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[硕士论文] 张翔宇
水利工程;港口海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡水库的建设对我国社会经济持续发展起着重要作用,而三峡水库运行以后入库泥沙呈现细化趋势,中值粒径在001mm左右。而细颗粒泥沙以往被归于冲泻质且不参与造床作用,且一旦落淤极难清理,对库区航道正常功能的发挥及维护带来极大的压力。因此,寻求细颗粒泥沙起动的临界条件及可用于三峡库区判断冲淤的水流条件判定指标,对于解决三峡库区细颗粒泥沙淤积问题以及理论研究都具有重大意义。
  本文采用二维水流数学模型与理论分析相结合的方法进行,对三峡库区黄花城河段冲淤变化进行了初步研究,主要成果包括:
  (1)通过分析黄花城河段实测2000-2012年的大断面水沙资料以及泥沙冲淤情况,可知三峡库区呈现出“多水少沙”的来水来沙特点且入库泥沙逐渐细化,库区年内总体冲淤规律为汛期和枯水期淤积、消落期冲刷。冲刷区域和淤积区域表现为间断性的交替分布,且依旧处于冲刷、淤积动态交替的变化中。
  (2)根据实测的2012年7-10月的黄花城水道连续时间序列地形数据,使用地形法绘制河段冲淤变化图,明确冲刷淤积分别对应的位置及冲淤厚度,并选取特征断面。同时建立二维水流数学模型,经现场试验数据验证后得到特征断面每个点冲淤厚度分别对应的水流条件。
  (3)根据各断面冲淤厚度建立水流条件冲淤梯度,寻找到各特征断面临界水深,并探究水深对于细颗粒泥沙起动的影响。
  (4)验证现有的挟沙力公式是否满足黄花城水道实际冲淤变化规律,率定黄花城水道判定指标公式参数,得到可适用于黄花城水道、能够代表冲淤变化的水沙条件判定指标f(v,h)=S-0.2×(v3/gRω)076。
[硕士论文] 胡宏
水利工程;港口海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:有压管道系统是引水系统的重要组成部分,水力发电过程中高压管道内常常伴随着水击现象,而且此现象不可避免。为减小水击对水电站有压管道系统的影响,通常在有压管道系统中布置调压室以破坏有压管道系统的封闭性。而如何高效的运行调压井与管道系统,一直是水击研究的热点。本研究对有压管道系统非恒定流进行三维数值模拟,为类似工程拓展了一种新方法,促进了水利学科的发展。
  本文以刘家峡有压管道为依托工程,采用SOLIDWORKS建立三维计算模型,GAMBIT对计算模型划分结构化网格,运用FLUENT计算流体力学软件进行计算。最后运用TECPLOT软件对计算结果进行后处理。该模型主要包括排发电支洞、调压井和电站高压管道;计算过程中运用动网格技术实现阀门的动态启闭。由于该模型(调压井内水流)涉及空气和水流两种介质不断交换问题,模型拟采用成熟的VOF技术处理该技术难题。采用已有的刘家峡有压管道非恒定流模型试验成果,对有压管道系统三维非恒定流数值模型进行验证。结果表明,两者吻合较好。初步认为本研究是可以成为研究三维有压管道系统的有效途径。
  两台机组同时丢荷下数模结果表明:流场方面:发电支洞与调压井连接处出现顺时针漩涡,高压管道靠近阀门的地方有顺时针旋涡。高压管道在弯管处流速流态变化较大。一个水击波传播周期内,有压管道系统内流速呈现出先减小再增大再减小再增大的规律。最大流速发生在调压井内。压力方面:一个水击波传播周期内,发电支洞与调压井、高压管道内压力呈现出先增大后减小再减小再增大的规律。最大压力发生在高压管道靠近阀门处的区域。紊动能方面:一个水击波传播周期内,有压管道系统紊动能和紊动耗散率均呈现处逐渐减小的规律。并且逐渐向调压井的下方移动。调压井与靠近阀门出的弯管区域紊动最大。
  两台机组增荷下数模结果表明:流场方面:发电支洞与调压井连接处出现顺时针漩涡,高压管道靠近阀门的地方有顺时针旋涡。一个水击波传播周期内,有压管道系统内流速呈现出先增大再减小再增大再减小的规律。最大流速发生在调压井内。压力方面:一个水击波传播周期内,发电支洞与调压井、高压管道内压力呈现出先减小后增大再增大再减小的规律,其中高压管道在1/4周期内产生了负压。最大压力发生在高压管道靠近阀门处的区域。紊动能方面:一个水击波传播周期内,有压管道系统紊动能和紊动耗散率均呈现处逐渐减小的规律。并且逐渐向调压井的下方移动。调压井与靠近阀门出的弯管区域紊动最大。
[硕士论文] 杨艳红
水利工程;港口海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长期以来,船闸耗水与枢纽中电站机组发电用水一直是矛盾的双方,尤其是当船闸工作水头和尺度较大时,船闸运行耗水量亦随之大幅增加。设计省水船闸,既可达到节约用水的目的,实现水资源的高效利用,亦可满足船舶的过闸要求。此外,对于高水头船闸而言,采用省水方案可显著削减阀门工作水头,从而有效解决复杂的阀门水力学问题。目前,关于省水船闸水动力学的研究,主要针对单一的实际工程,采用物理模型试验手段进行研究,缺乏系统的研究成果。为此,本文选取尺度为190m×23m(长×宽)的船闸作为研究对象,采用一维和三维水流数值模拟方法,系统研究了20m~40m水头条件下的合理阀门启闭方式、一维和三维输水水力特性、阀门廊道后压力等,得到以下研究成果:
  1.在同一输水系统条件下,省水阀门采用“慢开快关”,主阀门采用“快开快关”的启闭方式时,带一级省水池船闸主阀门均不适宜提前开启,带两级省水池船闸方案,省水池阀门可采用“动水关阀+提前量”的启闭方式,以缩短船闸输水时间。
  2.考虑下一级省水阀门提前开启的情况下,船闸输水过程的非恒定流方程组中不应忽略闸室水面升降速度对水力特性的影响。根据银盘省水船闸物理模型实测数据,验证了基于Bernoulli方程所建立的数学模型的可靠性。
  3.针对该船闸尺度条件下的带一级和两级省水池方案,提出了20m、25m、30m、35m、40m各水头情况下合理的阀门启闭组合方式。同时针对带两级省水池方案,得到了省水阀门提前量、阀门开启时间及全开停留时间间的变化关系。
  4.针对相同船闸尺度,采用RNG k~ε紊流模型,建立了带两级省水池船闸的三维紊流数学模型。通过动网格技术模拟阀门动态启闭,VOF法预测闸室及省水池自由水面升降,计算得到了水头在23.7m条件下的各输水阀门压力特性和闸室三维细部流场特性。
[硕士论文] 史西西
港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:渗透破坏问题是堤防、土石坝等涉水工程面临的重要问题。土石坝的作用是拦水蓄库,随着库水位抬高,将会在坝体与地基土体之间形成水压差,有产生渗流破坏的可能,故设计土石坝时,既要满足稳定要求,又要采取措施,防止产生渗透破坏,满足渗透稳定的要求,保证土石坝的安全运行。
  而反滤层是防止渗透破坏最有效的措施,在渗流出口处设置反滤层,起到滤土和减压的作用,从而达到渗透稳定的目的。在自然界中,土的类型繁多,性能差异很大,如何使设置的反滤层既经济,又能体现被保护土特征,保证渗透稳定性,采用妥善的滤层准则至关重要,否则就会造成反滤层功能的整体失效。论文依托国家自然科学基金青年基金项目“基于随机方法的散粒多孔介质相变机理及管涌相变-渗流-应力耦合模型”(51409029),通过室内渗透试验研究了基料-滤层系统散粒土细颗粒渗透破坏的发生发展过程。基于试验数据,探讨了层间系数、颗粒级配、水力条件、层厚比等因素对散粒土细颗粒水力迁移的影响。主要的研究内容与成果如下:
  (1)以太沙基滤层准则为理论基础,利用自行研制的大型渗透仪,研究梯度水流下基料和滤料颗粒组成对被保护土颗粒水力运移的影响。重点研究了被保护土发生运移和冲出滤层造成颗粒流失的临界水力梯度,以及试验过程中流速和渗透系数的变化,探究了基料-滤层系统过滤被保护土作用有效性的影响因素。
  (2)探究水头差按不同幅度的均匀变化,以及几种特定幅度的循环变化两种水力条件对被保护土运移规律的影响。研究不同水力条件对被保护土颗粒水力运移以及临界条件的影响,揭示了水力梯度变化对滤层有效性的影响。
  (3)分别以失效的、有效的基料-滤层系统为基础,对比各种滤层厚度的基料-滤层系统的临界水力梯度和破坏水力梯度,观察渗流过程中被保护土的状态变化,来研究层厚比对两种系统的被保护土颗粒水力运移的影响,揭示了层厚比与滤层滤土作用有效性的关系。
[硕士论文] 薛飞龙
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:金沙江、岷江水电枢纽调峰发电引起非恒定流下泄,致使叙泸段河道流量和水位相较于天然情况具有变化快、变幅大的特点,给航道通航、管理维护带来新的困难。本文采用实测资料分析和非恒定流数学模型作为研究手段,针对叙泸段河道非恒定流传播特性及其对航道要素的影响展开研究,包括非恒定流波高衰减、传播速度、流量和水位变化及与恒定流条件时的差异等,讨论河道不同平面形态对非恒定流传播影响,研究日调节非恒定流对航道尺度、流速和比降等水力要素的影响。取得主要结论如下:
  (1)宜宾常见非恒定流波高为0.8~1.5m,自水位波峰起向下传播至观音背历时约12~14h,波高衰减约为宜宾初始波高的1/2;非恒定流流量基值越大时,波的衰减坦化效果越不明显;沿程最低水位仅受流量基值影响,而与流量峰值大小无关;随传播距离增加,沿程水位最大日变幅整体呈减小趋势;
  (2)典型非恒定流传播周期约26h,波长约217.4km,平均传播速度为8.4km/h,且半个波长内波速沿程减小。非恒定流条件下沿程流量变幅大小仅与初始流量波幅以及周期有关,而与初始流量峰值、基值绝对大小无关。周期越短,衰减速率越快,衰减幅度越大。随着传播距离增加,流量变幅衰减趋势减缓,半个波长后衰减为初始流量变幅的54.2%~64.5%,水位波峰沿程下降、波谷沿程抬升,变化幅度逐步减小,但总的周期保持不变;
  (3)相较于恒定流条件,自宜宾流量波峰起沿程流量逐步减小,自波谷起沿程流量逐步增加,随着距离的增加,沿程流量变幅缩小,向平均值靠拢;水位变化与流量变化规律相似,非恒定流与恒定流时观音背水位差达2m左右;
  (4)顺直河道自上而下非恒定流波高逐步减小,波高坦化率逐渐增大,波的衰减速度加快。放宽型河道非恒定流波高快速下降,促进波的衰减坦化;束窄型河道水位沿程下降、波高衰减速率沿程减小,抑制波形坦化。在弯曲河道非恒定流波高变化与具体滩性及弯曲半径有关;
  (5)流量上涨水面比降跟峰增加,流量下降比降随谷减小;非恒定流产生的附加比降最大值出现上涨或下降段期间。流速与流量成正比,同一流量涨水阶段流速大于降水相应流速,沿程流速分布还与其断面形态有关。非恒定流作用产生附加比降时同时存在附加流速,通常上涨段其值为正,下降段其值为负。
[硕士论文] 吕雁岚
