基于CFD的雨水调蓄池颗粒物沉淀特性研究

雨水调蓄池在峰值流量和合流制溢流污染控制中发挥着重要作用,但对于雨水径流中颗粒物在调蓄池的沉淀特性尚缺乏系统研究。运用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模拟技术,系统研究了雨水调蓄池不同构造和不同工况条件下颗粒物的沉淀特性。模拟结果表明:进水流速由0.276 m/s增加到0.553 m/s时,普通(Ⅰ型)、增加挡板(Ⅱ型)、增加消能孔(Ⅲ型)构造调蓄池颗粒物去除率分别降低14.90%、13.89%和15.32%。当进水中颗粒物粒径由0.075 mm增加到0.15 mm时,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型构造调蓄池颗粒物去除率分别增加9.10%、62.48%和36.65%;进水浓度由1000 mg/L增加到2000 mg/L时,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型构造调蓄池颗粒物去除率分别增加3.60%、2.84%和13.30%。各影响因素对Ⅰ型调蓄池水质控制效果影响的重要程度顺序为进水流速>颗粒物粒径>进水浓度,其对Ⅱ型、Ⅲ型调蓄池水质控制效果影响的重要程度顺序为颗粒物粒径>进水流速>进水浓度。     

FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为研究

通过FRP约束钢筋混凝土柱的单向和往复轴压试验,研究了外包FRP的断裂应变、刚度、以及加载方式对钢筋屈曲性能的影响。采用了两种不同的纤维材料:CFRP和PET FRP,二者具有不同的断裂应变(CFRP1.5%;PET FRP5%)。在试验分析的基础上,发展了考虑FRP侧向约束作用的弹性地基梁模型,该模型能够较好地分析FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为。基于弹性地基梁模型和试验数据,提出了考虑FRP侧向约束作用的钢筋屈曲经验模型。并将该模型通过二次开发的方法写入OpenSees数值分析平台,对FRP约束RC柱的往复轴压行为进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究成果可为精确分析FRP约束钢筋混凝土结构的抗震性能提供有力的工具。     

土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

滤纸法测定膨胀土总吸力试验及基质吸力预测研究

采用滤纸法测定膨胀土体吸力时,滤纸与土体表面距离不同所测得的滤纸含水率也不一样,获得的总吸力亦不相同。为此采用滤纸法开展了不同距离下的膨胀土总吸力测定试验,获得了不同距离条件下滤纸含水率的变化规律。干密度较小时,滤纸含水率随距离的增大呈现"减小-增大-减小"的规律;干密度较大时,滤纸含水率随距离的增大逐渐减小,最终趋于稳定。距离为3cm时所测得的吸力离散程度较小,可作为测定土体总吸力的标准距离。根据总吸力-距离关系式,通过引入伪基质吸力的概念,计算得到伪基质吸力,并与相应的真基质吸力进行比较。结果表明:不同干密度及含水率下的膨胀土真基质吸力与伪基质吸力之间存在良好的线性关系。此法可为测定现场土体基质吸力提供新的思路。     

云南一次致灾暴雨过程WRF模式模拟分析

采用三重嵌套网格,利用NCEP的1°×1°再分析资料以及新一代中尺度预报模式WRF模式,对2014年6月6日08:00-7日08:00川滇切变线致灾暴雨过程进行了数值模拟实验,并对结果进行诊断分析。结果表明:WRF模式可以较为客观地模拟出暴雨过程的落区和强度,较好地反映了强降水过程的实况和基本特征,模式能很好地指示出强降水发生的高湿水汽条件以及正涡度发展、强烈上升运动和下正上负垂直螺旋度结构的动力条件,模拟的上升运动位置及700 hPa正涡度带和正垂直螺旋带亦对强降水落区有很好的指示性,另外除了模拟的切变线位置稍偏西偏南而导致暴雨区稍偏西偏南外,对高低层影响系统的走向、结构、位置和强度的模拟结果与实际结果相近,表明该模式对云南省切变线致灾暴雨系统具有较好的模拟效果。     

平缓反倾红层边坡变形破坏机制研究

以赤水市旺隆边坡为工程实例,依据野外调查和地质分析成果建立平缓反倾红层边坡概念模型,并结合离散元数值模拟研究贵州平缓反倾红层边坡的变形破坏机制。结果表明:旺隆边坡是砂泥岩不等厚互层的典型平缓反倾红层边坡,差异风化和降雨是主要的诱发因素。边坡的变形演化过程经历4个阶段:卸荷回弹、浅表生改造局部变形、裂隙扩展延伸、裂隙贯通深部蠕滑。变形破坏机制根据不同变形阶段划分为3种不同形式:压缩—拉裂—倾倒、风化剥落—坠落、蠕滑—压致拉裂。     

刚性面板加筋土挡墙室内模型试验研究

在研制的室内模型箱中,进行不同筋材配筋率和铺筋层数下加筋土挡墙模型试验,不同拉拔速度筋-土界面原位拉拔试验,分析了配筋率和铺筋层数对加筋土挡墙变形及土压力的影响及拉拔速度对筋-土界面抗剪强度的影响。结果表明,挡墙顶部沉降在筋材与面板连接处及挡墙后部较大,挡墙中间部位沉降较小。随着配筋率和铺筋层数的增加,挡墙顶部沉降和刚性面板倾角变小,面板受到的土压力减小。加筋土挡墙最优配筋率为60%~70%。拉拔速度对筋-土界面黏聚力几乎没有影响,但筋-土界面摩擦角随着拉拔速度的增加有增大趋势,从而导致筋-土界面的抗剪强度增大。