航道等级从Ⅲ级提升到Ⅱ级,是国家实施西部大开发战略的重要举措,同时也是加快上游地区发展的必然趋势。水师坝滩位于长江上游白沙水道,是集枯水浅滩、险滩为一体的分汊型浅险滩群,滩段水流条件复杂,碍航成因多变。本文采用理论分析和二维水流数学模型,对水师坝浅险滩群水流特性、整治参数及整治措施进行计算了分析,可为山区河流洲头浅险滩群的整治方法提供参考。
  论文的工作内容和研究成果主要有:
  (1)收集了丰富的滩段地形和水文资料,分析了水师坝河段河床演变规律及水文泥沙特性。结合滩段水位、流速及浮标流向等实测资料对平面二维水流数学模型进行了验证计算,给出了适合研究河段的基本参数。
  (2)基于概化水槽模型,通过数模计算和分析提出了流线漂距与横流、流量等的经验关系式以及航槽允许横流的计算式,给出了适合于水师坝河段的横流取值范围为0.5~0.7m/s。基于水师坝天然河段,通过密集工况的水流特性计算分析,给出了断面系数、航道流速、航槽比降、消滩判数等的沿程分布,结果表明,水师坝河段为分汊河道浅险滩群,即洲头上游水浅碍航,和对夹石与洲头对峙形成强烈夹堰水而成险。
  (3)通过多种坝型、坝长、坝轴线走向、坝位以及流量等众多工况的单因素和多因素计算分析,得到了水流速度、横流强度等变化规律,提出洲头顺坝比岸边丁顺坝更适合洲头险滩的整治;分析洲头坝坝头绕流特性,提出洲头坝横向位置的经验计算式;同时分析主汊河宽比μ推算洲头坝位置,两种方法相互得以验证并运用于航道整治。
  (4)本文提出的极速控制法推求整治线宽度,从泥沙起动和上滩流速两个方面控制滩段水流条件,紧密结合滩段实际,比常规的水力学法、造床流量法等传统方法更加符合实际,是一种确定山区河道浅滩整治参数的可靠方法。
  (5)提出了浅滩筑坝束水攻沙,险段炸礁及筑洲头坝调整流态、减缓横流的整治思路,经过多个整治方案的数值模拟和优化,得到的推荐方案基本能达到整治目的,可为实际工程的设计和实施提供技术支撑。
[硕士论文] 杨威
水利工程水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来阶梯溢洪道在消能方面应用比较广泛。在中高水头电站中,阶梯消能结合挑流、底流消能结构能有效减少挑坎出流或者底流入池的水流能量,消能效果比单纯使用挑流、底流消能要好。实际工程中阶梯溢洪道局部区域在水流冲刷和空化气蚀作用下容易破坏,因此研究其破坏机理具有重要的工程意义。目前已有阶梯溢洪道破坏机理研究成果,主要从溢洪道结构优化、混凝土抗磨损能力、水流对阶梯的作用力等方面开展研究。本文针对水流结构对溢洪道的作用,分析流速、水流冲击压强、空化负压等参数的分布规律,研究阶梯型溢洪道的破坏机理及预测方法。
  本文采用物理模型、数学模拟和现场观测相结合的办法,分析门槛滩阶梯溢洪道的外部水流结构,分析溢洪道沿程的最大流速、最大水流冲击压力、最小空化负压的分布情况,预测可能发生破坏的区域。将门槛滩现场破坏区域与预测结果进行对比,确定造成门槛滩阶梯溢洪道破坏的主要因素及其影响权重,提出按因素权重确定的分级判别方法,从而得出阶梯溢洪道的水流作用破坏机理及预测方法。
  分析成果应用于八一桥水电站阶梯溢洪道,根据物理模型试验和三维数学模型的计算成果,分析八一桥阶梯溢洪道的最大流速、最大水流冲击压强、最小空化负压力等参数的分布规律,再结合门槛滩电站总结的破坏机理,预测八一桥阶梯溢洪道是否会发生破坏,以及长期运行后容易破坏的高风险区域。
  该研究成果可以在采用阶梯溢洪道的类似水电站消能结构中应用,为阶梯消能结构的风险分析、设计优化和管理维护提供技术支撑。
[硕士论文] 何梦男
