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河道斜交桥梁壅水及流场特性分析

泥沙研究 2024年第2期49卷 64-71页

作者：石喜谭春彬贡力陶虎兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

圆端桥墩是平原河道内一种常见的桥墩型式,为探究斜交圆端桥墩不同布置方式引起的壅水特性和水流流态变化,建立三维数值模型,采用SIMPLE算法耦合k-ε紊流模型求解N-S方程组,应用VOF法追踪自由液面,分析了单个桥墩壅水特性、绕流流场和... 详细信息

圆端桥墩是平原河道内一种常见的桥墩型式,为探究斜交圆端桥墩不同布置方式引起的壅水特性和水流流态变化,建立三维数值模型,采用SIMPLE算法耦合k-ε紊流模型求解N-S方程组,应用VOF法追踪自由液面,分析了单个桥墩壅水特性、绕流流场和升阻力系数随斜交角度变化的规律。研究结果表明:下游墩前壅水高度最大,壅水长度最长,上游墩前冲高值最大;水流绕流经过上游桥墩后偏向下游桥墩侧,桥墩垂直桥轴线布置方式绕流形成的壅水叠加效应更明显;斜交桥梁布置采取圆端桥墩时,桥墩顺水流布置,可有效减小阻水宽度与壅水高度,弱化流场结构变化。

关键词：斜交桥数值模拟圆端桥墩布置方式壅水流场

弯管与三通管组合形变件局部阻力及相邻影响特性

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灌溉排水学报 2024年第2期43卷 17-24页

作者：石喜田云霞贡力陶虎谭春彬兰州交通大学兰州730070

【目的】探究灌溉输水管网中的弯管与三通管组合形变件的局部阻力及其相邻影响特性。【方法】采用Realizablek-ε模型对不同雷诺数、管径比、分流比和相对间距下的组合形变件进行数值模拟,研究局部阻力系数和相邻影响系数的变化规律,分... 详细信息

【目的】探究灌溉输水管网中的弯管与三通管组合形变件的局部阻力及其相邻影响特性。【方法】采用Realizablek-ε模型对不同雷诺数、管径比、分流比和相对间距下的组合形变件进行数值模拟,研究局部阻力系数和相邻影响系数的变化规律,分析不同相对间距下的流场分布。【结果】弯管—竖直支管的局部阻力系数ζ_(01)和弯管—水平支管的局部阻力系数ζ_(02)随雷诺数的增大而减小;ζ_(01)、ζ_(02)随分流比的增加先减小后增大;随着管径比的增大,ζ_(01)、ζ_(02)均呈减小趋势,且ζ_(01)的减小幅度更加明显;随着相对间距的增大,ζ_(01)、ζ_(02)呈先减小后增大的趋势。弯管—竖直支管的相邻影响系数C01和弯管—水平支管的相邻影响系数C02随雷诺数、管径比、分流比和相对间距的变化呈不同的变化规律。局部阻力系数和相邻影响系数的变化取决于弯管二次流的发育、竖直支管涡流与水平支管涡流之间的相互作用。【结论】分流比、管径比、相对间距是弯管与三通管组合形变件管道系统的局部阻力、相邻影响的主要影响因素。

关键词：组合形变件阻力特性相邻影响

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水介质中冰-桥墩碰撞动力响应分析

振动与冲击 2024年第11期43卷 72-82页

作者：贡力董洲全杨腾腾崔越杜云飞兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为准确模拟冰-桥墩碰撞过程中墩体结构的动力响应,基于流固耦合(fluid-solid interaction, FSI)的计算方法,运用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟了水介质中冰排与桥墩在不同碰撞影响参数下的动力响应。结果表明:恒定附加质量(constant added ... 详细信息