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文基于三峡库区特殊的地形、地质及水文条件,结合钢管桁架与重力式沉箱的结构刚度大、整体稳定性好、施工简单方便等优点,提出了一种装配式新型码头结构型式,并对其工作特性和结构特性进行了研究,获得的主要结果有:
  (1)新型码头采用钢管桁架-沉箱基础的复合结构,具有整体化装配程度高等优点。现有的沉箱气囊出运以及钢管桁架整体吊装拼接的施工工艺能够满足新型码头的施工需求,采用埋入式柱脚的方式能够保证上下部结构连接点的强度要求,因此新型码头是一种切实可行的码头结构型式。
  (2)通过对新型码头上部钢管桁架结构的安全稳定分析可知:桁架结构各杆件最大应力值和最大位移值均能满足现行规范要求;码头面层满布堆货以及设计高水位时的船舶荷载对码头结构的受力影响最大。下部重力式沉箱安全稳定验算结果表明沉箱基础的抗倾、抗滑稳定性能够满足现行规范要求;若工程所在地的地基承载能力小于481kPa,则需要采取措施加固地基来满足地基承载力要求。
  (3)在初步拟定的结构基础上,利用有限元计算分析,对上部钢管桁架结构提出了三种优化改进方案;经综合比较,认为改进方案二的结构型式较简洁,结构体积和变形极值最小,整体受力状态更好,优化效果最明显,因此,改进方案二作为推荐方案。
  (4)结合重庆港忠县港区新生作业区一期码头工程,将新型码头结构方案与架空直立式码头结构方案进行对比分析表明新型码头的结构型式更加简洁,各杆件受力状态更好,起控制作用的工况类型较少。新型码头结构方案平均每延米的造价略高,但其模块化装配式的施工工艺使得新型码头施工更加简单、快速,因此钢管桁架-沉箱基础装配式新型码头结构是一种能够较好地适应三峡库区复杂条件的码头结构型式,具有推广应用价值。
[硕士论文] 张月
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着水运工程建设施工市场竞争的日趋激烈,如何在保证高桩码头工程质量的同时降低施工成本,提高企业经济效益,是目前所有港口码头施工企业面临且又亟待解决的问题。近几年,全国各地陆续推广应用的BIM技术为解决这一问题提供了新的方向。本文以BIM技术为载体,将BIM技术应用于高桩码头工程项目施工成本控制,从而提高施工管理水平,对于我国水运工程的建设与发展具有重要的意义。
  本文采用文献研究、现场调研、专家咨询等方法,针对现阶段国内高桩码头施工成本控制方法存在的问题开展基于BIM技术的高桩码头施工成本控制方法研究,研究的主要内容及成果如下:
  (1)系统分析了现有高桩码头工程施工成本控制难点及影响施工成本控制的基本要素;列举当前国内较为常用的几种高桩码头项目工程施工成本控制方法,并分析其存在的问题;在此基础上提出将软件技术与动态控制手段相结合的基于BIM技术的高桩码头施工成本控制方法,并分析其控制流程。
  (2)借助BIM技术软件平台下三维设计建模软件Revit和5D施工管理软件Navisworks,分析了基于BIM技术的软件平台在高桩码头施工成本控制中的作用;基于BIM技术的动态控制手段,构建了动态监控管理平台,并对基于BIM技术的软件技术进行动态性能分析。
  (3)基于BIM技术的高桩码头施工成本控制方法主要体现在施工工程量-成本控制、施工工期-成本控制、工程材料费-成本控制以及施工安全-成本控制四个方面;利用权重分析法及专家问卷调查法对影响施工成本的因素进行了权重排序分析;在水工建筑安装工程费计算公式的基础上编制了基于BIM技术的高桩码头施工成本的计算流程,及高桩码头施工成本控制因素敏感性分析用于利用BIM技术对高桩码头施工成本进行成本控制的工程施工成本计算。
  (4)以珠海LPG高桩码头工程施工为例,通过BIM技术软件及动态监控手段对该工程的工程量、工期、材料及施工安全进行控制从而实现施工成本控制。结果表明,BIM技术的应用可以使高桩码头工程项目施工成本得到更有效的控制,帮助企业更好的发展。
[硕士论文] 徐志刚
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国经济的快速增长,内河货物的运输需求不断增加,使得各地区纷纷大量建设港口,导致港口规模不断扩大,腹地重叠越来越严重。同时由于内河港口群内各港口间缺乏统一协调管理,港口的功能和层次划分不清晰,导致港口群内同质化竞争日趋激烈,造成了社会资源的浪费,已经不利于内河航运的可持续发展。
  针对现今急需形成战略规划的内河港口群,目前缺乏一套能够为港口间的协同合作提供理论解释和策略指导的优化模型,有必要从分货种的角度提出各港口具体的功能优化方法、结合港口发展和布局的影响因素提出港口群的层次划分方法、考虑各港口间的竞合关系提出最佳的策略选择。本文主要研究工作及研究成果如下:
  1)基于货种结构多样性指数和区位商模型的港口职能优化研究。考虑单个港口的发展现状、货种多样性以及各货种在整个港口群中的专业化程度,构建了港口职能优化模型,该模型能够明确各港口今后发展的优势货种、支柱货种和劣势货种,并将该模型应用于重庆市14个代表性港区的货种分析中,制定了具体的职能优化方案。
  2)基于聚类分析法的港口群层次布局优化研究。考虑港口发展和布局的影响因素,构建了包括4个一级指标和13个二级指标的港口评价指标体系,并将聚类分析模型应用于重庆市港口群的层次划分中,确定了主城为主要港区、万州和涪陵为重要港区、其余为一般港区的港口群层次,明确了各港区在整个港口群的地位和作用。
