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[硕士论文] 武鹢
水利工程;水工结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:岩溶地区水工隧洞受岩溶不良地质的影响主要体现在岩溶松散堆积物、岩溶水系等引起的水工隧洞周边变形、坍塌和失稳,就岩溶松散堆积物对地下工程的影响而言,目前还没有定量理论和相关试验研究。本文结合已有现场调研资料和理论研究经验,建立不同体量尺度和距离洞径不同距离的岩溶散堆积物在不同位置影响直墙圆拱形水工隧洞概化模型,采用有限元分析手段,借助ABAQUS分析软件研究在开挖、运营等阶段岩溶松散堆积物对水工隧洞围岩稳定向性的影响规律并分析其作用机理。主要研究内容及成果如下:
  (1)结合对岩溶洞穴空间分布的统计分析及参考对各岩溶地区岩溶松散堆积物分布形态及特征的采样分析资料,通过对岩溶松散堆积物对水工隧洞围岩的作用方式的分析,最终确定了非联通情况下岩溶松散堆积物影响水工隧洞围岩稳定性的分析方案及ABAQUS数值模拟具体方法。
  (2)顶部岩溶松散堆积物影响下,对隧洞拱顶及拱底的竖直方向变形有一定抑制作用,使其变形量较之无岩溶松散堆积物时变形量有所减小;隧洞侧墙受顶部溶洞影响水平方向变形较之无溶洞时有所增加。
  (3)侧壁岩溶松散堆积物影响下,隧洞竖向变形以及洞壁水平变形与无松散堆积物相比都将增加,偏压造成岩溶松散堆积物所在的右侧壁位移明显大于左侧壁位移,随岩溶松散堆积物厚度的增大而增大,随岩墙厚度的增大而减小。
  (4)拱顶45°方向岩溶松散堆积物影响下,围岩竖向位移与顶部岩溶松散堆积物影响下类似,水平位移右边墙大于无岩溶松散堆积物的左侧边墙,随岩溶松散堆积物尺寸增大而减小,随岩墙厚度的增大而增大。
  (5)通过总结不同方位岩溶松散堆积物影响围岩的作用规律,进一步分析其作用机理,认为岩溶松散堆积物的存在一方面破坏了隧洞围岩整体性另一方面影响了隧洞高跨比,对不同位置岩溶松散堆积物对隧洞高跨比的影响及其与围岩安全性的关系做了一定分析与解释。
[硕士论文] 何亚辉
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:土石坝渗流存在于整个运行周期内,其正常与否直接关系着土石坝的安全。当土石坝外部条件发生改变或内部出现薄弱时,土石坝可能产生非稳定渗流并发生渗透破坏,如果任其发展将可能造成溃坝,威胁土石坝安全,因此,亟需探寻一种或多种方法对土石坝渗流安全风险进行评价。考虑到云模型和模糊层次分析法在处理风险不确定性上的适用性,本文采用云模型和模糊层次分析法对土石坝渗流安全风险进行评价。主要工作及成果如下:
  (1)从渗透破坏机理出发,分析了影响土石坝渗流安全的主要风险因素。利用Geostudio软件的SEEP/W模块分析了主要风险因素的影响规律,分析结果表明:土石坝上游水位越高,发生渗透破坏的风险越大;坝体渗透系数越大,坝体下游整体滑坡的风险越大;坝基渗透系数越大,土石坝发生局部渗透破坏的风险越大,发生坝体滑坡的可能性越小;坝顶宽度越大,土石坝发生渗透破坏的风险越小。利用模糊层次分析法计算评价指标权重,建立了基于模糊层次分析法的土石坝渗流安全风险识别模型。
  (2)采用可靠度理论计算土石坝渗透破坏风险概率,将土石坝渗透系数的空间变异性考虑到渗透破坏概率计算中,建立了基于随机有限元的土石坝渗透破坏概率估计模型。另外,从生命损失、经济损失和社会环境影响三个方面对土石坝渗透破坏所造成的溃坝后果进行估计。最终根据风险的定义计算土石坝渗流安全风险,结合大坝风险评价标准给出评价意见。
  (3)采用无量纲化方法对定量评价指标和定性评价指标进行统一化处理,初步给出了土石坝渗流安全风险等级评价准则,根据风险评价准则对各评价指标进行赋值,通过云图比较和计算相似度的方法确定土石坝渗流安全风险等级,建立了基于云模型的土石坝渗流安全风险综合评价模型。基于Matlab软件的GUI功能开发了基于云模型和模糊层次分析法的土石坝渗流安全风险评价软件。
  (4)将基于模糊层次分析法的土石坝渗流安全风险识别模型和基于云模型的土石坝渗流安全风险综合评价模型应用到硫磺沟水库大坝的渗流安全风险评价上来,通过云图比较及相似度计算,得出了该土石坝渗流安全风险等级为“较低风险”,验证了模型的实用性,同时,将本文开发的土石坝渗流安全风险评价软件应用到该实例中,能够正常运行并能得到预期成果,效果良好。另外,将基于云模型的综合评价模型与传统模糊综合评价方法作比较,发现基于云模型的评价模型更具优越性。最后,针对土石坝渗流提出了几点风险控制措施。
[硕士论文] 周林勇
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:溢洪道是土石坝水电站的重要组成部分,直接影响水库安全运行和调洪泄流能力,也是枢纽水力学的研究重点。金佛山水利枢纽具有水头高、地质条件复杂、下游河道弯曲等特点,受这些因素共同影响将溢洪道布置成长弯道型式。溢洪道长弯道段水流条件复杂,泄流流速急、单宽流量大等特点使得弯道效应突出。横向水位差较大(凸低凹高),易发生水流折冲现象,造成弯道边壁冲击破坏,影响水库的安全运行。本文以重庆南川金佛山弯曲溢洪道作为研究对象,通过三维数值模拟、物理模型试验的手段,研究溢洪道长弯道段水流的特性,运用渠底正加高法改善长弯道段水流条件,结合高低挑坎进行挑流消能,解决了实际工程问题,为以后工程的设计优化提供了参考。主要研究成果如下:
