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[硕士论文] 李辉
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:引航道分隔于枢纽的上下游,是船舶(队)通过枢纽过程中供其调整、停泊等待、安全通航的综合性过渡航道段。通常,上游引航道位于库区,除大坝泄洪外水库调度运行时,引航道口门区流速不大,水流条件较好;而下游引航道受水库调度及电站尾水下泄的非恒定流影响,口门区附近容易形成斜流和大范围回流区,给船舶进出引航道航行带来困难。同时航道的内外动静水体交换,引起停泊段水面产生较大波动,不利于船舶安全停泊。因此,探究引航道通航水流特性对保障船舶(队)航行安全和提高通航效率具有重要意义。
  本文结合西江黄金水道升级建设项目“融江麻石船闸改扩建工程枢纽整体通航水流条件数值模拟研究”,对麻石枢纽新船闸的总体布置,上下游引航道口门区、停泊段等采用二维水流数学模型,采用密排三角形网格模拟方法,对通航水流条件进行模拟研究。笔者主要通过三部分编写论文:
  首先用建立的数学模型计算上下游选定断面流速,通过断面实测流速资料检验该模型的正确性。结果显示除极个别点有所偏差外,大部分测点流速吻合良好,均在误差范围内,证明所建模型能够完成该项目计算;
  其次在原设计布置方案基础上,计算、分析枢纽上下游引航道在各工况下的通航水流条件,计算结果显示,高水位134m水位运行时,上游引航道停泊段最大纵向流速为0.76m/s,不满足规范要求的0.5m/s指标;死水位130m运行时停泊段最大纵向流速为0.99m/s,不满足通航安全要求,横向流速最大值为0.17m/s,略超0.15m/s通航要求。下游下泄仅为发电机组引用流量时,停泊段最大纵向流速为0.74m/s,略超过了0.5m/s的通航安全要求;下泄洪水流量Q≥11200m3/s时,口门区最大横纵流速均不满足要求。
  最后针对原设计方案存在的问题,提出的优化方案将上游引航道宽度由50m增大到55m,地板高程降低至123.7m并设置为复式断面。计算表明除死水位130m运行时,停泊段纵向最大纵向流速为0.76m/s,大于0.5m/s通航安全指标,其他工况下均满足通航安全要求,并建议采取延长船闸阀门开启时间的方式加以解决。下游引航道同样将宽度由50m增至55m,规划航线向右岸侧偏移,延长隔流堤长度、增加隔流墩和改变隔流墩轴向角等方法,使各项指标均基本满足通航要求。
  由于时间仓促,本次研究没有针对隔流墩长度、角度等对口门区水流条件进行细化的分析研究,建议在下阶段进行深入研究,以获得最佳工程布置。
[硕士论文] 任晶轩
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要: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。
[硕士论文] 刘光银
交通运输 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:船舶尾轴轴承是船舶推进轴系的重要组成部分,它在船舶上的应用必须经过验证。通过轴承试验台进行模拟试验,是准确研究和掌握轴承润滑特性的有效方法。那么设计一套船舶尾轴试验装置进行轴承效用验证、润滑剂效用验证等具有很高的现实意义。传统的轴承试验装置通常采用机械、液压的加载方式模拟轴承负荷,这种型式的加载方式存在不易实现负荷的动态调节和控制,尤其是加载力不能反应生产实际中动负荷。随着电磁技术的发展,电磁轴承越来越多的运用到工程各个领域,它能通过控制电磁力将轴稳定在工作点。因此提出基于电磁轴承原理,设计以磁力作为加载力的轴承试验装置,这种型式能有效克服具有传统加载方式的试验装置的缺点。
  本文的主要研究内容如下:
  (1)从船舶尾轴轴承动压润滑原理着手,分析证明尾轴轴承在工作状态下,尾轴轴承承受各种负荷时,因动压润滑产生的油膜力将轴稳定在轴承内某一位置。这样的尾轴的位置与负荷之间关系,建立了通过轴的位置来反应负荷的理论基础。
  (2)分析加载装置的数学模型,确定电磁力与线圈电流和气隙长度之间关系,而气隙长度为铁芯与轴之间的距离。因此转轴在同一工作位置工作时,电磁力对轴承的作用效果与外负荷对轴承的作用效果一致,证明了用电磁力模拟外负荷的可行性。
  (3)通过目标负荷,完成磁力加载装置的相关参数设计,并进行电磁铁的加载能力校核。
  (4)根据加载装置的状态方程,结合电磁加载的具体参数,结合系统本身特点设计控制系统。
  (5)完成除加载部分外的轴承试验台设计。
  小结:本文创新性的将电磁轴承原理运用到船舶工业,为船舶尾轴承结构设计、材料选用及尾轴润滑介质筛选等试验设备建设提出新思路,本设计也为选用电磁轴承的运用扩展到船舶工业做技术探索。
[硕士论文] 郭根庭
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:X型排是航道整治工程中软体排护滩建筑物的一种。这种结构在航道整治的应用中主要是利用其隔离和反滤功能,进行河床的护底和固滩,防止水流直接冲刷河床滩体和因水流渗透作用而造成河床滩体的局部变形,对河段中已存在的较为高大完整的洲滩守护利用,以防止航道条件向不利方向转化。X型排不可替代的作用使得其在航道整治工程中得到广泛应用。在航道整治工程建设与维护过程中,航道部门积累了大量的观测资料和研究成果,但仍然存在一些技术难题亟需突破,而航道整治建筑物使用寿命的预测便是难题之一。基于此,本文开展了航道整治建筑物中X型排使用寿命问题的研究工作。
  本文研究通过资料收集、广泛调研、理论分析及水槽概化模型试验等手段,基于X型排的时变功能函数进行其使用寿命的预测研究。主要得到以下几方面的成果:
  (1)基于随机水文学理论,结合数理统计方法,提出了一种新的非恒定流过程的提取方法。通过该方法,找到了一个体现了流量大小、变率特征的指标来描述非恒定流过程。
  (2)由X型排抗滑稳定性分析,结合可靠度理论,建立了X型排使用寿命预测模型。
  (3)X型排系结条受力情况较为复杂,块与块之间相互作用、滩体形态的变化、非恒定流量特征都使系结条拉力随时间的变化出现较大的随机性。拉力-时间曲线按变化趋势可分为持续紧绷型、持续松弛型和反复变化型。X型排系结条最大可变拉力中大值的出现区域:平直段滩槽与滩头陡坡坡项附近区域。
  (4)滩体特征对附近水流流速和系结条拉力分布规律影响显著。对流速的影响:滩槽交界位置陡坡坡度越大,壅水效果越明显,壅水过后的落水现象也越明显。这一现象表现为陡坡坡度越大,流速最大值更大,最大值的分布区域更广。对系结条拉力:滩体相同位置的滩槽陡坡坡度越大,其X型排系结条在流量过程中可能受到的拉力最大可变拉力值越大。
  (5)确定了X型排失效临界拉力的计算方法,并结合软体排时变可靠度模型,提出了X型排在不同流量过程、不同滩体的条件下基于规定的失效指标的使用寿命预测方法。
[硕士论文] 高波
交通运输工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江是中国最大的内陆河,长江干线是中国国土空间开发的最重要的东西轴线,在区域发展总体格局中具有重要的战略地位。随着三峡水利枢纽工程的建成和长江黄金水道作用的逐步显现,水上运输运量大、成本低、能耗少的优势,促进着地区的经济发展,长江上游重庆航运中心建设正不断加快,船舶运力、水路货物运输呈现高速增长态势。