为准确模拟冰-桥墩碰撞过程中墩体结构的动力响应,基于流固耦合(fluid-solid interaction, FSI)的计算方法,运用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟了水介质中冰排与桥墩在不同碰撞影响参数下的动力响应。结果表明:恒定附加质量(constant added mass, CAM)模型相比FSI模型冰载荷计算结果偏大,是因为CAM模型忽略了降低冰排速度的“水垫效应”,但其计算效率高,计算时间是FSI模型的1/10,更有利于桥墩防撞设计,而FSI模型能够更真实地模拟冰-桥墩碰撞场景。综合分析该研究所模拟的不同冰排工况,发现桥墩在冰排撞击作用下呈现明显的冰激结构振动特征,桥墩侧向位移云图随着应力波的传递呈现明显的层状分布,其顶部侧向位移幅度最大,因此在工程设计时应充分考虑其对桥梁整体安全的影响;随着冰排速度、冰排厚度和冰排压缩强度的增大,冰载荷平均值均呈现近似多项式函数关系。此外,研究发现当冰排压缩强度小于2.668 MPa(环境温度高于-15℃)时,冰载荷平均值明显减小,表明环境温度的变化对于桥墩受冰排撞击挤压作用所受的冰害问题具有显著的差异。其仿真研究成果拟为桥梁及桥墩防撞设施设计提供参考。

关键词：数值模拟流固耦合冰载荷桥墩水介质

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截面型式及槽宽比对高填明洞土压力影响分析

应用力学学报 2024年第2期41卷 330-339页

作者：何永泽李盛后浩斌马莉贡力余云燕兰州交通大学土木工程学院兰州730070 甘肃省交通科学研究院集团有限公司兰州730030

利用离散元软件PFC2D,考虑到土体的离散性与不均匀性,通过分析洞顶平均竖向土压力、内外土柱相对沉降差以及颗粒间接触力链的变化规律,探讨截面型式(矩形、1/4拱形、1/2拱形)及槽宽比(B/b=1.5∶1,2∶1,3∶1,4∶1)变化对高填黄土明洞土... 详细信息

利用离散元软件PFC2D,考虑到土体的离散性与不均匀性,通过分析洞顶平均竖向土压力、内外土柱相对沉降差以及颗粒间接触力链的变化规律,探讨截面型式(矩形、1/4拱形、1/2拱形)及槽宽比(B/b=1.5∶1,2∶1,3∶1,4∶1)变化对高填黄土明洞土压力的影响,结合顾安全公式,分析高填明洞沉降差与土压力间的函数关系,并修正该函数,使其可以适用与不同的截面型式与槽宽比下的高填明洞。结果表明:(1)B/b确定,明洞采用矩形截面时,接触力链在洞顶分布,平均土压力更大,明洞采用拱形截面时,平均土压力更小,但拱顶存在局部应力集中现象;(2)明洞截面型式一定,随着B/b的增大,洞顶平均竖向土压力与沉降差均随之增大,当B/b较小时,边坡作用增强,外侧土柱沉降降低,对内土柱的作用力变小,从而导致明洞顶竖向土压力更小;(3)内外土柱沉降差与附加土压力呈线性相关,相对于矩形截面,拱形截面下较小的沉降差会产生相同的附加土压力,更有利于结构的稳定。

关键词：高填明洞截面型式槽宽比(B/b) PFC2D 土压力沉降差

IPP-PNN模型在川藏铁路深埋长大隧道岩爆预测中的应用

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铁道科学与工程学报 2023年第3期20卷 986-995页

作者：靳春玲党丹丹贡力祁英弟贾治元兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 西安建工绿色建筑集团有限公司陕西西安710000

为了准确预测在高地应力、高地温铁路隧道中的岩爆灾害,以川藏铁路前期拉林段的重要隧道节点工程为研究背景,系统、全面地总结应力水平、埋深、温度、围岩岩性及地质构造、岩体系统刚度等影响因素对川藏铁路深埋长大隧道岩爆的孕育作用... 详细信息

为了准确预测在高地应力、高地温铁路隧道中的岩爆灾害,以川藏铁路前期拉林段的重要隧道节点工程为研究背景,系统、全面地总结应力水平、埋深、温度、围岩岩性及地质构造、岩体系统刚度等影响因素对川藏铁路深埋长大隧道岩爆的孕育作用,重点分析高地应力和高地温对岩爆发生的影响相关性。构建川藏铁路深埋长大隧道岩爆预测指标体系,测试并量化岩体岩爆的倾向性指标。由于各影响因素与岩爆的非线性关系,选用能充分提取数据信息、处理多因素复杂非线性问题的改进投影寻踪(Improved Projection Pursuit,IPP)评价模型对川藏铁路拉林段典型高地应力、高地温深埋长大隧道桑珠岭隧道在施工期发生的岩爆问题做初步评价,并引入密度函数估计和贝叶斯最小风险准则,将IPP模型和概率神经网络(Probabilistic Neural Networks,PNN)模型相结合,实现对岩爆等级的聚类划分。研究结果表明:根据岩爆等级预测结果可知IPP-PNN模型预测结果相比于传统PP-PNN模型和GSA-PP模型其准确度更高,在对桑珠岭隧道11~19号隧道路段的岩爆预测中,岩爆预测等级与实测等级相符合程度由66.67%和77.78%提高到100%。研究结果具有一定的应用价值和工程意义,为目前在建的川藏铁路类似隧道工程的岩爆预测提供参考。