  (1)水工模型试验研究表明,金佛山溢洪道弯道段无超高方案时,会出现折冲现象,最大水位差大约出现在圆心角9°断面处(弯道顶部偏上游)。当采取渠底超高法,凹岸渠底加高至1.5m时,可有效改善弯道水流条件
  (2)数值模拟试验研究表明,对于弯道段渠低不同加高值方案下,综合分析不同泄流量下弯道段的流态、横向水位差以及挑流距离,渠底加高1.5m效果最优。
  (3)试验研究表明,高低坎型式的消能效果比扭曲斜切挑坎好,挑出的水流形态和落点更优。依据三维数学模型计算成果,将低坎出口束窄至2.3m,较挑坎进口缩小40%,同时内侧壁面进行放坡设计,可以消除空蚀空化的现象,挑流效果也更好。
  (4)通过分析影响弯道段超高值的相关因素和相关经验公式,得到水位差与渠底加高值之间的关系,对水位差公式进行优化,优化后的公式精度更高。
[硕士论文] 杨咏梅
水利工程;水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:管涌是导致大坝、堤防等水利设施失效的重要原因之一。管涌破坏的发生发展过程实质上是土体颗粒侵蚀、渗流场重分布以及应力状态变化等作用耦合的过程,为了揭示管涌过程中颗粒侵蚀、渗流、应力相互作用条件的管涌发展规律,本文基于现有的渗透理论,开展了向上渗流条件下无粘性散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验研究,探索了应力状态、颗粒级配和干密度影响下对土体管涌的侵蚀,渗流-应力耦合机理,其研究成果可以为水利工程渗透破坏的防治提供参考。本文的主要研究内容及其重要成果包括:
  (1)研制了管涌侵蚀-渗流-应力耦合试验系统,改进了散粒土管涌侵蚀试验装置中压力控制系统,主要将原来使用砝码来增加轴压,改成使用气缸加压,将围压装置改进成可以实时增大或减小,使之可以有效模拟复杂应力状态下的向上渗流散粒土管涌破坏的发生发展过程。
  (2)利用自研管涌侵蚀-渗流-应力耦合试验系统,分别开展了应力状态、颗粒级配、密实度影响下的散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验研究,基于试验结果,分析了渗透流量和水力梯度在管涌侵蚀过程中的变化规律,揭示了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀规律。进一步分析了累积涌砂量和试样体积变化量在管涌侵蚀过程中的变化规律,得到了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀与变形的作用规律。
  (3)基于散粒土管涌侵蚀-渗流-应力试验结果,对不同细颗粒流失量进行实时监测,并对不同细颗粒流失量发生剪切破坏时的围压值进行监测,经过公式换算,得到土体内摩擦角,分析管涌侵蚀试验过程中土体抗剪强度随细颗粒流失量的作用规律,揭示了应力状态、颗粒级配、密实度条件下散粒土颗粒侵蚀对土体强度的影响规律。
  (4)基于散粒土颗粒侵蚀对土体强度的变化规律,通过假设试样应力状态随细颗粒侵蚀的变化路径开展了散粒土管涌侵蚀试验,进一步揭示了土体应力状态演化与颗粒侵蚀相互作用条件的管涌发展规律。
[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] 程文百合
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:钢筋混凝土结构建筑物在服役过程中,由于受外界环境影响会发生混凝土碳化、混凝土开裂和钢筋锈蚀等材料的老化与结构损伤问题,这种损伤的累积将导致建筑物结构耐久性能降低、承载力下降,如不及时发现这些问题并采取科学有效措施进行防护,将会使建筑物不能满足原设计要求而提前退出工作状态。钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构建筑物耐久性降低的主要因素之一。因此,怎样及时的对钢筋锈蚀状态进行检测评估和处置,是提高水工建筑物耐久性和安全的亟需解决的问题。
  论文阐述了弹性波无损检测法的技术历程、测试原理,通过室内试验研究了弹性波特性与锈蚀时间的关系,并采用物理试验和数值模拟方法,研究了弹性波特性与锈蚀后钢筋混凝土承载力的关系,主要研究内容如下:
  (1).通过电化学方法制备了不同锈蚀程度的钢筋混凝土试件,运用弹性波无损方法对锈蚀试件进行了检测,分析了锈蚀时间时间与弹性波参数的关系。实验结果表明,随着锈蚀时间的增加,各项弹性波相关参数的变化有规律可循,可以用弹性波方法测量钢筋锈蚀程度。
  (2).进行了锈蚀钢筋混凝土试件的承载力试验,分析了锈蚀程度对钢筋混凝土承载力的影响规律。并采用数值方法分析了锈蚀后钢筋混凝土试件的剩余承载力。对比结果表明,采用该数值模型预测混凝土锈蚀后的承载力是可行的。
