模袋混凝土渠道糙率系数现场试验与数值模拟

发布时间：2020-06-15 16:41

【摘要】：我国北方地区由于气候寒冷,混凝土等刚性材料衬砌的渠道经常受到冻胀破坏,严重地影响了渠道的安全运行以及工程效益的发挥。为了解决衬砌渠道冻胀破坏这一问题,近年来北方许多灌区开始采用模袋混凝土衬砌渠道,因模袋混凝土整体性好,抵抗冻胀变形的能力强,取得了较好的防冻胀效果。但是,目前模袋混凝土衬砌渠道在规划设计中,糙率系数仍然是根据经验选用,影响了渠道工程造价的准确性和运行管理的安全性。本文在总结模袋混凝土衬砌渠道结构型式的基础上,在河套灌区选取了4条分干渠,针对模袋混凝土全断面和复合断面2种渠道衬砌结构型式,开展了模袋混凝土渠道糙率系数的原型观测试验与数值模拟。主要研究成果如下:(1)总结提出了模袋混凝土全断面衬砌渠道和复合断面衬砌渠道2种结构型式,分别在内蒙河套灌区永兰分干渠(11+814)和什巴分干渠(9+903)开展了模袋混凝土全断面衬砌渠道糙率系数原型观测试验,在什巴分干渠(0+200~2+216)和建设二分干渠(1+910~3+040)开展了模袋混凝土复合断面衬砌渠道的原型观测试验研究。试验得出,模袋混凝土全断面衬砌渠道糙率系数为0.0188~0.0216,模袋混凝土复合断面衬砌渠道糙率系数为0.0251~0.0279。(2)建立了原型观测中水力测量误差与渠道糙率测定误差之间的函数关系,分别计算分析了模袋混凝土全断面衬砌渠道和复合断面衬砌渠道的糙率测定误差,得出永兰分干渠(全断面)、什巴分干渠(全断面)、什巴分干渠(复合断面)和建设二分干渠(复合断面)原型观测糙率系数测定最大误差分别为6.253%、3.178%、5.0373%和4.305 0%。(3)采用断面分割法与模袋混凝土复合断面渠道剪应力计算方法相结合,推导出了模袋混凝土复合断面渠道糙率系数计算公式,并将试验观测数据与推导所得的模袋混凝土复合断面糙率计算公式计算数据进行对比,计算结果与试验观测结果的最大相对误差为8.827%,表明计算结果比较准确,能够满足实际工程应用。(4)建立了一个明渠水流的三维模型,采用标准湍流k-ε模型来封闭雷诺时均方程,对模袋混凝土衬砌渠道水流进行了数值模拟。将试验观测数据与数值模拟结果进行了对比,结果表明,试验观测数据值与数值模拟结果基本吻合,最大误差为2.726%。说明建立的三维数学模型及其计算参数合理可行,对今后开展模袋混凝土渠道水力性能试验研究具有一定的指导意义。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV672;TV544

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本文编号：2714706