  3)基于动态博弈及合作博弈的港口间竞合关系研究。考虑主要港区、重要港区、一般港区之间的竞合关系,建立了完全信息条件下的动态博弈模型和基于Shapley值分配法的合作博弈模型,求出了模型的均衡解,分析了不同策略下三个不同层次港区的装卸价格、产出水平和收益情况,结果表明主要港区、重要港区、一般港区采取合作策略才能使得各港区及整个港口群获得最大收益。
[硕士论文] 孙增春
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡水库建成蓄水后,极大的改善了库区通航条件,但也给库区高桩码头、桥梁桩基、临水护岸等工程的建设带来了新挑战。本文以重庆市渝中区长滨路护岸挡墙排危加固二期工程提出的利用灌注桩及钢护筒作为基础搭设深水施工平台的施工方案为依托,开展了深水桩基础施工平台的研究。基于灌注桩早期承载的特点,进行了早龄期水下混凝土力学性能试验研究,并结合试验成果,利用ANSYS有限元软件,模拟灌注桩混凝土在养护3天、5天、7天时施工平台的受力特点和灌注桩混凝土的开裂情况,并对深水桩基础施工平台进行了安全风险评估。主要研究内容及结论如下:
  (1)根据新型深水桩基础施工平台的设计、建造原理和施工流程,与传统钢管桩施工平台进行对比分析,表明新颖的施工方法能够有效解决三峡库区蓄水后水深和水位变化大、水下基础施工困难和成本高等施工难题,具有广阔的应用前景。
  (2)进行了C30水下混凝土早龄期力学性能试验研究。在养护前期,水下混凝土各项力学性能指标增长较快,随着龄期的增加,增长速度越来越慢,最后趋于平缓,前7天是混凝土强度增长的重要时期。根据试验数据,拟合分析得到水下混凝土“三强度一模量”的计算方法,在试验基础上提出适用于C30水下混凝土的单轴受压本构关系和钢管混凝土界面粘结应力与滑移值关系。
  (3)结合试验得到的水下混凝土应力-应变曲线,建立钢筋混凝土整体模型,分析了施工平台的变形、受力特点以及灌注桩混凝土的开裂情况。结果表明:在灌注桩混凝土养护5天时进行钻孔作业,在混凝土养护7天时进行履带吊吊装施工,对灌注桩桩身完整性和后期承载力影响较小。
  (4)基于层次分析法和灰色模糊理论得到渝中区长滨路护岸挡墙排危加固二期工程钻孔灌注桩施工的安全风险等级为“中等”。对新型深水桩基础施工平台进行推广应用,得出在万州新田作业区应用的风险等级为“较大”。
[硕士论文] 李静娴
水利工程;港口海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:船闸作为最主要的通航建筑物型式,在我国的水运交通运输和经济发展中占有重要地位,为适应国家战略和经济的发展,超高水头大型船闸的建设是必然趋势。而随着船闸设计水头和平面尺度增加,输水功率大幅增加,单位时间内进入闸室的能量成指数递增。如何在闸室有限水深范围内、规定的输水时间内快速消杀能量,以保障船闸输水阀门设备及闸室内船舶的停泊安全,成为超高水头巨型船闸输水设计的重要技术瓶颈之一。而目前针对该问题的研究较少,鉴于此,开展超大输水功率条件下船闸闸室消能特性的研究十分必要。
  本文以输水功率达361752kW的船闸(闸室尺度360×23m,水头60m,输水时间14min)为研究对象,针对该类船闸输水过程中的消能问题,提出在垂向布置两层侧支孔出流的结构形式,并采用三维数值模拟的手段对闸室明沟消能的水力特性和消能效果展开了研究。本文采用Fluent紊流计算软件以及RSM紊流模型进行模拟计算。通过分析不同出水孔层数、不同垂向孔间距以及不同开孔角度下明沟的消能特性,揭示其消能机理,重点探究了垂向孔间距与开孔角度对双层侧支孔明沟消能特性的影响,得到如下成果:
  1.数模计算结果与理论解吻合良好,从而证实了数学模型的可靠性和计算结果的正确性。数模计算结果信息量庞大,全面反映了超大输水功率条件下闸室水力特性和消能过程。
  2.采用单层侧支孔出流时,断面的突扩、明沟内水流掺混、水流与壁面的摩擦使水流能量耗散,此方案消能效果较差,控制断面剩余比能达120。
  3.在竖直方向增设一层平行的侧支孔后消能效果更差,剩余比能在137~400。垂向支孔间距d对消能有影响,d<4m时,上下两股水流在明沟内无剧烈掺混,未产生漩涡,耗能不充分;4m<d<4.5m时,消能效果稍有好转,剩余比能小于140;d>4.5m时,由于上层支孔距离闸底较近,部分水流迅速上冲至闸室,导致进入闸室的水流依旧携带较大能量。
  4.采用上层孔向下倾斜的两层侧支孔出流时,消能效果大幅提高,大部分工况剩余比能小于60,上下两股高速射流发生剧烈碰撞和掺混,形成强烈漩涡消能。且开孔角度对消能影响显著,消能效果最佳时其开孔角度θ随支孔间距d的增大而增大,d=2~3m时,θ宜取15°,d=4m、5m、6m时,对应的最佳开孔角度分别为30°、35°、50°。
  5.超大输水功率条件下明沟消能机理主要有:①侧支孔的突扩以及高速射流冲击明沟边壁消能;②上下两股水流形成强烈紊动、掺混消能;③水流沿明沟边壁上冲时与壁面剧烈摩擦消能;④剪切、掺混、摩擦、漩涡等水流运动将时均动能转化为脉动动能,进而使能量转变成热能耗散。
[硕士论文] 邓晴
水利工程;港口航道及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:弯曲分汊浅滩是西南山区河流中普遍存在的滩险类型,该类型滩险成因复杂,治理难度大,其治理主要采取整治建筑物结合疏浚的措施开辟直槽通航,但采用传统整治方法可能存在通航汊道表面流速增加形成急流滩的风险。本文提出在弯道中布置转流坝的整治思路,调整凹岸侧下方逆坡段中的底流方向,增加其近底层垂线流速和紊动强度,调整汊道分流比,解决过渡段浅滩淤积问题。