  (3).将验证过的数值模型作为桥梁,把试验得到的各项弹性波相关参数与模拟得到的构件剩余承载力结合起来,提出了采用弹性波方法预测锈蚀钢筋混凝土剩余承载力的新方法,为弹性波检测法的实际应用提供新的思路和依据。
[硕士论文] 王军
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡库区泥沙淤积问题一直被广泛关注,通常认为主要原因是泥沙发生了絮凝沉降。以往研究者多关注于河口地区的泥沙絮凝,针对三峡库区这类淡水环境的泥沙絮凝相关研究较少。开展三峡库区黏性泥沙在紊动水体中的絮凝沉降研究,对于认识三峡库区的淤积规律,合理调整水库运行调度方案,以及库区航道的整治等都具有重大的意义。
  本文主要研究三峡库区不同河段泥沙在不同紊动剪切率下的絮凝特征,分析其絮体粒径分布随剪切率变化的规律,明确紊动过程中的最大絮体粒径和临界剪切率。开展的主要工作及结果如下:
  (1)研发了絮凝沉降装置,通过电机带动多层格栅上下振动产生近似的各向同性均匀紊流;使用ADV对絮凝沉降系统中不同格栅运行参数S2M1/2fH3/2下三维脉动流速进行测量,建立絮凝沉降系统中水体紊动剪切率G与S2M1/2fH3/2之间的量化关系,即振幅为3cm时,G=10.854f15。
  (2)研发了絮体图像分析系统,基于图像分析方法,计算每个絮体的等效粒径,统计不同粒径段的絮体数量,得到絮体粒径分布(即各粒径段絮体数量百分数);实现了使用絮体图像采集系统对沉降柱中絮体形态进行原位观测,避免了采样测量对絮体结构造成破坏的弊端。
  (3)采集三峡库区长寿、忠县和奉节河段的江心沉积物制作实验沙样,设置浓度为0.3g/L、0.6g/L和1.0g/L,剪切率为3.84s-1、10.85s-1、19.94s-1和3007s-1进行絮凝沉降实验,分析三峡库区黏性泥沙絮凝后絮体粒径分布,结果表明:①三峡库区各断面絮凝效果明显,絮体最大粒径与长江河口絮体最大粒径相当;②浓度不变时,随剪切率增大,大粒径絮体(粒径大于0096mm)含量逐渐增大,最多可在G为19.94s-1时分别达到3.1%~11.3%、09%~10.2%和1.1%~11.4%;③长寿、忠县和奉节三个河段的泥沙絮凝平衡时絮体最大粒径Df,95随紊动剪切率的增大(从384s-1至30.07s-1),基本呈现先增大后减小的趋势,在浓度为1.0g/L、剪切率为19.94s-1时达到最大,分别为0.126mm、0.126mm和0.114mm。
  (4)三峡库区长寿、忠县和奉节河段的泥沙颗粒絮凝临界剪切率均为19.94s-1,絮体粒径分布受浓度影响较大。在临界剪切率作用下,泥沙浓度较小时(0.3g/L、0.6g/L),忠县河段泥沙絮凝平衡后絮体最大粒径与大粒径絮体百分数最大;泥沙浓度较大时(1.0g/L),长寿河段泥沙颗粒絮凝平衡后絮体最大粒径与大粒径絮体百分数最大。
[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] 马四海
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:重力坝由于其结构明确、事故率相对较低,适用各种地形等显著优点,得到了世界范围内水利行业中的高度认可,是中国水利事业建设中最常见的坝型。为确保工程的安全运行,保证国家和人民的生命财产安全,大坝的抗滑稳定问题得到越来越多的重视。
  重力坝深层抗滑稳定问题是水工建设中经常遇到的工程问题,传统计算方法适应性较差,不能给出坝体与坝基应力分布及位移的变化,并且坝基内地质条件复杂,计算时需采用诸多假定,有可能会忽略了某些控制性因素,因此无法满足实际工程需要,随着计算机技术的发展,借助有限元法对重力坝的深层抗滑稳定进行计算分析,已成为一种新型有效的手段。
  论文在总结前人研究的基础上,概述了国内外重力坝深层抗滑稳定问题分析的研究现状,介绍了目前重力坝深层抗滑稳定分析的常用方法、基本原理,并指出了各种方法的优点和局限性,着重介绍了有限元法的发展和应用现状。论文结合坝基含有软弱夹层的大滩口水库重力坝工程实例,借助有限元分析软件ANSYS进行抗滑稳定的计算分析,并得出对工程有实际意义的指导结论。
  针对大滩口水库工程,利用ANSYS软件构建重力坝的有限元模型,并对重力坝施加荷载,进行有限元计算,分别对其在联合荷载作用下不同工况的应力、位移,抗滑稳定进行了系统研究,结果表明用有限元法对重力坝深层抗滑稳定进行分析是切实可行的。同时表明在目前已经投入使用的大滩口水库大坝具有足够的安全度,坝体坝基的深层抗滑稳定是有保证的,与大坝实际运行情况相符合。
  本文立足于实际工程,将有限元元法与传统计算方法结合使用,使分析结果更加合理完善,为以后具有类似坝基条件工程的抗滑稳定分析,提供了研究依据,具有实际指导意义。
[硕士论文] 宁聪
