非恒定流作用下抛石丁坝使用寿命预测方法研究

发布时间：2020-11-01 09:41

　　 丁坝是河道当中常用的整治建筑物之一,它具有束窄河床、壅高水位、调整比降等作用,在航道整治工程中,发挥着不可替代的作用。目前,在机械工程、结构工程等领域,可靠度设计理论已经十分成熟,但航道整治建筑物方面的可靠性设计理论还十分滞后,依然处于起步阶段。因此,为进一步丰富航道整治建筑物的研究内容以及为今后实际工程提供技术参考,对非恒定流条件下抛石丁坝的可靠性及寿命进行研究是十分有必要的。本文基于国家自然科学基金项目“非恒定流作用下山区通航河流丁坝水毁机理及计算仿真研究”(51079165)和国家重点研发计划课题“复杂多分汊河段航道滩槽调控技术及示范”(2016YFC0402106),借助实验室前期试验数据,以长江上游最常用的航道整治建筑物抛石丁坝为研究对象,在对抛石丁坝水力特性和水毁机理充分研究的基础上,分别从非恒定流和疲劳可靠性分析理论的角度开展抛石丁坝可靠性及使用寿命的研究,对其使用寿命进行了探讨,给出了设计使用年限设定的建议。本文的研究结论简述如下:(1)首次从基础统计理论出发,借助概率论中假设检验知识,通过多种假设检验的方法对模型流量过程、五十五年的原型日均流量、脉动压强、纵向瞬时流速进行检验,并最终认为模型流量过程的流量服从对数正态分布,五十五年原型日均流量服从正态分布,脉动压强服从对数正态分布,纵向瞬时流速服从正态分布;给出了模型流量过程和脉动压强的概率密度函数,为能够从结构可靠度理论出发对其进行仿真模拟提供了研究基础;(2)结合实际工程需要,对抛石丁坝的可靠度和使用寿命做出新的定义,使其更加便于应用在工程实际;考虑航道整治建筑物的设计现状,结合结构工程方面设计使用年限的确定方法,给出抛石丁坝这一广泛应用的航道整治建筑物的设计使用年限;(3)从“最大冲深”的角度给出抛石丁坝需要“人工干预”维修管理的标准,作为丁坝失效的判据;基于流量过程和最大冲深,用非恒定流的流量过程出现频率作为可靠性的评价标准;(4)从结构工程和机械工程等领域中的疲劳可靠性分析理论出发,将丁坝的寿命按照对数正态分布进行研究,推导出丁坝可靠度计算公式和使用寿命计算公式。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV863
【部分图文】：

前无论是基于恒定流还是非恒定流，针对丁坝的研究成果都十分丰富，究都是基于物理模型和理论分析结合的研究方法。近些年随着计算机软发展，不论是恒定流还是非恒定流作用下，也产生了通过计算机技术进近水沙运动及水毁机理、坝体结构周围三维水流结构的研究等成果。是，针对丁坝可靠度及使用寿命的预测研究却只是基于恒定流条件下，定流作用下这一最接近天然情况的研究却是空白。因此，本文在实验室恒定流作用下丁坝水力特性及水毁机理的研究基础上，基于前期试验数据定流作用下丁坝的可靠度及使用寿命预测开展进一步的研究，本章对试实验内容进行简单的介绍。水槽概化模型设计型试验进行正态概化设计，模型试验地点是在重庆交通大学国家内河航程技术研究中心航道整治试验大厅的矩形玻璃水槽中进行，该矩形玻璃30m，宽 2m，高 1m，如图 3-1。

山区河流的丁坝布置一般采用正挑和下挑，故模型试验采用挑角为 90o和 120o。对不同的坝头形状做对比研究，取三种坝头形状：圆弧直头、圆弧勾头、扇形勾头，如图 3-3。（4）坝体材料粒径确定实际工程中坝体材料粒径的确定是依据《航道整治工程技术规范》10.6.2.1 公图 3-3 坝体断面示意图图 3-4 坝头形状示意图

（4）坝体材料粒径确定实际工程中坝体材料粒径的确定是依据《航道整治工程技术规范》10.6.2.1 公式计算，即d=0.04V2(3.2)式中d——块石的等容粒径（m）；V——建筑物处表面流速（m/s）。模型丁坝需保证和原型起动相似，故采用天然材料，粒径将根据流速比尺公式 = 确定出模型坝体块石的起动流速后，由公式（3.2）确定出模型坝体块石粒径。经计算粒径范围为 0.6cm—1.2cm。（5）材料及粒径确定通过前期的研究成果对比分析表明，对于动床试验，天然石英砂作为模型沙能够更好地应用到动床试验当中来模拟床面变形[71]。因此，为了使实验结果和天图 3-4 坝头形状示意图
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本文编号：2865356