  本文通过概化长江上游山区河流凸岸类弯道分汊浅滩河道形态,采用Fluent的RNGk-ε紊流模型结合VOF两相流模型对70°弯道分汊河道进行三维数值模拟,研究不同转流坝方案对水流特性的影响,主要得出以下研究结论:
  (1)转流坝的主要功能是通过坝体的挡水作用,改变分汊段中凹岸侧下方逆坡段底流流向。方案四底流方向较方案前偏转了13.7°,有利于凹岸侧过渡段集中冲刷。
  (2)转流坝使弯道与逆坡段内流场重新分布,有效增大凹岸下方逆坡段近底层纵向垂线流速大小,双转流坝布置更有利于使凹岸侧主槽内底部泥沙获得更大的动能,满足泥沙起动条件。
  (3)转流坝可有效调节汊道分流比,方案后凹岸侧汊道分流比增大,较方案前凹岸侧汊道分流比最多增加6.5%。
  (4)逆坡段垂向紊动强度沿水深呈“L”型分布,横向紊动强度沿水深的分布先增大后减小再增大。从整体上看,横向紊动强度要大于垂向紊动强度值。转流坝可增大逆坡段近底层水流紊动强度,有利于改善过渡段浅滩淤积问题。
  (5)转流坝的长度与个数对逆坡段水流结构的改变有重要影响,当转流坝长度与数量增大时,纵向垂线流速与紊动强度随之增大。研究发现,L/B=0.3的双转流坝方案最有利改善过渡段泥沙落淤问题。
  本文转流坝对水流特性的影响的研究成果,除了可以直接应用于长江上游叙渝段航道治理外,还可以用于类似条件的山区河流,在河床演变、江河整治中具有参考价值。
[硕士论文] 张露
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文在充分考虑高桩码头结构整体性、影响因素随机性、评价客观性的基础上,建立了在役高桩码头安全度评价模型。首先分析了高桩码头常见病害,重点分析了内河高桩框架码头的损伤特性,利用ANSYS建立内河高桩框架码头受损后的整体模型,求取每种损伤工况下整体水平极限承载力样本值。然后基于可靠指标对每种损伤工况下码头的安全性进行评估。最后建立模糊神经网络,将损伤工况和评估结果作为学习样本对建立的网络进行训练,从而得到安全度评价模型。本文研究的主要成果如下:
  (1)根据对在役高桩码头安全度评价现状的分析,认为安全度评价应从可靠度、整体性、客观智能方面进行研究;内河高桩框架码头应主要考虑钢筋锈蚀、混凝土开裂、剥落、碳化四种病害,损伤构件重点为端部排架的上部构件以及纵横撑构件。
  (2)在自重+堆载+门机荷载作用下,码头结构的损伤程度越大,其整体水平极限承载力均值越小,变异系数越大,但概率分布保持为极值Ⅰ型分布不变。
  (3)基于可靠指标并充分考虑各主要影响因素的随机性进行安全等级评定,可知在自重+堆载+门机荷载作用下,分级标准βB、βC随整体水平极限承载力统计参数的不同,其变化幅度小于1%,因此,可直接取βB-3.25,βC=3.0作为分级标准进行评价。
  (4)将各损伤工况及其安全度评价结果作为学习和测试样本对模糊神经网络进行训练,建立了误差E<10-4的安全度评价网络模型。结合工程实例,运用本网络评价模型对内河高桩框架码头端部排架的上部构件损伤后进行安全度评价,并与模糊综合评估法的结果进行了对比分析,结果表明本网络评价模型降低了评价过程中人为因素的影响,能较准确快速实现,评价结果也较为合乎实际。
[硕士论文] 陈创
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江上游河段坡陡流急、水位变幅大,地形、地质条件复杂,针对上述问题,大直径钢护筒嵌岩桩基础能满足深水码头建设需要,已在长江上游深水码头建设中推广使用。施工工艺决定了钢护筒嵌入基岩的深度很有限,但必须穿过全部地基土体,钢护筒与地基土体就会形成钢-土界面;嵌岩桩在使用过程中长期受到船舶撞击力、系缆力等循环荷载的作用,使钢-土界面发生往复剪切,钢-土界面的力学特性对大直径钢护筒嵌岩桩的承载性状必然产生影响,因此,本文选取重庆地区大量用作回填土料的泥岩为材料进行室内试验并结合离散元软件(Particle Flow Code.PFC),研究了钢与土界面往复剪切的力学特性,具体研究内容和研究成果如如下:
  (1)将ZJ型直剪仪改进为能够满足粗粒土-钢界面往复剪切系统,主要增加了驱动器,法向、切向位移测量万用表,行程开关,将剪切下盒替换为一定粗糙度的钢板等。结果表明,该系统能够得到较为可靠的试验数据。
  (2)分别揭示了初始法向应力、界面粗糙度以及试样含水率对钢-土界面往复剪切特性的影响。利用改进的试验仪器,研究了各因素下试样剪切应力应变关系、法向位移、界面抗剪强度以及试样c、ψ的变化规律。根据试验结果分析,粗粒土-钢界面往复剪切强度衰减主要是因为接触面附近颗粒重分布以及颗粒破碎引起的。
  (3)基于离散元原理,通过PFC2D建立了岩石试样单轴压缩模拟系统。对PFC内置的线性粘结接触模型细观参数进行了敏感性分析。利用不同细观参数对宏观力学特性影响的差异性,获取了泥岩的细观参数,通过与单轴压缩室内试验结果对比发现模拟效果良好。
  (4)通过标定获取的细观参数,根据室内试验颗粒级配利用PFC2D生成了可破碎的粗粒土颗粒并建立了钢-土界面往复剪切模拟试验系统。利用该模拟系统,研究了初始法向应力、界面粗糙度、剪切振幅、剪切频率对试样剪切带、应力分布、颗粒能量以及界面附近孔隙率的影响规律,对往复剪切作用下,接触面附近颗粒剪切特性有了进一步了解。