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:沥青混凝土心墙坝是近几十年来发展起来的一种土石坝,坝体采用砾石或者堆石分层填筑碾压而成,跟传统的土石坝相比,它具有结构简单、施工方便、工期短、运行安全性高等优势,是目前极具竞争力和应用前景的坝型,同时该种坝型也是国际大坝委员会的推广坝型。因此,对沥青混凝土心墙堆石坝健康诊断的研究,以保证大坝安全运行具有十分重要的意义。本文以一典型的沥青混凝土心墙堆石坝为例,针对若干关键问题,对沥青混凝土心墙坝的健康诊断技术进行了如下研究:
  (1)为掌握其沥青混凝土心墙堆石坝的运行性态和规律,指导工程施工、保证大坝安全运行、反馈设计、提供科研依据,常需对大坝设置相应监测设施。本文根据沥青混凝土心墙坝结构特点,系统的归纳总结了其大坝安全监测内容、监测设计原则、监测资料分析方法及监测仪器的安装布置注意事项。
  (2)沥青混凝土心墙坝在深厚覆盖层下受力相当复杂,其坝体及防渗体的应力变形也相当复杂,借助有限元数值计算方法在解决复杂的结构边界条件、荷载传递及非线性问题方面的优势,对某水库沥青混凝土心墙堆石坝施工期和蓄水期分级加载模拟,就坝体渗流及应力变形进行二维有限元计算分析,分析表明其渗流及应力变形符合土石坝的正常运行规律。
  (3)在沥青混凝土心墙坝中,沥青心墙作为大坝的主要防渗体,且沥青混凝土的力学性能和变形性能随温度和持荷时间的变化而变化,本文编制了沥青混凝土心墙结构分析的温度场和徐变应力场三维有限元计算程序,并用该程序对某沥青混凝土心墙就施工期及蓄水期的温度徐变应力进行计算分析,分析表明该模型能很好的模拟其心墙的温度、变形情况,心墙变形稳定。
  (4)对某水库沥青混凝土心墙坝施工期监测资料采用作图法、特征值比较法、回归模型统计法等方法对监测资料进行定性和定量分析,并将有限元计算结果与实际监测成果进行对比分析,分析表明两者表现出来的规律基本相吻合,在时间、空间上的分布规律有较好的一致性。
[硕士论文] 罗晓龙
土木工程;岩土工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡水库从2003年开始蓄水,经历多个蓄水阶段后,于2010年首次蓄水至175m,2013年以后水库开始正常运营,库水位一年一度在145m至175m之间涨落。水库的蓄水和水位周期性升降变化,高达30m的水位变幅,必然造成岸坡岩土体处于饱水—风干的循环劣化环境中,再加上蓄水、泄洪而频繁发生的水位升降甚至联合强降雨作用所构成的复杂动水条件,必将成为新一轮岸坡再造的重要营力。就研究区巫山段库岸而言,受到库区蓄降水的影响,水文、地质环境发生重大改变,该库岸段灾害频发,已经严重威胁到库区通航安全及库区人民生命财产安全。因此,对该段岸坡进行变形破坏机理研究,具有重要的理论和现实意义。
  本文在查阅区域地质资料的基础上,搜集巫山段库岸岸坡失稳典型案例,并对整段库岸进行现场调查。本文主要研究了岸坡因库水位周期性涨落处于干湿循环劣化环境中而导致岸坡长期强度弱化机理。通过对岸坡典型岩体的室内干湿循环试验、典型岸坡失稳的变形破坏机理分析、数值模拟分析,取得了如下研究成果:
  1)通过对研究区工程地质条件的综合调查与分析,将研究库岸段按其岸坡结构类型及其特征进行分段,并将岸坡失稳破坏类型分为冲刷磨蚀型、坍崩滑塌型和整体滑移型三大类。
  (2)总结分析了库水位升降作用下岸坡岩土体与水的相互作用机理,分别阐述了水与岩土体的化学作用、物理作用及力学作用。
  (3)选取巫山段库岸出露典型岩石灰岩为研究对象,通过室内干湿循环试验,揭示了灰岩干湿循环劣化规律。试验结果表明,水的干湿循环作用对灰岩的劣化是渐进性的,初期劣化速率较大,随着循环次数的增加,劣化效应逐渐减弱。通过试验得到了灰岩单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度与干湿循环次数之间的函数关系,定义了干湿循环劣化系数,用于表征不同循环次数对灰岩各参数的影响程度。
  (4)通过对巫山段已经发生失稳破坏的典型岸坡进行破坏过程及破坏模式的研究,在前人的研究基础上,将边坡破坏尖点突变模型引入库岸边坡中,并假定145m水下部分为应变软化区段,145m~175m消落带岩土体为弹性区段,提出岸坡失稳破坏判据,揭示了水库运营期间岸坡突发性破坏机制。
  (5)为了量化岸坡岩土体因库水浸泡、冲刷、侵蚀及干湿循环作用下岩土体抗剪强度的弱化作用,引入岩土体弱化系数。分别以红岩子滑坡、龚家坊2#滑坡为例,建立数值分析模型,利用FLAC3D软件,研究了土质和岩质滑坡在不同弱化系数下岸坡位移、剪切应变增量及塑性区变化情况,并分别得到了土质和岩质岸坡临界临界失稳时的弱化系数。分析了不同类型岸坡在坡脚弱化滑移阶段,随着坡脚岩土体不断弱化,岸坡稳定性的发展趋势。
[硕士论文] 张凌越
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡水库的泥沙淤积问题一直是被广泛关注的焦点和难点,国内现有研究认为,三峡蓄水后,在库区宽谷河段流速减缓和来沙变细的共同作用下,细颗粒泥沙发生絮凝淤积。絮凝的存在会使泥沙运动的规律发生较大的变化,尤其是在三峡水库中,细颗粒泥沙的絮凝会加快泥沙的沉速,从而加剧库区泥沙的淤积速度。因此,研究三峡库区中细颗粒泥沙产生絮凝的临界条件是河流动力学的基础问题,同时对水库合理调度和安全运行也具有非常重要的指导意义。