  同时,长江干线重庆段船舶通航环境也在不断的发生大的变化:桥梁、电缆、管道等过江建筑日益增多,港口、码头数量不断增加,采砂、清淤等水上水下活动日益频繁;三峡库区定期蓄水、防洪腾库的交替变化,导致辖区航道宽度、水深、水势流态、碍航物等通航条件变化明显,长江干线重庆段雾情、大风等恶劣天气出现了新的表现形式。各种影响因素的共同作用,制约着重庆长江上游“畅通、高效、平安、绿色”黄金水道建设和发展。因此,开展长江干线重庆段水域通航环境影响因素的评价研究,对提升重庆航段通航功能,实现“航行更安全,水域更清洁”具有十分现实的意义。
  本文从安全系统工程的角度出发,以长江重庆段通航环境的安全评价作为论文探讨的主题,从通航环境影响因素分析着手,利用定性和定量相结合的系统分析方法,结合近八年该水域发生的水上交通安全事故分析,参考大量有关文献,借鉴其他学者的相关成果,在调查、问询、座谈船舶实际操纵人员的基础上,分析拟定了各评价因素的指标评价标准,运用模糊数学中模糊综合评价方法,选用符合其变化的岭形函数,经不断修正,建立其隶属度函数,采用二元有序比较法结合调查,计算出各个因素的权重值,模糊算子采用了加权平均法计算,综合以上分析,建立了模糊综合评价数学模型。
  笔者利用模型,对长江干线重庆段自然河段、回水变动区、库区通航环境安全情况进行了评价,结果符合实际。结合撰写论文时的调查和分析,笔者联系工作实际,提出了改善长江干线重庆段通航环境安全状况的建议与措施。此项研究有助于海事管理、航道疏浚、水运企业生产中的科学决策,同时也为研究其它内河通航环境的安全提供了一种较好的评价模式,具有一定的实用意义。
[硕士论文] 邓玉涵
交通运输工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球经济的增长和一体化程度的加深,国内、国际贸易量大幅增长,港口集装箱货物吞吐量持续增加,对港口集装箱装卸效率提出了更高的要求。岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)作为港口装卸作业的主力设备,其作业能力和速度直接决定港口的装卸效率和吞吐量;而岸桥驾驶员又是整个装卸系统的主体要素。因此,本文对岸桥驾驶员的操作行为与绩效展开研究分析,对于提升装卸作业绩效,提高港口服务水平,增强港口竞争力具有重要意义。
  本文在对岸桥驾驶员装卸操作流程与特点进行分析的基础上,将装卸作业过程划分为运行吊具、抓取箱体、运行吊载、卸载箱体四个阶段,利用岸桥驾驶模拟器、ErgoLAB人机环境同步平台、无线传感器、视觉测试系统等设备进行模拟实验,采集记录岸桥驾驶员在操作过程中的生理信号和行为录像,运用统计学方法对实验数据进行处理分析,得到的主要结论如下:
  ①在装卸作业过程的四个阶段中,抓取与卸载箱体阶段机体处于相对紧张状态。随着驾驶操作时间的增加,岸桥驾驶员疲劳程度逐渐加深,其中,前40min疲劳程度加深缓慢,无明显疲劳感;40~120min时疲劳程度加深速度较快,并且在80min左右明显感到疲劳;随着疲劳的不断累积,120min左右进入较为疲劳状态,疲劳加深速度放缓,作业绩效逐渐降低。
  ②随着眼动速度的增加,垂直视野下的视野周长、面积逐渐减小,视野圆度、边界平滑性及对称性逐渐下降,延展性与规则性也逐渐降低,但无论眼动速度如何变化,水平方向上对称性好于垂直方向对称性,即水平方向上的信息处理能力更强。当眼球开始转动时,视觉搜索绩效明显降低,通过视觉系统获取信息的能力逐渐降低,当眼动速度由0°/s增加至4°/s时,搜索用时明显增加;在4°/s~16°/s时,搜索用时无明显变化;在16°/s~32°/s时,搜索用时再次明显增加。
  最后,根据实验结论,从港口、岸桥驾驶员个人两方面,提出相应的绩效提升建议对策。建议港口加强相关技能培训、合理安排作业时间、建立KPI绩效考评制度、引进辅助操作系统,岸桥驾驶员也应注重技能学习与经验总结,科学安排作息时间。
[硕士论文] 涂植凤