[硕士论文] 王硕
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:土石坝的抗震安全问题一直是土石坝研究的重点,研究表明,土石坝在遭受地震时,由于“鞭梢效应”的影响,在距离坝顶1/5范围内的地震反应力较大。目前土工加筋技术被广泛的应用于软基加固、堤防、挡土墙等工程,并取得了良好的工程效果与经济效益,受此启发,在地震区修建高土石坝时常常采用对坝体上部加筋的手段来对土石坝进行加固。相较于传统的抗震加固手段能够大量地节约工程材料。大量的加筋土石坝工程实例都是在坝顶1/5区域内进行上下游的双侧加筋处理,但是对于水位变动较大的土石坝,上游侧加筋容易引起坝体的渗流破坏,本文通过振动台模型试验对无加筋土石坝模型、坝顶下游侧1/5范围内加筋土石坝模型、坝顶下游侧2/5范围内加筋土石坝模型和传统的坝顶上下游双侧1/5范围内加筋土石坝模型进行分析,对比不同加筋形式对土石坝抗震加固的效果,探讨对于水位差变动较大的土石坝采用下游单侧加筋的方式对土石坝进行加固处理的可行性。具体开展的工作及成果如下:
  (1)根据国内外研究现状,对土石坝动力反应和静力反应分析方法进行了总结,利用摩擦加筋原理和准粘聚力理论对加筋土石坝的筋土作用机理进行了深入的理论分析,并对加筋土的计算模型和本构关系进行了深入的探讨。
  (2)通过类比的方式分别讨论了土石坝在无加筋、下游侧坝顶1/5范围加筋、下游侧坝顶2/5范围内加筋和传统的上下游两侧坝顶1/5加筋四种模型的加速度响应情况、坝体变形情况、筋材应变情况和坝底的土压力变化情况。并得出了一些规律性的结论。
  (3)加筋能提高坝体坝顶区域的局部稳定性,提高坝体破坏时的最大加速度,减小坝体位移,抑制坝顶开裂。
  (4)增加用筋量能增强坝体的抗震能力,减少坡面出现的裂缝,使滑动面下移至加筋区以下。
  (5)单侧加筋不仅能改变加筋侧的坝体局部稳定性,还能对未加筋侧造成积极影响,增加用筋量和布筋范围,这种影响更加明显。所以根据工程的实际需求,对于水位差变动较大的土石坝可以采用下游单侧加筋的方式对土石坝进行加固处理。
[硕士论文] 方芳
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江上游包括重庆市、四川省、云南省等大型码头的建设中,由于存在覆盖层浅及深水施工等问题,码头下部结构更多采用钢管混凝土嵌岩桩型式,桩基及纵横撑均大量使用钢结构。目前内河港口钢构件防腐主要依据沿海钢结构防腐标准采用涂层保护法。但与海港相比,内河在汛期具有流速大、高含沙量的水流环境,导致涂层在泥沙的冲蚀作用下快速脱落。本文采用CFD数值模拟方法,建立水沙两相圆柱绕流流场的数值模型,在此基础上研究内河含沙水流条件下,泥沙颗粒的冲蚀特性,基于已有的冲蚀理论模型,提出内河条件下冲蚀损伤模型。本文的主要研究工作及取得的成果如下:
  (1)采用大涡模型模拟非稳定湍流流场,离散相模型(DPM)模拟泥沙轨迹,建立了雷诺数为1.5×105的水沙绕流数值模型。计算结果表明:阻力系数Cd、升力系数Cl、斯特劳哈数St、表面压力系数,及不同粒径泥沙在尾流内的分布特征与相关文献结果基本一致,验证了模型的可靠性。
  (2)基于建立的水沙绕流数值模型,研究了泥沙颗粒在不同粒径、不同流速条件下对圆柱迎水面的冲蚀特性,结果表明:越靠近圆柱90°位置,受泥沙冲蚀的概率就越大,但冲蚀速度越小。大部分泥沙均以小冲角划过圆柱面,对涂层材料表面造成微切削损伤,经过反复冲刷后形成较长的沟壑。在圆柱90°附近,会有少量泥沙以大角度冲击涂层,在反复的冲击作用下形成冲击坑。泥沙粒径或流速越大,冲蚀圆柱45°-90°位置的概率就越大,且冲蚀速度、冲蚀角度、有效撞击率也随之增大。当粒径增大到一定范围,有效撞击率开始减小。
  (3)基于水沙绕流数值模型,研究了泥沙颗粒在不同粒径、不同流速条件下对圆柱背水面的冲蚀特性,结果表明:越靠近圆柱-90°位置,受泥沙冲蚀的概率就越大,冲蚀速度也越大。冲蚀背水面的泥沙颗粒,大部分还是小冲角划过圆柱面。相比于迎水面,背水面发生大角度冲蚀作用范围更广,且占比更多,但冲蚀程度远远不及迎水面。泥沙粒径或流速越大,圆柱-45°至-90°位置的冲蚀概率就越大,且冲蚀速度、冲蚀角度、有效撞击率也随之增加。当粒径增大到一定范围,有效撞击率开始减小。
  (4)结合数值模拟计算结果和现有冲蚀模型提出了适用于内河含沙水流条件下的涂层冲蚀数学模型。经计算1.0m/s、1.2m/s、1.5m/s、1.8m/s四种流速下涂层的厚度损伤量,各流速下的最大冲蚀量均出现在圆柱30°-45°位置附近。将计算值与室内模型试验值进行对比,验证了提出的涂层冲蚀数学模型的可靠性。
[硕士论文] 杨庆兵
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:钢筋混凝土桩基础作为建筑物重要承载构件,其承载能力直接影响建筑物稳定。钢筋混凝土构件在服役过程中,由于受到所处自然环境和长期循环荷载的作用,会逐渐呈现出材料劣化现象。主要表现为钢筋锈蚀和钢筋-砼界面粘结性能的弱化,这两种因素的共同作用将直接影响结构的正常使用和承载能力弱化。本文结合实际工程检测数据和有限元数值模拟分析,对内河环境下钢筋混凝土构件强度劣化进行了系统的研究。进行的主要工作和取得的成果有以下几点:
  (1)结合现场调研、理论分析及码头工程检测,研究了内河环境下钢筋混凝土构件强度劣化规律及影响因素。结果表明:内河环境下钢筋混凝土劣化主要表现在混凝土开裂与碳化,箍筋外露锈蚀,主筋锈蚀周围常见混凝土锈胀开裂;影响内河环境下构件劣化的主要因素为混凝土碳化导致的钢筋锈蚀以及循环荷载引起的钢筋-砼界面强度退化,海洋环境中的Cl-侵蚀导致的钢筋腐蚀作用微弱;混凝土的保护层厚度和碳化深度,是决定钢筋锈蚀程度最主要因素。
  (2)考虑锈胀开裂前后钢筋锈蚀速率的差异性,建立了适用于内河环境的钢筋锈蚀量预测数学模型。引入极限粘结强度降低系数,描述了锈蚀导致的钢筋-砼界面粘结强度退化与锈蚀率的关系,建立了锈蚀率与粘结性能参数的关系;分别考虑锈蚀及循环荷载引起的粘结强度弱化,建立了界面间粘结力与锈蚀率、循环荷载次数、滑移量的函数关系,得到了循环荷载作用下锈蚀钢筋混凝土界面粘结滑移模型。
  (3)基于锈蚀率与钢筋-混凝土界面粘结强度退化模型,开展了锈蚀钢筋混凝土桩的数值模拟分析。结果表明:随着锈蚀率的增大,钢筋与混凝土应变值相差变大,钢筋和混凝土协同工作能力降低;钢筋-混凝土界面滑移曲线在混凝土开裂前呈平滑状态,开裂后出现波动,波动幅度与最大滑移值随锈蚀率增大而增大;钢筋锈蚀率低于2.5%时,桩基的承载能力略微增大,增幅为1%,锈蚀率增大,桩基承载能力呈近似线性降低,在锈蚀率达到最大13.1%时承载能力下降6%。
  (4)基于循环荷载作用下锈蚀钢筋-混凝土界面粘结滑移模型,开展了钢筋混凝土桩的数值模拟分析。结果表明:循环荷载与锈蚀共同作用时,循环荷载次数增加,钢筋与砼之间的相对滑移呈微小增大、迅速增大、趋于平稳的三阶段发展趋势;相对于仅考虑锈蚀引起的构件承载能力退化,循环荷载和锈蚀共同作用时影响更为明显,且承载力随着循环荷载次数的增加下降更快,最大达到18%;同一循环荷载次数不同锈蚀率的条件下,桩基的承载能力变化不大,差值仅在2%~3%左右,表明锈蚀导致的承载力弱化远小于循环荷载对承载能力的弱化。
[硕士论文] 袁智洪
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:伴随着中国西南山区的各类工程建设不断深入开展,以及特殊的地形地貌等原因,致使该区域滑坡灾害频发,其中不乏存在顺层古滑坡复活致灾事件。而古滑坡复活是一个坡体由稳定状态逐渐发展为不稳定状态的复杂变化过程,时至今日,人们并不十分清楚切坡及降雨诱发顺层古滑坡复活机制。因此本论文依托国家科技支撑计划课题(编号2015BAK09B01),针对“李家湾”古滑坡工程为依托,通过建立物理模型试验,研究切坡及降雨诱发古滑坡复活机制。论文主要的研究工作及结论如下:
  (1)为了开展物理模型试验,应结合原型工程研究其相似材料配合比并建立试验模型。通过相似理论,并结合“李家湾”古滑坡原型,设计出本次模型试验装置和试验方案;通过抗压强度特性试验及抗剪强度特性试验对本次模型试验中的相似材料进行配比试验,并利用正交试验原理,分析出各种组成材料含量的敏感性,同时得出岩体及软弱夹层的相似材料最佳配合比;根据设计的试验方案,布置监测点并建立相应的边坡试验模型。
  (2)开展了“李家湾”古滑坡东、西滑坡模型试验在切坡及不同降雨量下的研究,分析切坡作用下边坡模型的位移及应力分布和降雨作用下边坡模型的位移及含水量变化。结果显示边坡模型在切坡过程中产生较小位移,并使应力重新分布,在切坡坡脚处出现应力集中现象;在降雨过程中,根据降雨量的不同,模型含水量的变化趋势相同,但是滑坡变形会经历不同阶段,最终变形情况也不相同。
  (3)基于物理模型试验结果,分析、总结“李家湾”古滑坡的复活机制。通过物理模型试验结果与工程原型相结合,进一步分析切坡及降雨诱发“李家湾”古滑坡(东、西滑坡)的复活机制;其主要原因为切坡过程在坡脚处产生高应力区,随之在降雨过程中,雨水入渗弱化软弱夹层,使滑坡下滑力大于抗滑力,所以滑坡沿软弱夹层在切坡坡脚处剪出,并引起滑坡区坡体出现张拉裂隙,最后诱发“李家湾”古滑坡(东、西滑坡)复活。
[硕士论文] 刘岩
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,高桩码头已经成为内河码头中常见的结构形式,与其它形式的内河码头相比,高桩码头的耐久性相对较差。内河高桩码头在长期使用过程中,受环境、荷载等因素的影响,钢筋混凝土构件易产生混凝土碳化、钢筋锈蚀等现象,导致其可靠度随时间降低,因此研究码头结构的时变可靠度具有重要意义。本文基于工程实例结合内河梁板式高桩码头的特点,对码头上部结构的主要构件(轨道梁、横梁、面板)以及结构体系的时变可靠度进行了理论研究,主要研究内容如下:
  (1)通过对比各种疲劳模型,采用适用于钢筋的S-N疲劳强度模型;基于Miner线性累积理论建立疲劳的极限状态方程;通过对比时变可靠度的分析方法和计算方法,确定使用时间离散法分析每个时间段的可靠度并采用JC法进行计算。
  (2)通过分析影响码头上部结构的环境因素,分别建立服役初始阶段、混凝土碳化阶段、钢筋锈胀阶段的混凝土碳化模型和钢筋锈蚀模型,并根据各个阶段的特点建立轨道梁、横梁、面板的抗力衰减模型。
  (3)通过分析影响码头上部结构的荷载因素,结合各阶段的抗力衰减模型,建立轨道梁、横梁、面板在三个阶段的时变功能函数。轨道梁承受门机荷载,属于高周疲劳荷载,利用有限元软件ANSYS对轨道梁进行动力分析,提取梁危险截面的弯矩-时程曲线,采用雨流计数法识别造成疲劳损伤的弯矩循环,根据Miner线性疲劳累积损伤原理建立轨道梁的疲劳时变功能函数;横梁、面板承受较大的弯矩,将抗力、荷载均视为随机过程,建立横梁、面板的抗弯时变功能函数。构件可靠度指标采用JC法通过MATLAB编程计算。结果表明:无论是轨道梁或是横梁、面板,钢筋锈蚀时间是结构可靠度下降的一个重要时间节点,轨道梁疲劳可靠度降低的主要原因是锈蚀钢筋的疲劳强度降低;横梁、面板抗弯可靠度降低的主要原因是锈蚀钢筋的截面面积减小。