  本文开展现场试验与室内沉降试验研究,同时基于理论分析探讨库区泥沙絮团的形成原理,研究库区细颗粒泥沙发生絮凝的临界条件,主要工作及结论如下:
  (1)基于ADV同步测量瞬时流速与瞬时含沙量,采用小波分析法对声波强度信号进行去噪,核密度估计法进行去毛刺预处理,率定声波强度跟瞬时含沙量的关系,反演出现场瞬时含沙量;根据泥沙扩散理论间接获得现场泥沙的沉速;现场泥沙的粒径大小根据stokes沉速公式反算得到;将现场所有测点的沙洋带回实验室用激光粒度仪离散后进行级配分析,将现场粒径与离散后的泥沙中值粒径的比值定义为絮凝度,反映库区的絮凝程度;发现库区绝大多数细颗粒泥沙发生絮凝,且多为中轻度絮凝,絮凝主要发生在水体的中下层;分析絮凝度与含沙量、粒径、流速的关系,发现库区细颗粒泥沙絮凝的临界含沙量约为0.65kg/m3,临界粒径约为0.018mm,临界流速约为0.75m/s。
  (2)选取库区黄花城河段沙洋进行室内沉降试验,进行絮凝影响因素的分析:探索基于PTV技术的细颗粒泥沙粒径和沉速的同步测量方法,并验证了该套测量方法的准确性,提出适用于细颗粒泥沙粒径和沉速测量的PTV技术;证明了室内沉降试验中泥沙发生了絮凝,分析泥沙沉速随紊动强度的变化,发现存在临界紊动强度5(mm/s)2,当紊动强度小于该值时,紊动强度对泥沙絮凝起促进作用,当紊动强度超过该值时,紊动强度对泥沙絮凝起阻滞作用;分析泥沙沉速随含沙量的变化,得到泥沙絮凝的临界含沙量在0.5kg/m3左右,即小于该含沙量时,含沙量的增加促进泥沙的絮凝,大于该含沙量后,含沙量的增加阻碍絮凝的发展。
  (3)依据胶体稳定性理论推导出范德华引力与双电层斥力的表达公式,并计算了不同粒径情况下对应的范德华引力与双电层斥力,发现细颗粒泥沙相互接近的过程中,其范德华引力远大于双电层斥力,佐证了库区细颗粒泥沙易发生絮凝的现象;同时通过理论计算分析发现粒径在小于0.018mm时,库区絮凝作用明显,粒径大于0.018mm后,库区泥沙絮凝作用不明显。
[硕士论文] 杨威
水利工程;水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来阶梯溢洪道在消能方面应用比较广泛。在中高水头电站中,阶梯消能结合挑流、底流消能结构能有效减少挑坎出流或者底流入池的水流能量,消能效果比单纯使用挑流、底流消能要好。实际工程中阶梯溢洪道局部区域在水流冲刷和空化气蚀作用下容易破坏,因此研究其破坏机理具有重要的工程意义。目前已有阶梯溢洪道破坏机理研究成果,主要从溢洪道结构优化、混凝土抗磨损能力、水流对阶梯的作用力等方面开展研究。本文针对水流结构对溢洪道的作用,分析流速、水流冲击压强、空化负压等参数的分布规律,研究阶梯型溢洪道的破坏机理及预测方法。
  本文采用物理模型、数学模拟和现场观测相结合的办法,分析门槛滩阶梯溢洪道的外部水流结构,分析溢洪道沿程的最大流速、最大水流冲击压力、最小空化负压的分布情况,预测可能发生破坏的区域。将门槛滩现场破坏区域与预测结果进行对比,确定造成门槛滩阶梯溢洪道破坏的主要因素及其影响权重,提出按因素权重确定的分级判别方法,从而得出阶梯溢洪道的水流作用破坏机理及预测方法。
  分析成果应用于八一桥水电站阶梯溢洪道,根据物理模型试验和三维数学模型的计算成果,分析八一桥阶梯溢洪道的最大流速、最大水流冲击压强、最小空化负压力等参数的分布规律,再结合门槛滩电站总结的破坏机理,预测八一桥阶梯溢洪道是否会发生破坏,以及长期运行后容易破坏的高风险区域。
  该研究成果可以在采用阶梯溢洪道的类似水电站消能结构中应用,为阶梯消能结构的风险分析、设计优化和管理维护提供技术支撑。
[硕士论文] 李明
水利工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岸坡稳定是影响水库安全的重要因素之一,其安全性、稳定性关乎库区发电、航运、灌溉等功能的运行,为保证库区长期稳定安全的运营,对水库岸坡进行故障预测、剩余寿命估计以及健康状态的评价有重大意义。水库岸坡受库水位涨落、降雨、地下水位、地震、人类活动的干扰作用,其安全状态较为复杂,且岸坡一旦发生失稳破坏,所带来的直接灾害和次生灾害非常严重,本文将先进的故障预测与健康管理技术引进水库岸坡中,建立岸坡PHM技术框架,实现岸坡的故障预测、剩余寿命估计以及健康状态评价,为岸坡的健康管理和自主式视情维修奠定基础。
  本文首先详细介绍了水库岸坡安全状态的特点,分析了安全监测对于岸坡的重要性,根据PHM系统结构设计方法,结合水库岸坡自身特点,构建岸坡PHM系统框架,分析其中各模块的作用;其次,着重介绍了故障预测技术的发展以及常用的模型方法,详细介绍了利用BP神经网络进行位移预测的步骤,为实现岸坡故障预测,选取位移变形速率和变形加速度为失效依据,结合位移预测值,对岸坡进行故障预测;为从多角度反映岸坡的状态,本文构建了岸坡剩余寿命预测模块,阐述了剩余寿命的概念以及剩余寿命估计的主要方法,考虑到岸坡在外界环境影响下自身退化情况的随机性,重点阐述了维纳过程以及退化建模的过程,并利用首达时服从逆高斯分布的概念定义了岸坡的寿命,利用极大似然法对参数估计得到岸坡寿命的概率密度函数解析式,并采用平均剩余寿命的概念对岸坡的平均剩余寿命进行估计;为考虑多种因素影响下的水库岸坡处于何种状态,采用模糊综合评价的方法对岸坡的健康状态进行评价,确定了岸坡的评价因素集以及评判等级,利用模糊统计法、隶属度函数和层次分析法分别确定各评判因素对应健康等级的隶属度以及所占权重,对岸坡历史时段和未来时段内的健康状态进行评价。