地理学;地图学与地理信息系统 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:多样、频发的海洋灾害给沿海经济发展和海洋生态环境造成了诸多不利影响。海堤承灾休是重要的海洋灾害承灾体之一。海堤承灾体现状调查,是加强海洋防灾减灾体系能力建设的重要基础工作,可以保障沿海地区人民群众的生命财产安全、促进经济快速发展、改善海洋生态环境,可为管理部门提供丰富准确的海堤承灾体基础地理信息,为减灾防灾的决策部署提供基础数据支撑。
  目前海堤承灾体调查主要有基于全站仪、GPS-RTK等常规人工测量方法和基于高分辨率遥感影像的摄影测量方法。常规人工测量方法精度高,但效率低;基于高分辨率遥感影像的摄影测量方法效率高,但精度低。车载LiDAR测量作为新型的高精度移动测量技术,能快速、精确采集海堤承灾体三维信息,是海堤承灾体调查的有效手段。车载LiDAR获取的点云具有海量性、高冗余、多样性等特点,实现海堤承灾体几何特征的快速提取,是海堤车载LiDAR点云处理的重点研究方向。
  本文选取广东省茂名市、湛江市的海堤承灾体为研究对象,基于车载LiDAR点云和海堤的几何结构特征,建立了海堤承灾体的几何特征模型;然后通过点云二、三维空间坐标转换,利用RANSAC算法,提出了基于海堤承灾体几何特征模型的自动提取算法,实现了海堤承灾体几何特征及其调查要素的自动提取,并通过试验验证了本文算法的可行性。本文主要内容如下:
  1.本文通过大量的实地调研资料和广东省海堤建设相关规范,总结了广东省茂名市、湛江市境内标准和非标准的海堤结构型式,分析了不同结构型式的海堤几何特征,并建立了海堤承灾体几何特征表征模型。
  2.利用先验知识对车载LiDAR点云进行粗分类,利用高程分布直方图实现点云去噪;针对预处理后的海堤LiDAR点云,基于海堤承灾体几何特征模型,结合RAN SAC特征线提取算法,提出了海堤承灾体几何特征自动提取算法。
  3.将海堤承灾体几何特征自动提取算法的成果与人工提取成果进行对比,验证了该算法的可行性。得到以下结论:
  (1)自动提取算法针对长度约1.1kin的标准结构型式的海堤,其自动提取成果的最小均方根误差可达0.094;针对长度约0.2km的非标准结构型式的海堤,其自动提取成果的最小均方根误差可达0.000。
  (2)在时间效率上,获取长度约1.1kin的同一海堤承灾体的调查要素,自动提取算法相较于人工提取方法,节省了约80.95%的时间,显著提高了工作效率。
[硕士论文] 陶园园
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:船闸是内河水运交通中不可分割的一部分,是实现河流渠化的通航建筑主要型式之一。而输水系统是控制船闸可靠和高效运行的关键,其设计水平的高低直接影响到船闸建设的成败。分散输水系统多孔壁面射流是船闸中常见的水动力学问题,其掺混特性的研究对船舶停泊安全有着重要意义。然而船闸分散输水系统型多孔壁面射流不仅仅需要考虑三维壁面射流的情况,还要考虑更加复杂的边界条件。目前关于分散式输水系统中多孔壁面射流间以及射流同环境水体的掺混作用的相关研究成果还较少。为探明其掺混特性,本文利用FLUENT软件建立了单孔以及并行双孔的三维壁面射流数学模型,并根据国家自然科学基金项目(51509027)中的物理模型实验结果最终确定采用RSM紊流模型及IPSO算法等进行数值模拟计算。通过对主要流动范围内面积紊动强度和射流对称面径向速度沿程分布两方面对射流掺混特性进行研究,得出主要成果及结论如下:
  1.基于紊动强度的概念,本文提出了面积紊动强度IA的概念,定义为脉动流速均方根与时均速度在整个平面内的比值。
  2.研究发现径孔比(径向距离与孔间距的比值)对闸室掺混有着重要意义,具体如下:
  (1)当径孔比D/d≥20时,汇聚区极短,两股射流在入射初始很快就形成单股射流,随后继续沿程发展。双孔射流对称面径向速度分布特性以及其面积紊动强度IA在展向和径向的分布均与相应单孔条件时具有显著的相似性,且这种相似性随着径孔比的增大愈加强烈。而双孔射流与水体的掺混作用反而比相应单孔射流条件时弱。