水利工程水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:城市化的快速发展使得城市不透水下垫面急剧增多,导致地表径流量和径流系数增加、城市洪涝问题日益突出,制定合理的洪涝灾害应急疏散预案对于保障人民群众的生命财产安全具有重要的现实意义。传统的洪水灾害应急疏散主要采取演练的方式来提高人们的应急疏散意识,相较于演练方式,建立洪水应急疏散模型能够对疏散过程进行科学的量化表达,已成为应急疏散研究的重点。目前的洪水应急疏散研究大多是通过宏观概化模型来制定和优化最短疏散路径,往往缺乏对人的合理疏散行为的考虑,导致相关路径规划算法存在效率低、视野局限等问题。基于元胞自动机的疏散模型,能够从微观的角度上通过适当的规则演绎人的合理疏散行为规律,从而为城市防洪减灾应急预案提供参考和指导,对于提高洪涝灾害应急疏散能力具有重要意义。
  本研究基于元胞自动机理论建立了洪水灾害应急疏散模型,在进行静态障碍全局最短路径算法优化的研究基础上,开发了面向洪水过程的动态路径优化算法,实现了单人疏散向人群疏散的拓展,并对洪水应急疏散过程进行仿真模拟。论文主要研究内容与结论如下:
  (1)基于元胞自动机的全局最短疏散路径算法优化。通过构建静态障碍分布下的绕行距离场,设置最小绕行规则,提出了一种基于元胞自动机的全局最短路径优化算法(GSPCA),并提出了适用于平原城市的GSPCA2D模式算法和适用于山地丘陵城市的GSPCA3D模式算法。与启发式搜索算法(A*算法)相比可避免出现贴壁绕行现象,时间步数平均减少11.09%,路径长度平均缩短12.39%(GSPCA_2D)、16.82%(GSPCA_3D),求解效率更高,搜索的路径更优。
  (2)洪水过程疏散路径动态优化模型。通过构建洪水过程中的绕行距离场,设置考虑初始预判时间的动态最小绕行规则,提出了一种基于元胞自动机的洪水过程疏散路径动态优化算法(FPPCA),该优化算法可以结合洪水过程,快速而精确地求解不同地理位置的最佳疏散时间范围,并动态优化更安全的最短疏散路径。
  (3)洪水过程人群疏散模型。通过设计人群状态,考虑人群间竞争关系,实现了FPPCA单人疏散算法向洪水过程人群疏散算法的拓展。该算法不仅可以模拟疏散过程中发生拥堵的地点、时间以及通行量较大的路线,还可以模拟突发洪水情况下可能受困位置以及估算洪水应急疏散的最少用时。
[硕士论文] 李子晗
水利水电工程 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:黑龙江干流堤防因其特殊结构与填土材料,在上游侧较高水位长期浸泡及水位骤降的影响下,产生了一系列不利于堤防边坡稳定的现象。通过探究堤防的结构稳定性及内部的渗流稳定性来判断其是否能满足运行需求,具有避免滑坡,溃坝等事故发生的实际意义。
  本文考虑堤基、地质和地下水等因素,分析堤防在汛期的破坏机理,以汛期高水位长期浸泡及水位下降为运行条件,多种土料组成为研究工况,对堤防在行洪期间的渗流稳定和抗滑稳定进行研究。进行了试验土样的取样与物理力学试验,在此基础上设计并进行了砂槽模型在高水位长期浸泡及水位骤降时期的堤防稳定性试验,观测了堤防边坡的稳定性,渗流场及内部的土水压力变化过程。根据总结的堤防边坡稳定分析方法,利用数值软件对不同断面形式的堤防稳定性,土体强度参数及内部渗流线和坡降进行了研究,对砂槽试验的结果进行了验证与补充。
  分析表明,堤防土体在受到高水位长期浸泡后,各断面组成的土体强度在短时间内迅速减小,其内部渗流线在坡脚处逐渐压缩集中,背水坡坡脚处坡降最大,堤后水流出逸点均位于堤脚附近。主体为粘性土的堤防模型因渗透系数等原因较砂性土为主的堤防模型在水位骤降的工况下迎水坡面更容易发生较大的渗透破坏。
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