  通过对岸坡故障预测、剩余寿命以及健康评价技术的研究,验证了水库岸坡PHM系统实现的可行性,并结合实际情况,实现了岸坡PHM系统框架和主要功能,为最终实现岸坡的健康管理提供了依据。
[硕士论文] 马驰
结构工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:高土石坝如果因发生地震而破坏,将会产生灾难性的后果。因此,高土石坝的破坏机理和抗震加固措施研究一直是热点问题。近年来,土工格栅加固高土石坝得到了广泛的应用,已经应用于青峰岭水库、南桠河冶勒水电站、糯扎渡心墙堆石坝等已建和在建的大坝中。但是这些坝体加固方案多采用工程类比法进行设计,土工格栅加固高土石坝的加固机理研究尚不明确,缺少理论分析依据,不便于工程实际应用。
  本文在已有工作的基础上,结合国家自然科学基金项目《基于广义塑性理论的土工格栅加筋高土石坝的动力分析》(51409076),通过有限差分软件FLAC3D,研究了地震作用下土工格栅加筋高土石坝的加固效果,开发了有限差分计算坝坡动力安全系数时程的计算方法,确定了土工格栅的最佳铺设方式,并通过实例进行验证。本文的主要内容如下:
  (1)通过对强震作用下土工格栅加筋高土石坝的变形分析,计算结果表明:土工格栅加固高土石坝后,降低了坝顶沉降,减小了坝体水平位移和竖向位移,具有加固高土石坝的效果。通过改变土工格栅的弹性模量、土工格栅的长度和土工格栅铺设的层间距等参数,从坝体变形角度确定土工格栅最佳的铺设方式。
  (2)运用拟静力法和动力时程法两种方法进行稳定分析。通过拟静力法施加地震荷载,并结合强度折减法计算得到最大剪应变增量图(可以确定潜在滑裂面的位置)。结果表明土工格栅加固后坝坡滑裂面下移,滑裂面加深,土工格栅加固后增加了坝坡的稳定性。通过软件二次开发平台,利用FISH语言计算安全系数得到时程图,结果表明加固后随着地震的发生,安全系数一直是增加的。最后,通过稳定性分析确定土工格栅的最佳铺设方式。
  (3)通过对双江口心墙坝的实例分析,按照最佳铺设方式对双江口土石坝进行加固。计算结果表明:铺设土工格栅后坝体永久变形减小,安全系数增加明显,极限抗震能力也有明显的提高。
[硕士论文] 卢建宇
水利工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:作为大型跨流域调水工程——引江济淮利用的派河河道是沟通长江淮河流域流域水资源调配主要通道。有别于传统单一功能河道设计原则,派河段需满足溯向输水、开展航运、以及河道生态保护等多功能要求。相较于南水北调工程,引江济淮工程河道断面如何在确保工程安全运行和主体功能发挥的同时,进一步兼顾生态保护要求,是一项前人鲜有且具有一定研究意义的课题。本文完成主要研究工作如下:
  (1)本文在收集和梳理引江济淮设计成果的基础上,调研和比较了输水、航运、生态河道断面的相关文献及设计规范。结合引江济淮派河段河道断面现状存在的不足,初步提出派河段多功能河道断面设计原则。依据上述设计原则并查阅派河段勘查资料,计算复核得到派河段多功能河道断面底宽及底高程。
  (2)结合国内外多功能河道断面优化设计相关文献及工程应用经验,有别于传统直接经济成本最优设计方法。本文在此基础上构建了考虑河道边坡风险经济损失、生态成本的综合造价模型设计方法。依照综合造价模型最优原则,对满足多功能要求的河道断面的设计尺寸进行优化。
  (3)查阅相关文献,影响边坡稳定影响因素很多。传统的安全系数法已无法精确对设计阶段边坡安全性进行估算。本文选取土体参数(自重、粘聚力、内摩擦角)沿深度方向分布规律不确定性作为边坡稳定性影响因素,通过可靠度理论中改进的一次二阶矩法及改进响应面法求解对应的边坡可靠度指标,鉴于国内外安全指标缺乏统一标准。本文基于上述可靠度指标给出河道边坡风险经济损失求解办法。从控制边坡可能失稳造成风险经济成本角度实现对于边坡安全性的设计。
  (4)查阅大型水利工程建设对于生态环境影响相关文献,本文考虑运用生态补偿机制衡量引江济淮工程建设对于沿线生态环境的影响。给出派河段河道建设对应生态成本求解方法。
  (5)借助MATLAB工作平台强大数据处理与编程能力,选取典型河道断面,建立对应的综合造价M文件。依据上述典型断面计算结果,结合地勘资料,选定施工期地下高水位及设计洪水位作为典型工况,运用大型有限元分析软件ABAQUS建立典型河道断面的三维模型。对计算结果进行分析,进一步论证本文基于综合造价方法进行优化的合理性。