  (2)当径孔比10<D/d<20时,双孔射流的汇聚区很短,两股射流间在联合前的掺混作用弱。在入射初始时,射流对称面径向速度分布呈近乎平行于壁面的直线状,速度沿程逐渐增大,随后呈现出单孔射流时对称面径向速度沿程分布趋势。随着径孔比的减小,径向面积紊动强度IA发展趋势变陡,而面积紊动强度IA在展向的分布由“V”状逐渐过渡到“W”状。
  (3)当孔径比4≤D/d≤10时,经过一定的发展后,射流对称面径向速度分布才呈现出单孔射流的速度沿程分布特性。且随径孔比的减小,开始呈现单孔射流速度分布特性的特征位置向射流方向移动,即双孔射流间相互掺混区域延长,径向和展向掺混强度均加强,此时展向面积紊动强度IA分布呈“W”状。
  (4)当径孔比D/d<4时,双孔射流并没有形成联合,而是各自沿程充分发展,分别呈现出强烈的单孔射流时的流动特性。随着径孔比的减小,这种特性越强烈。此时,两股射流与环境水体间掺混作用强烈,而射流间掺混作用相对而言较小。展向面积紊动强度IA在各射孔中心分别呈现出典型的单孔射流展向紊动分布状态——“V”状,而在两射流间呈现“M”状。而随着径孔比的减小,径向面积紊动强度IA逐渐增大。
  3.从船舶停泊安全和闸室消能效果两方面考虑,建议船闸闸室径孔比宜在4≤D/d≤10的范围内。
[硕士论文] 周璞
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来在我国通航河流中在建或拟建水头超过30m的船闸数量快速增长,航运发展的需要刺激了船闸发展向着超高水头、大尺度前进,因而给船闸建设的关键性技术——输水系统设计带来了更加严峻的挑战。当船闸水头和尺度均达到较大量级,要求一定时间内充入闸室的水体能量巨大,相应的输水功率也需成倍增长。为探求超大输水功率条件下闸室盖板消能工的消能特性和机理,以及其影响闸室流场、水面波动的关键控制因子,本文运用Fluent数值计算软件,采用一种分级消能结构的水平分流闸底支廊道二区段出水输水系统型式,对几种不同结构的盖板消能工进行了数值模拟,得到的主要研究结果如下:
  1.本文数值模拟所采用的紊流模型为雷诺应力模型,经与理论解对比验证后可知模拟结果与其吻合度较高,可靠性较强。
  2.模拟计算采用的凹凸型布置盖板结构、双顶支孔结构的消能过程主要分为两个阶段:一是侧支孔处射流碰撞消能室壁消能;二是顶支孔处射流受盖板挡水消能。而带消能槛的凹型布置盖板结构消能过程可以分为三个阶段,前两阶段与上述相同,增加的第三阶段为盖板出流后在半开敞式消能室内掺混、碰撞消能。由紊动能分布可知,本文列举的各个工况的大部分能量耗散均来源于第一个阶段,均达到80%以上。
  3.消能室内紊动能分布规律为:最大紊动能位置基本靠近侧支孔冲刷的壁面,并向四周逐渐发散,横向发散区域最长约6m。盖板空腔内横向紊动能分布主要集中在中部,并向两侧逐渐衰弱。在消能室、闸墙边壁以及盖板表面,水流与其碰撞、摩擦也耗散了一部分能量。
  4.对比了凹凸型布置盖板型式的消能室高度变化情况,发现其高度的改变对消能效果的影响并不大。主要原因为:在同样流量的情况下,主廊道、侧支孔与消能室形成了一个封闭的空间,流量决定了顶支孔处流速,同类型工况下进入闸室区域的水流流速、流态基本相同。
  5.对于双顶支孔结构,当双顶支孔间距达到一定量级后,两股水流会发生掺混作用,在盖板空腔内、两顶支孔之间的空间形成两股掺混的小漩涡。在盖板空腔净高约为支孔宽度的7倍,支孔净间距达到支孔宽度的4倍时,能形成较稳定的漩涡。
  6.本文判别消能效果的指标为闸室设计最低水位时船底水平面的剩余比能,以此评判对船舶停泊的影响。在本文提出的几种结构型式情况下,属带消能槛的凹型布置盖板型式剩余比能较低,效果较好。此结构型式的各种工况下剩余比能较无盖板型式均下降了30%左右,对比凸型布置盖板结构型式亦降低了20%左右。