关键词：川藏铁路深埋长大隧道岩爆预测改进投影寻踪模型概率神经网络

基于UMT模型的幸福河绩效评价及障碍因子诊断

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中国环境科学 2022年第3期42卷 1466-1476页

作者：靳春玲李燕贡力田洁张鑫兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

基于马斯洛需求层次理论,建立包含健康之河、平安之河、富民之河、和谐之河、文化之河、宜居之河6个层级的幸福河评价指标体系,结合未确知测度理论(Unascertained measure theory,UMT)与障碍诊断模型,以黄河甘肃段、宁夏段、内蒙古段为... 详细信息

基于马斯洛需求层次理论,建立包含健康之河、平安之河、富民之河、和谐之河、文化之河、宜居之河6个层级的幸福河评价指标体系,结合未确知测度理论(Unascertained measure theory,UMT)与障碍诊断模型,以黄河甘肃段、宁夏段、内蒙古段为例,分析其2015~2019年幸福河建设绩效并分别对阻碍幸福河建设的障碍因子进行诊断分析.结果表明:甘肃段幸福河等级由2015年的Ⅳ等级(不幸福)提升至Ⅱ等级(幸福),绩效指数从2015年的2.565提升至2019年的3.471;平安之河层级障碍度总体呈增长势,年均增长速度为10.94%,其余层级障碍度总体呈减少趋势,在未来建设中应以提高植被覆盖率和水土流失治理比例为重点提升方向.宁夏段幸福河等级指数由2015年的Ⅲ等级(一般)提升至Ⅱ等级(幸福),绩效指数从2015年的2.558提升至2019年的3.302;健康之河、宜居之河、平安之河层级障碍度呈增长势,年均增长速度为7.29%、3.60%和1.98%;宜居之河层级障碍度均值达到26.870%,是制约宁夏段幸福河建设的最大障碍因子,在未来建设中应以提高人均水资源占有量、减少万元GDP用水量为重点提升方向.内蒙古段幸福河等级指数由2015年的Ⅲ等级(一般)提升至Ⅱ等级(幸福),绩效指数从2015年的2.782提升至2019年的3.387;宜居之河、健康之河、平安之河层级障碍度呈增长势,年均增长速度为8.93%、3.91%和3.71%;宜居之河层级障碍度均值达到28.90%,是制约内蒙古段幸福河建设的最大障碍因子,在未来建设中应以减少万元工业增加值用水量、提高水土流失治理比例为重点提升方向.

关键词：幸福河马斯洛需求理论未确知测度障碍度黄河

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冰-砼碰撞在输水隧洞中的力学特性机理

振动．测试与诊断 2023年第1期43卷 16-23,194,195页

作者：贡力贾治元王鸿李义强宫雪磊兰州交通大学土木工程学院兰州730070 中铁一院新疆铁道勘察设计院有限公司乌鲁木齐830011

为了研究西北寒冷地区中小型流冰对输水隧洞的碰撞问题,基于实验分析结合数值模拟的方法,选取模型实验几何比尺λ为1∶5,通过ANSYS/LS-DYNA软件进行有限元仿真,得到不同工况下流冰对输水隧洞衬砌撞击力影响规律。结果表明:流冰撞击力峰... 详细信息