  本文通过确立多功能河道断面设计原则,选取符合设计原则河道断面型状并对选取上述断面尺寸进行初步计算。基于综合造价最优原则,运用本文构建的综合造价模型。实现对河道段断面初步设计尺寸进行调整优化。该综合造价模型实现了安全、经济、生态效益协调统一,可为今后的多功能河道设计及优化分析方法的研究提供参考。
[硕士论文] 黄翔
水工结构工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:三峡库区马家沟滑坡抗滑桩施工完成以后,在水库蓄水运行过程中,桩身与桩后滑体间产生开裂现象(发育一条贯穿型裂缝)。以往关于马家沟滑坡抗滑桩体系变形机制的研究,认为桩后滑体的作用力是导致该滑坡抗滑桩产生变形的主要原因,但该观点并不能合理地解释抗滑桩与桩后滑体间的开裂变形现象。为了弄清马家沟滑坡抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形的内在机制,本文选取马家沟滑坡抗滑桩嵌固段红砂岩为研究对象,模拟水库蓄水初期至抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形期间的真实蓄水运行过程,进行红砂岩在此过程中不同时刻的(单)三轴压缩试验以及劈裂试验;建立马家沟滑坡典型剖面的数值网格模型,基于饱和-非饱和渗流理论,采用GEO-STUDIO软件对该滑坡在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的地下水渗流场进行计算分析;基于流固耦合理论,采用FLAC3D软件对该滑坡在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的变形过程进行数值模拟计算;最后基于上述研究结果,探讨马家沟滑坡抗滑桩与桩后滑体间产生开裂变形的内在机制。研究所获得的结果如下:
  (1)自主研发了能较真实地模拟湿干变化环境作用下的岩石抗拉强度测试装置(SGPL-2016),为马家沟滑坡抗滑桩嵌固段位置的红砂岩在水库蓄水初期至滑坡抗滑桩体系产生开裂变形期间的库水浸泡作用下的抗拉强度测试提供了设备基石出。
  (2)水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间,马家沟滑坡嵌固段红砂岩在库水浸泡作用下的物理力学参数劣化明显,与天然状态试样(未浸泡)相比,浸泡75天后的红砂岩试样的峰值抗压强度(0MPa、2MPa、4MPa)分别降低67.96%、60.89%、59.34%,抗拉强度降低58.95%,黏聚力和内摩擦角分别降低61.06%、13.71%。
  (3)水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间,马家沟滑坡前缘涉水段(滑坡前缘坡脚位置)的浸润线受库水位下降的影响较大,变化较明显;库水位下降初期,浸润线与水平方向夹角较小,呈水平状态;随着库水位不断降低,浸润线与水平方向夹角不断增大,滑坡体内的地下水向外渗流产生较大的渗流力。
  (4)水库蓄水初期至滑坡抗滑桩与桩后滑体产生开裂变形期间,一方面,抗滑桩嵌固段红砂岩受库水浸泡作用的影响,宏观力学强度劣化明显,使得抗滑桩嵌固效果减弱;另一方面,由于滑体渗透系数较小,使得库水位下降过程中坡体内地下水位下降速度明显缓于坡外库水位的下降速度,滑坡体内外形成了较大的水位差并产生了指向坡外的较大的渗透力,在坡内渗透力的作用下,桩前滑体的变形快速增大,抗滑桩的桩前支撑作用大大减弱,使得抗滑桩的变形也快速增大,且大于桩后滑体的变形,导致两者变形不协调,从而在抗滑桩与桩后滑体间产生开裂现象。
  (5)马家沟滑坡抗滑桩嵌固段红砂岩在水库蓄水运行过程中受库水浸泡作用影响强度劣化(弱化)是引起抗滑桩与桩后滑体间产生开裂的主要原因,而库水下降作用引起的坡内渗透力在此过程中起一定的促进作用。因此,在水库岸坡加固支护设计时应考虑库水浸泡作用对嵌固段岩体(岩石)强度的影响,采用受库水浸泡作用影响劣化(弱化)后的强度参数及变形参数进行抗滑桩的设计,而不应仅考虑其在饱和状态下的强度参数和变形参数。
[硕士论文] 姜巍娣
计算机技术 黑龙江大学 2017(学位年度)
摘要:水库在生产生活中占用重要地位,我国是世界大国土地宽广地形复杂其水库大坝数目也遥居世界前列,与此同时大坝溃坝也居于世界前列。并且,不论是国内还是国外的水库堤坝,即使建造时工程质量再好,随着时间的不断推移,其发生事故的危险性也在不断增大。水库堤坝发生重大事故主要是由设计不科学、未按要求施工或是管理方面存在重大失误等原因造成的,此外,某些关键环节的小变化也可能导致堤坝发生危险。如果堤坝出现危险情况,最主要的受害者就是其周边的群众,不但使当地群众遭受重大经济损失,还会带来用水困难的问题。为了预防堤坝发生险情,对其进行安全监测十分必要,监测系统会时时跟踪记录水位的变化,水位异常时,监测系统就会自动报警,从而提高了堤坝运行的安全性。因此,利用科学方法通过电子计算机技术合理地对大坝进行实时监控是重中之重。