[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] 蔡智清
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:我国西部山区蕴藏着丰富的水电资源,随着近年来不断开发利用,越来越多水利枢纽相继建设。枢纽建成运行后不仅可以获得水电能源,而且在其上游形成深水航道,改善了天然河道湍急复杂的通航条件。然而,水利枢纽的修建将引起下游河道水沙条件的变化,尤其是水利枢纽对河流泥沙的拦蓄作用,打破了下游河道原有的相对平衡状况。为适应新的水沙条件,河道将发生冲淤调整,导致下游河型河势的变化,对航运产生较大的影响。伴随着水沙条件的变化,坝下游原有部分滩段的航道条件可能进一步恶化,碍航问题更加突出,而当与下游梯级枢纽尾水不衔接时,坝下游河段将成为航运的瓶颈。
  本文以沫水枢纽下游水位未衔接河段卵石急流滩航道整治工程为依托,基于河流动力学、河床演变学、泥沙运动学、航道整治学等多学科理论,参考国内外相关研究文献资料,采用定床物理模型试验,并配合二维数值模拟、船模试验和动床物理模型试验等相关研究手段,对坝下游卵石急流河段的航道整治进行研究,获得了以下主要成果:
  (1)提出坝下卵石急流河段航道整治原则:扩大河道过流面积,降低流速;充分利用复式断面调整流速分布,拓宽航迹带缓流区宽度,满足通航要求;统筹考虑航道整治效果兼顾综合利用。
  (2)提出坝下游卵石急流河段整体疏浚与挖槽相结合的整治方案:通过对坝下游卵石急流河段的整体开挖,增加过水面积减缓流速,采用复式断面调整流速分布。使坝下游河段在各级通航流量情况下流速整体下降、主流左移、流速峰值减小,右岸缓流区范围增大,弯道附近扫弯水基本消除,通航条件得到根本改善。
  (3)不对称复式断面在坝下游卵石急流河段航道整治中可起到调整河道流速分布的良好作用,形成有利于船舶上、下航行的缓流区,对改善坝下游卵石急流滩河段的通航条件具有良好效果。
  (4)本文亦结合船模试验,验证了整治方案对通航条件的改善效果;采用动床物理模型试验,验证了整治方案的稳定性。
[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] 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] 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] 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] 孙书盛
控制科学与工程;系统工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着产业结构调整与内陆经济的快速发展,我国内河航运需求不断增加,与此同时,内河航运业的高质量发展也对内河航运效率提出了更高的要求。保证船舶在内河中的高效航行,一方面可以减少油耗、降低碳排放,另一方面可以提高船舶流转效率,增加船舶的营运效率,提高内河船舶公司和内河港口的经济效益。而随着航运信息技术的发展,海量的航运数据不断产生,船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)产生的船舶轨迹数据便是其中之一,它包含了船舶呼号、船名、船舶位置、船舶类型、航行速度等信息,这些数据为航运相关研究提供了坚实的数据基础。
  本文以提高内河集装箱船舶航行效率为目标,使用SQL Server2014与R,展开对重庆市水上交通管理监控系统中集装箱船舶AIS轨迹数据的数据挖掘与统计分析。论文完成的主要工作包括:
  ①总结国内外航运业发展与轨迹数据研究现状,在阅读大量文献的基础上,明确基于轨迹大数据的船舶航行效率研究的可行性与必要性,确定研究中需要使用的相关理论与软件技术。
