渠道渗流及明渠水流与固体边壁的耦合分析

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本文在诸多学者的研究基础上,对渠道渗漏量计算、渗流分析以及流固耦合数值模拟进行研究,以便提高渠道水的利用效率,提高渠道的稳定性,保障渠道的安全性,为处理实际工程问题提供理论依据与实践基础。  本研究主要内容包括:⑴运用静水试验法、经验公式法、解析公式法和数值方法,对内蒙古河套灌区的典型渠道渗漏损失进行了计算。以静水试验法的计算结果作为依据,通过对比分析发现,对具体的、不同的渠道应选用不同的计算方法。⑵采用有限元软件对某渠道工程的浸润面、渗漏量等进行了数值模拟分析。从渠道总水头云图、压力水头云图中可以看出:当Y、Z坐标不变时,随着X坐标的增大,渠道总水头值减小;当X、Y坐标不变时,随着Z坐标的增大,渠道压力水头值减小。计算结果显示:渠道未进行衬砌时,渗流速度和渗流量都比较大,会对水资源造成较大的浪费,渠道衬砌以后,渗流速度和渗流量都明显减少,渠道渠底、渠坡的现浇混凝土防渗效果良好。当渠内无水,只考虑地下水影响时,地下水的渗流速度非常小,渗流量也很小。当渠道正常运行,且不考虑地下水影响时,土体的渗流速度非常小,渗流量也很小,与考虑地下水的情况相比发现,地下水对渠道渗流的影响较明显。⑶对地震作用下的渠道流固耦合情况进行分析可知,渠道沿X轴位移时程曲线随地震波输入的变化而变化,呈现出一定的规律性,渠道沿Z轴位移值由地表向下逐渐减小,最底层位移几乎无变化,渠道表面Z向位移值变化最大。对水体固结于渠身的渠道进行有限元分析可知,渠道沿X轴位移值随时间做简谐运动,其变化规律与地震加速度的变化规律相类似,渠道沿Y轴位移值最大的地方在渠道转弯处,渠道主应力变化最快的地方是在渠道转弯处与渠底。对流速作用下的渠道流固耦合情况分析可知,在渠道底部与渠道转弯处,部分区域出现应力集中现象,沿着Z轴方向,流体压力的值从上往下逐渐增大,符合流体压力分布的一般规律,在流速的影响下,明渠水流形态发生了明显的变化,随着时间的推移Z轴位移值的变化规律基本相似,位移值的变化量很小。
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