  本文根据水库堤坝监测工作的需要,为了能掌握水库的实时变化情况,通过应用相关的理论和方法,例如误差分析及自动化系统安全监控理论、灰色预测模型分析方法与监测数据处理方法,同时参考了有关水坝安全监测的大量资料,成功设计出了针对水库堤坝监测工作的电子计算机自动监控系统。这一监测系统主要由数据采集和数据处理与分析两大部分组成。数据采集的主要功能是监测、采集并存储堤坝的相关数据,例如渗压力、渗流量、水位等,同时还能监测与查询相关数据及实现系统自动监测。数据处理与分析模块主要负责检验数据的异常值,同时还能依据灰色理论绘制坝体渗压力预测曲线及过程线。在设计该监测系统的程序时,开发平台选择了面向对象的Delphi语言,主要是因为该语言具备强大的数据库功能,而且该语言的数据库还能与其他经常会用到的数据库进行连接,本系统的后台数据库则是选用了Microsoft SQL Server2008关系数据库,其优势就在于具备很强的数据处理能力,而这一关系数据库能够与以Delphi语言作为平台而开发设计的监测应用程序进行便捷的沟通,能够有效地管理庞大的监测数据与处理后的数据。
[硕士论文] 武永娜
水利工程 黑龙江大学 2017(学位年度)
摘要:北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司坐落在伊春市浩良河镇。企业于2004年7月完成了原料“油改煤”工程建设,开始用煤炭作原料生产尿素。
  “油改煤”工程的主要副产品为粉煤灰。粉煤灰是工业废渣,当前在我国排放量较大。会对环境造成不良影响,主要包括扬尘、污染大气,以及排入水系淤塞河流。
  贮料场建成后,由于水的覆盖作用,防止了扬尘和污染大气;废水的高水位回收,避免了向河道排放污水污染环境,最终还生态以优良的环境。同时,将成为粉煤灰开发再利用的中转仓库,将再创较高的经济效益。
  本论文以浩良河贮灰坝结构计算分析与环境影响评价为主题,理论论述了研究区的自然地理、地质、水文河、气候等条件,并加以分析,探讨了贮灰坝的稳定性及其改造后对环境的影响。并且针对研究区贮灰坝的稳定性情况及存在的问题进行分析对研究区的环境做了综合的评价,对废灰的再利用以及如何恢复生态改良环境提出建议。
[博士论文] 艾洪舟
防灾减灾工程及防护工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:对于由松散堆积体构成的冰碛坝,在地震涌浪作用下存在溃决的风险。但冰碛堰塞湖大多分布在高寒、高海拔地区,相关记录较少,远不如人工水坝等建筑受到重视,而地震涌浪的量级对于人工水坝一般不会造成严重威胁,因此,地震涌浪的研究相对较少。十三五规划中已提上日程的川藏铁路将经过藏东南的帕隆藏布流域,该区域现代季风海洋性冰川分布密集、规模大,冰湖溃决风险较大。地震涌浪作为冰湖溃决的一个重要致灾因子,其影响因素以及波浪特征亟待研究。本文主要从以下几个方面对地震涌浪进行了研究:
  (1)在对国内外地震涌浪以及类似涌浪的研究现状调查基础上,选择Chen Bang-Fuh等人的提出地震涌浪模型,对其采取静水假设,得到模拟地震涌浪的浅水波模型,并采用有限差分法获得数值解。通过与Sato模型和Demirel&Aydin模型对比分析,对本文模型的合理性与准确性进行验证,分别在不同地震波、不同地震峰值加速度以及不同水深条件下进行了对比。利用本文数值模拟结果给出了地震涌浪最大浪高的预测公式。
  (2)开展振动台水箱模拟实验,研究矩形水箱中水体在地震作用下的涌浪特征。分别分析了地震波形、地震峰值加速度、水深以及不同位置对地震涌浪最大浪高的影响。将模拟实验结果与文本提出的数值模型计算结果进行对比分析,并根据实验结果对第2章中提出的预测公式进行了修正,修正后的经验公式计算结果与数值模拟结果以及实验测量结果均能保持较好的一致性。
  (3)针对考虑底部不平整效应的地震涌浪,开展振动台水箱模拟实验,通过在规则几何水箱模型底部安装木条模拟不平整底部。从能量的角度分析了不平整底部振动时,底部能量的产生、传递以及耗散。利用模拟实验结果分别分析了地震峰值加速度,水深以及底部不平整高度对考虑底部效应的地震涌浪最大浪高的影响。最后结合第3章中的地震涌浪最大浪高的经验公式以及第4章中涌浪最大浪高增幅的特征给出了考虑底部效应的地震涌浪最大浪高的预测公式。
  (4)考虑地震涌浪产生过程中,同时发生地震触发滑坡入水这一现象,开展关于地震-滑坡复合涌浪的振动台水箱模拟实验。分别讨论了地震峰值加速度、水深、滑块入水速度以及滑块体积对复合涌浪峰值的影响,基于振动台实验结果和第3章中的地震涌浪经验公式建立了地震-滑坡复合涌浪峰值与相关参数之间的统计模型。
  (5)结合蒋忠信等人给出的冰碛湖漫溢型溃决判据与本文中提出的不同条件下的地震涌浪计算方法,给出了地震效应下的冰湖溃决风险评估程式。此外,利用李斯特万公式,谢任之公式以及黄河水利委员会水利科学研究所的计算公式等方法,给出了溃决洪水演进计算的程式。利用以上冰湖溃决风险评估程式以及以及溃决洪水演进程式对米堆冰湖溃决案列进行计算。针对西藏地区冰湖溃决引发的溃决洪水在下游造成的灾害主要为水毁灾害这一情况,提出相应的防治原则与减灾对策。
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