  ②搭建轨迹数据挖掘环境,介绍论文相关概念参数与轨迹数据来源,设计长江集装箱运输网络围栏模型以及集装箱船舶效率评价指标体系,构建长江集装箱运输网络轨迹数据库,最后绘制出集装箱船舶轨迹数据挖掘逻辑图。
  ③对数据库内轨迹数据进行数据预处理,然后基于长江集装箱运输网络轨迹数据库设计数据挖掘方法,从长江航道整体出发,以航道内港口、码头、船闸为节点,将轨迹数据转化为轨迹线段数据,挖掘集装箱船舶行为时间特征,最终,经过DBSCAN聚类算法与人工统计数据检验证明该方法以极高的准确性还原了集装箱船舶行为。
  ④从基础数据、按围栏名称分类、按船舶公司分类三个角度出发,对轨迹数据挖掘结果进行统计分析与可视化展示,介绍数据中蕴含的信息,同时通过数据分析发现航运过程中存在的不足。
  最终,本文通过集装箱船舶轨迹数据挖掘,发现长江航运业存在部分船舶公司船舶航行效率较低、部分港口作业效率较低、船舶过闸等待时间过长等问题,并针对长江航运各环节提出了相应的改进策略。
[硕士论文] 吕春玉
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:我国拥有的丰富湖区资源,占世界第三位,而丰富的湖区资源在水利、航运、旅游和水电等工程领域占据非常重要的地位,但风生波浪往往对湖区船舶通航和平稳靠泊以及建筑物的安全造成威胁,有时甚至会造成巨大的经济损失和人员伤亡,故对湖区的风生波浪的研究尤为重要。随着计算机计算性能的快速发展,CFD(计算流体力学)的不断壮大,风生波浪的数值模拟已成为主要的研究手段。目前关于风生波浪数值模拟的研究,大多数都是对海域风浪的研究,而湖泊和水库等小风区风浪的研究较少。
  本文将理论研究与实际应用相结合,以云南省玉溪市抚仙湖深水湖泊的浮码头为例,建立湖区风生波浪数学模型,分析不同风荷载工况下湖区的波浪要素分布以及传播状况,确定不同风况作用下对湖区浮码头运行以及船舶靠泊影响的最不利情况,揭示湖区波高变化的主要影响因素,从而对湖区浮码头安全运行的最不利情况进行消波研究,将不同防波堤的消波方案的消波结果进行比较分析,最终确定防波堤最优消波方案,可为防波堤的优化优选提供参考意见,为湖区建筑物安全以及船舶航行和平稳靠泊提供安全保障。主要研究内容如下:
  (1)从流体力学理论出发回顾了风生波浪研究方法以及浮式防波堤结构型式和消波方法,总结了风生波浪数值模型的发展情况以及其各自模型局限性,并分析了风生波浪的生成机理以及湖区防波堤破坏的主要原因。
  (2)基于Mike21SW模型建立湖区风生波浪数学模型,并利用在国内湖区实际工程中广泛应用的莆田公式、SMB法以及规范法等经验公式对模拟结果进行验证,以证明Mike21SW模型在深水湖泊的可用性,分析不同风荷载工况下湖区水域的波浪条件,分别研究不同风速作用下和不同水位下湖区波高变化情况,从而揭示湖区波高变化的主要影响因素,以及确定不同风况下对湖区浮码头安全以及船舶通航产生威胁的最不利条件。
  (3)研究最不利风况作用下,不同浮堤布置、不同浮堤角度、不同浮堤长度、不同浮堤宽度以及不同浮堤型式等消波方案对浮堤消波效果的影响,将不同消波方案进行比较,从而提出浮式防波堤的最优布置方案,并分析最优浮堤消波方案对波浪的削减能力。
[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] 张小龙
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:为响应国家实施水运发展战略,满足地方经济发展;国家建设资源节约型、社会;提高长江上游地区综合交通体系服务能力;打造长江上游航运物流中心,激活区域发展潜力;把叙渝段航道打造成高等级到是非常有必要的。目前,长江上游枯水浅急型卵石滩在叙渝段较为常见,以往的整治思路比不能完全适用于该类型的滩险需求。因此通过调整整治思路,将以往依靠枯水期束水攻沙的思路转化为依靠提高整治水位在中水期加强输沙能力,延长退水冲刷历时。