为了研究西北寒冷地区中小型流冰对输水隧洞的碰撞问题,基于实验分析结合数值模拟的方法,选取模型实验几何比尺λ为1∶5,通过ANSYS/LS-DYNA软件进行有限元仿真,得到不同工况下流冰对输水隧洞衬砌撞击力影响规律。结果表明:流冰撞击力峰值与流冰速度呈现出近似的线性关系;流冰撞击力峰值与流冰压缩强度呈现出近似的对数函数关系,在较高速度下,流冰的塑性效果起主要作用,流冰的压缩强度对流冰的撞击力结果影响较为不明显;流冰撞击应力峰值与流冰厚度呈现出近似线性关系。同时,通过数值模拟与模型实验得到的流冰撞击力影响规律基本一致,验证了冰-砼碰撞实验装置的准确性及合理性。由于数值模拟时流固耦合的计算方法考虑了水介质对流冰的影响,在流冰撞击输水隧洞衬砌时形成水垫效应,从而会轻微地降低流冰撞击力,而模型实验未考虑水体对流冰的影响,因此各种工况下的模型实验结果均普遍大于数值模拟结果。

关键词：冰-砼碰撞输水隧洞力学特性模型实验有限元仿真撞击力

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基于ERG需求模型的幸福河综合评价

水资源保护 2022年第3期38卷 25-33页

作者：贡力田洁靳春玲陆丽丽魏晓悦兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

针对建设幸福河实现新时代河湖治理的目标,基于ERG(existence relatedness growth)需求模型,建立了包括23个核心指标和27个可选指标的幸福河评价指标体系;运用Matlab软件,以幸福河等级指数为目标,采用投影寻踪模型建立幸福河评价指标值... 详细信息

针对建设幸福河实现新时代河湖治理的目标,基于ERG(existence relatedness growth)需求模型,建立了包括23个核心指标和27个可选指标的幸福河评价指标体系;运用Matlab软件,以幸福河等级指数为目标,采用投影寻踪模型建立幸福河评价指标值与幸福河等级指数之间的非线性关系,构建了基于改进的粒子群优化投影寻踪(IPSO-PPE)的幸福河等级评价模型,实现对幸福河的定量评价。以黄河甘肃段为例,分析了其2010—2018年幸福河等级指数变化的趋势,结果表明:黄河甘肃段幸福河等级指数整体呈上升趋势,由2010年的E等级(不幸福)提升到2018年的B等级(幸福指数较高),评价结果与GRA-TOPSIS法结果吻合率达到88.9%,能较好地反映黄河甘肃段实际情况;水土流失、流域水患灾害、河流生态基流满足程度是制约黄河甘肃段幸福河等级指数的主要因素。

关键词：幸福河评价 ERG需求模型投影寻踪模型敏感性分析黄河甘肃段

硫酸盐环境下再生混凝土抗冻耐久性及界面微观结构研究

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应用基础与工程科学学报 2023年第4期31卷 1006-1017页

作者：贡力梁颖宫雪磊李义强贾治元兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为了研究硫酸盐侵蚀和冻融循环两者耦合作用下再生混凝土的耐久性能,设计硫酸盐环境下冻融循环试验,测定再生骨料取代率分别为0、30%、60%混凝土的质量损失、相对动弹性模量等力学指标,并利用核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)等技术探究骨... 详细信息

为了研究硫酸盐侵蚀和冻融循环两者耦合作用下再生混凝土的耐久性能,设计硫酸盐环境下冻融循环试验,测定再生骨料取代率分别为0、30%、60%混凝土的质量损失、相对动弹性模量等力学指标,并利用核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)等技术探究骨料取代率对再生混凝土耐久性损伤过程及微观结构发展规律的影响.结果表明:在冻融循环试验中,再生骨料取代率为60%的混凝土和普通混凝土抗冻性能及抗硫酸盐侵蚀性能相近.掺入再生骨料增加了小孔(dR30,再生骨料取代率为60%时可以有效减少冻胀裂缝,内部孔隙结构扩展不明显;再生骨料取代率为30%的混凝土内部孔隙扩展情况更为显著,其T2谱曲线总面积变化率为162.46%.扫描电镜结果可以看出界面过渡区与裂缝是再生混凝土中较薄弱的环节,在硫酸盐冻融环境下混凝土内部孔隙处生成的钙矾石晶体和石膏晶体是后期混凝土裂缝发展的直接原因.

关键词：硫酸盐侵蚀冻融循环再生混凝土取代率孔隙耐久性损伤微观结构