  (4)基于体系可靠度理论,对轨道梁、横梁、面板的功能函数进行相关性分析,利用非线性功能函数的相关性理论,采用PNET法,找出不同时段的代表构件,计算结构体系时变可靠度。结果表明:横梁、面板在整个服役期均属于高级相关,轨道梁与横梁、面板属于低级相关;上部结构体系可靠度随时间的变化规律与各时段代表构件可靠度的变化规律类似,因此可以用代表构件的可靠度近似替代结构体系可靠度。
[硕士论文] 刘士荡
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:在航道整治工程中,经常采用的措施就是修建整治建筑物,丁坝就是最常用的整治建筑物之一。但是,丁坝的修建改变了原有的河道地形,会引起流线集中,造成局部流动结构的改变,引发新的河床演变,因此对修建丁坝的位置研究显得很有必要。本文以长江上游与沱江交汇处金钟碛河段至小米滩河段航道整治工程作依托,全面收集相关资料,通过理论分析、原型观测和模型试验的方法对试验河段的河床演变规律进行详细的研究,采用平面二维水流数学模型试验与概化水槽试验相结合的研究手段,对丁坝位置的理论确定进行了科学的计算与验证,在此基础上研究分析了整治方案中丁坝附近的水流特性变化。本次研究成果主要如下:
  (1)在有丁坝与没有丁坝的三种工况下,通过对水槽水面线和流速的验证,不断的修改数学模型的网格大小与参数,成功的建立了水槽数学模型。
  (2)分别从流量、坝长和丁坝偏转角度等影响因数出发,定量研究分析了丁坝5°绕流区宽度与它们之间存在的关系。研究发现,丁坝5°绕流区宽度与坝长存在正比关系,与流量存在反比关系,而与偏转角度没有直接的关系。在只考虑流量与丁坝长度的条件下,拟合出了有关丁坝位置的经验公式。
  (3)通过理论分析和原型观测的方法,对研究工程河段进行了深泓线、河床横断面和滩险变化的分析,确定了工程河段近期演变基本稳定的结果。
  (4)通过对小米滩天然河道水面线,断面表面流速和流向的验证,确定了数学模型的准确性。为了更好的掌握碍航河段的水力特性,进行了水沙特性认识性试验,最终得出金钟碛河段浅区为枯水浅滩,而小米滩河段在枯水期部分搁浅,中洪水期水流比较湍急。
  (5)提出了四种整治方案,包括三种设计方案与一种优化方案。通过经验公式计算确定丁坝在方案中的位置,经全面分析比较,发现设计方案三的整治效果要优于方案一和方案二,而优化方案中以丁坝与顺坝长度都缩短10m的方案为最佳。
[硕士论文] 金博
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:重庆地处山区,在实际的工程建设当中,时常出现高填边坡,在对高填边坡进行支护的工程中,目前常用普通悬臂桩对高填边坡进行支挡。但是由于高填边坡坡体压力或下滑力过大,普通悬臂桩承载能力有限,时常出现边坡支护不足而产生失稳的安全事故,另外,仅仅采用悬臂桩对高填边坡进行支护,也会产生过大的费用,造成资源的浪费。王凯团队基于目前的工程实际需求,提出了桁架式抗滑桩这种新型支挡结构,并进行了模型试验。本文在桁架式抗滑桩模型试验的基础上,运用GTS有限元,针对山区边坡工程实际,对不同岩性、不同地形条件下桁架式抗滑桩的力学特性进行模拟分析,并对主副桩嵌固桩长进行了优化,其主要研究内容与成果如下:
  第一、将桁架式抗滑桩分为上部结构与嵌固段,尝试上部结构运用sap2000与嵌固段采用竖向弹性地基梁相结合的方法计算主副嵌固段内力,并且与试验所得弯矩进行对比分析,结果表明,计算结果与试验结果在荷载为15.6kN时,最大相差79.38%,表明这种算法偏于保守。同时为提高精度也尝试将两种方法多次迭代计算,结果无法收敛,该方法不可行。
  第二、运用GTS有限元数值软件对桁架式抗滑桩不同嵌固岩性条件的受力特性进行了模拟,再一次对sap2000与竖向弹性地基梁结合的计算方法进行了验证,得出了不同嵌固岩性条件下桁架式抗滑桩的受力特性。结果表明,岩性的强弱对桁架式抗滑桩发生的位移与所受剪力弯矩具有一定影响,在相同荷载下,岩性越强,桁架式抗滑桩发生的位移愈小,所受剪力弯矩愈大。
  第三、根据实际工程情况,基岩坡角较大,桁架式抗滑桩所支护土体少,坡体下滑力小,故而选取较有研究意义的0°、10°、20°、30°与泥岩条件对桁架式抗滑桩嵌固在不同基岩坡角的情况进行模拟,分析了在不同不同基岩坡角情况下桁架式抗滑桩的位移、剪力、弯矩。结果表明,当基岩坡角为0°、10°、20°时,桁架式抗滑桩位移、剪力、弯矩仅在数值上发生变化,坡角愈大,位移愈小,剪力、弯矩愈大。当基岩坡角为30°时,桁架式抗滑桩所受剪力、弯矩分布形式发生变化。
  第四、根据桁架式抗滑桩主桩主要受拉,副桩主要受压的特点,针对嵌固岩性为泥岩、基岩坡角为10°的条件进行计算,合理优化主副桩嵌固段长度。结果表明,副桩嵌固长度为6m,主桩嵌固长度为12m时,主桩满足抗拔验算,能够充分发挥桁架式抗滑桩的承载能力,为桁架式抗滑桩在该种情况下的最优嵌固桩长。同理运用该优化方法可对不同岩性、坡角的嵌固桩长进行优化。
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