  本课题依托叉鱼碛水道航道整治工程,通过建立平面二维水流数学模型对研究河段进行数值模拟,优化整治方案,主要的工作内容和研究成果有:
  (1)本文结合大量实测数据分析整理对研究河段的水沙运动规律、卵石运动规律进行了整理分析。确定了叙渝段的流量变化规律,以及卵石粒径特征,以及近年来水流对河道形态的塑造作用。
  (2)建立了以叉鱼碛河段为研究对象的平面二维数学模型,分析了不同流量下工程河段的水位和流速的分布规律及船舶过滩能力,总结归纳了滩段的碍航特征及滩险成因。
  (3)依托工程河段仅疏浚作为第一类方案;枯水整治时不同整治线宽度作为第二类整治方案;在第一类与第二内基础上采用不同中水整治水位作为第三类方案。通过方案试验研究结果表明,在满足船舶正常通航的基础上,以往常规的开挖和移坝都不能航槽稳定性的要求,在通过加高整治建筑物高度增强中水期水流对河道的冲刷能力时河道既能通航水力指标要求同时也能维护航槽稳定性。
  (4)总结了叙渝段枯水浅急型卵石滩的整治原则、整治思路、整治水位和整治线宽度。提出了中水整治水位取多年平均流量下1m,以整治前后输沙能力相同的角度推导了中水整治线宽度的关系式B=B0(h0/h)8/7,总结的该类型整治技术对以后叙渝段枯水浅急型卵石滩的治理具有参考作用。
[硕士论文] 魏涛涛
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:三峡蓄水达到175m后,涪陵至丰都河段成为常年回水区,航道条件得到较大改善。河段内由于佛面滩碍航礁石伸出江心,汛期产生强烈横流、流态乱,为了保障船舶的通航安全,目前汛期船舶在礁石河段为了避开流态紊乱区域,必须采取“过河”行驶的措施,这就造成了航路相互交叉,威胁到了船舶的航行安全。因此,有必要对佛面滩滩段航道的碍航特性和滩险成因以及炸礁方案优化进行研究。
  本文根据研究河段内的实测地形水文资料,建立该河段的平面二维水流数学模型,进行水位、流速及流向验证,研究了佛面滩滩段的碍航特性和最汹流量,以此确定了整治思路、整治参数及整治方案,并分别基于水流数值模拟和船舶操纵模拟对比分析了佛面滩各方案的优劣情况。本文主要研究内容及成果如下:
  ①依据研究河段实测地形水文资料,采用平均水深控制体积法建立佛面滩的平面二维水流数学模型,并对比模拟结果与实测数据进行水位、流速及流向验证,结果表明该模型可以应用于工程河段水流流场的模拟。
  ②基于二维水流数学模型的模拟计算,选取流速、横向流速、流速横纵比、航行阻力及船舶推阻比等5个指标作为本研究方案的评价指标,并对比单位炸深效比分析不同炸深对水流条件的改善情况。
  ③综合考虑佛面滩滩段最低设计水位、淹没水位、最差流态水位等情况,从中选取8组具有代表性的水位和流量组合,开展密集工况的滩段水流特性模拟,分析了研究河段的碍航特性和滩险成因是汛期佛面滩淹没形成水下潜坝,流速大,比降大,形成向右滑梁水,滩后回流强度大,并确定了最汹流量为Q=24500m3/s。
  ④确定本研究的整治参数为炸礁水深、炸礁基线以及炸礁平台,结合佛面滩的整治思路与原则,确定工程河段的多种炸深、不同平台线组合的炸礁方案。对比不同方案下的流速、横向流速、流速横纵比、航行阻力及船舶推阻比等参数,推荐炸礁方案为距基线40m两级平台,平台一炸深8m,平台二炸深6m。
  ⑤基于船舶操纵运动数学模型,使用船舶操纵模拟器计算舵角、漂角和航速等航行参数,以此对比分析炸礁方案的整治效果,与水流数值模拟分析结果相互印证,最终确定佛面滩滩段的最优炸礁方案为距基线40m两级平台,平台一炸深8m,平台二炸深6m。
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