干船坞渗流数值模拟研究及其应用

发布时间：2017-08-24 20:42

  本文关键词：干船坞渗流数值模拟研究及其应用

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【摘要】：船坞是供修造船舶用的水工建筑物。船坞分为干船坞和浮船坞两种。其中干船坞是三面接陆一面临水,其周围地下水位和江水位都较高,船坞的地下结构都受到地下水较大的作用力。虽然我们可以利用排水减压设施可以有效地降低或消除地下水对船坞地下结构的作用力,但是由于排水减压将地下水位降低后,会产生较大的水位差形成较大的水力坡降,从而导致渗流的不稳定和管涌、流土的发生。为了保证渗流稳定,防止管涌和流土的发生,对船坞的渗流分析是必不可少的。 干船坞渗流问题通常采用实验和有限元亦或是二者结合的方式给出,但是常常由于实验繁杂或是计算量过大而导致不能很快的给出具有高可靠性的渗流分析结果。渗流分析结果包括了渗流水头分布、渗流速度分布和通过坞底的渗流量,在实际工程中,考虑更多是通过干船坞底部的渗流量。坞底渗流量的大小直接关系着建造排水设施的方案,如果渗流量过大,则方案的经济性和安全性的成本将会很高,所以我们要将通过船坞渗流量控制在一个合理的范围内,使得工程又经济又安全。 现行规范还是交通部于1987年发布的《干船坞设计规范》,通过对现行船坞设计规范分析,干船坞渗流量计算公式中渗透轮廓线的等效总长度不易直接求出,采用离散方法等效代替,将渗透轮廓线由曲线离散分解为直线段,容易产生误差,并且化简过程繁杂不方便设计人员计算。 本文构造了多种干船坞模型进行数值模拟,考虑了干船坞坞底宽度、透水地基厚度和防渗帷幕的影响,基于大连理工大学独立开发的Hydroinfo水力信息系统系统计算出渗流水头分布、渗流速度分布和通过坞底的渗流量。根据点源、线源推导出的渗流量计算公式,并以此基于量纲分析导出半理论计算公式,再依据已得出渗流量计算结果得到新的干船坞渗流量计算公式。公式精度是采取加拿大的一款渗流软件GeoStudio来验证,同时分析水头分布与渗流速度的影响,并注意防治帷幕与船坞底部的加固。
【关键词】：Hydroinfo 干船坞 渗流计算 防渗帷幕 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U673.331
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 问题的提出8
• 1.2 渗流分析的发展状况8-10
• 1.2.1 国外发展状况8-9
• 1.2.2 国内发展状况9-10
• 1.3 干船坞渗流分析的任务、内容及方法10-12
• 1.3.1 干船坞渗流分析的任务10
• 1.3.2 干船坞渗流分析的内容10
• 1.3.3 干船坞渗流计算方法概述10-12
• 1.4 本论文研究的指导思想和主要工作12
• 1.5 本章小结12-13
• 2 渗流分析的基本理论及基本方法13-33
• 2.1 渗流计算基本理论13-18
• 2.1.1 渗流的基本概念13
• 2.1.2 渗流的连续性方程13-17
• 2.1.3 稳定渗流的基本微分方程17
• 2.1.4 定解条件17-18
• 2.2 有限单元法概述18-19
• 2.3 渗流分析的有限元计算原理19-27
• 2.3.1 渗流计算有限元法基本思路20
• 2.3.2 形函数的确定20-21
• 2.3.3 渗流计算有限元解法21-25
• 2.3.4 渗流量计算25-27
• 2.4 Hydroinfo在渗流计算中的应用27-32
• 2.4.1 Hydroinfo软件简介27-29
• 2.4.2 模型求解介绍29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 干船坞渗流计算公式的推导33-39
• 3.1 现行干船坞渗流计算公式分析33-35
• 3.2 基于点源的渗流计算公式35-36
• 3.3 基于线源的渗流计算公式36-37
• 3.4 基于量纲分析的半理论公式37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 干船坞渗流有限元分析39-59
• 4.1 模型简介39-40
• 4.2 干船坞渗流有限元模型40-42
• 4.3 计算结果分析42-57
• 4.3.1 渗流水头计算结果42-48
• 4.3.2 渗流速度计算结果48-55
• 4.3.3 渗流量计算结果55-57
• 4.4 新渗流计算公式参数确定57-58
• 4.4.1 参数α的确定57
• 4.4.2 计算域影响系数的确定57
• 4.4.3 防渗帷幕影响系数的确定57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 新干船坞渗流公式的验证59-70
• 5.1 GeoStudio软件简介59
• 5.2 验证模型简述59
• 5.3 渗流求解步骤59-62
• 5.4 渗流计算结果分析62-68
• 5.4.1 渗流水头计算结果62-65
• 5.4.2 渗流速度计算结果65-67
• 5.4.3 渗流量计算结果67-68
• 5.5 新船坞渗流公式的验证68-69
• 5.6 本章小结69-70
• 6 总结与展望70-71
• 参考文献71-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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3 陈崇希,万军伟;地下水水平井流的模型及数值模拟方法——考虑井管内不同流态[J];地球科学;2002年02期

4 邢景棠,周盛,崔尔杰;流固耦合力学概述[J];力学进展;1997年01期

5 黄延章;杨正明;何英;王学武;骆雨田;;低渗透多孔介质中的非线性渗流理论[J];力学与实践;2013年05期

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本文编号：733057