冬季运行中渠冰生消对输水明渠影响的研究

发布时间：2020-04-08 19:58

【摘要】：根据经济发展的需要,跨流域输水工程成为解决地区贫富差距、改善生态环境的一种重要手段。在我国西部地区,由于冬季较为寒冷,输水建筑物内水流会出现结冰现象。在气温降低到0度以下后,水流内首先会出现水内冰,水内冰经过发展逐渐形成冰花,继而堆积形成冰盖。到第二年温度逐渐升高,冰盖开始融化,形成许多大小不一的冰块。这些冰块在随水流流动的过程中会对明渠边壁进行碰撞,导致明渠边壁的破坏。更严重的情况会形成冰塞,造成输水建筑物的破坏,威胁当地人民群众的生命财产安全以及水利工程的安全运行。本文以冬季运行中渠冰生消对输水明渠的影响为研究对象,在国内和国外现有研究的基础上,通过理论分析、数值计算以及室内冰力学试验综合进行研究。主要对冰块撞击力对输水明渠的影响进行研究,采用接触碰撞算法中的对称罚函数法针对冰块撞击力对输水明渠边壁的影响进行理论分析。选取引大入秦工程东二干渠的一段矩形明渠为实例,分析了输水明渠的破坏机理。使用ANSYS软件进行输水明渠模型与冰块模型的建立,单元选取3D Solid164八节点实体单元,定义材料为线弹性材料,对输水明渠模型划分单元采用扫略网格,对冰块模型划分单元采用映射网格。接触类型使用单面自动接触。设置了边界条件与荷载。求解采用ANSYS自带的LS-DYNASOLVER求解器进行计算求解。后处理采用LS-PREPOST软件,对求解数据进行显示和生成各类图表,从而分析出不同水流速度、不同冰块平面尺寸、不同冰块厚度、不同冰块撞击角度等工况下冰块对输水明渠撞击力的影响。随后进行室内试验,利用冰块撞击输水明渠边壁试验多功能明渠变坡试验装置进行试验研究。模拟在不同冰块流速、冰块平面尺寸、冰块厚度等工况下,输水明渠中冰块撞击输水明渠边壁的全过程,采集撞击力数据,对数据进行处理后与数值计算结果进行对比,验证了室内试验结果与数值计算结果基本吻合。说明数值计算结果是正确可用的。本文的研究对西部寒旱地区输水明渠的设计、以及建成后的运行管理提供理论依据与技术支撑,丰富了冰力学试验的内涵。
【图文】：

渠首,露筋,明渠

３６邋ｍ３／Ｓ，年引水量４．４３亿ｍ３，控制灌溉面积为８６万亩［５°］。在工程使用过程中，，冻融破逡逑坏以及冰的撞击力、膨胀力都会对输水明渠的衬砌造成破坏，加速渠道老化。渠底板与逡逑渠坡破坏情况如图３．邋５、图３．邋６所示。逡逑图３．邋５渠首明渠底板砼破裂冲蚀图逡逑Ｆｉｇ３．５邋Ｃｒｅｖｉｃｅｓ邋ｂｏｔｔｏｍ邋ｃａｎａｌ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｃｒａｃｋｅｄ邋ｅｒｏｓｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑ｍｍ逡逑＿逡逑图３．邋６渠首明渠渠坡砼破裂露筋图逡逑Ｆｉｇ３．６邋Ｔｈｅ邋ｆｒａｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｎａｌ邋ｓｌｏｐｅ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ逡逑－２４－逡逑

渠首,明渠,底板,输水明渠

３６邋ｍ３／Ｓ，年引水量４．４３亿ｍ３，控制灌溉面积为８６万亩［５°］。在工程使用过程中，冻融破逡逑坏以及冰的撞击力、膨胀力都会对输水明渠的衬砌造成破坏，加速渠道老化。渠底板与逡逑渠坡破坏情况如图３．邋５、图３．邋６所示。逡逑图３．邋５渠首明渠底板砼破裂冲蚀图逡逑Ｆｉｇ３．５邋Ｃｒｅｖｉｃｅｓ邋ｂｏｔｔｏｍ邋ｃａｎａｌ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｃｒａｃｋｅｄ邋ｅｒｏｓｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑ｍｍ逡逑＿逡逑图３．邋６渠首明渠渠坡砼破裂露筋图逡逑Ｆｉｇ３．６邋Ｔｈｅ邋ｆｒａｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｎａｌ邋ｓｌｏｐｅ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ逡逑－２４－逡逑
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV672

【参考文献】