输水工程冰盖形成机理及其对建筑物的作用研究

论文摘要

输水工程在冬季输水时，不可避免地要面对冰期输水问题。输水工程冰期输水时由于其特殊性和复杂性，若不加以有效的控制，使渠系形成稳定的冰盖，则会危害输水建筑物，影响冰期输水的效率，甚至影响沿线人民的生命财产安全。国内外学者都曾对输水工程冰期输水时冰盖的形成机理和规律进行过一些研究，但还远远不够，因此需要对输水工程冰盖形成机理及对建筑物的作用进行进一步的研究。本文通过理论分析、模型试验与数值模拟相结合的方法，以南水北调中线工程为例，对输水工程冰期输水时，冰盖的形成机理及对建筑物的作用进行了系统的研究。本文首先对输水工程冰期输水时冰盖的形成机理进行了研究，探索了输水工程冰期输水时水流形态与结构对冰盖形成的影响，然后研究了输水工程冰期输水时，冰盖对输水建筑物的作用机理及其影响，主要包括冰盖对输水建筑物的温度膨胀力、上拔力以及冰盖破碎后的挤压力、撞击力等。本文的主要内容可以概括如下：通过理论分析与模型试验相结合的方法，对输水工程中冰盖的形成机理进行了研究。通过理论分析，总结了冰盖的形成方式，并通过模型试验探索了动水冰盖的形成规律及水流结构对冰盖形成过程的影响，研究了冰水热交换系数的变化规律。通过理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法，对输水工程中冰盖的温度膨胀力进行了研究，分析了温度膨胀力的作用机理，并用有限元分析的方法研究了冰盖温度膨胀力对南水北调中线工程中渡槽结构的影响，同时分析了冰盖的温度膨胀力对渠道边坡抗滑稳定性的影响。通过理论分析和模型试验相结合的方法对输水工程冰期输水时冰盖的上拔力进行了研究，分析了上拔力的作用机理，并结合实例分析了冰盖上拔力对节制闸和边坡稳定性的影响。通过理论分析和模型试验相结合的方法对输水工程冰期输水时冰盖破碎后的挤压力和撞击力进行了研究，分析了挤压力和撞击力的作用机理，并通过模型试验对挤压力和撞击力的作用规律进行了研究，同时结合实例分析了挤压力对节制闸稳定性的影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 原型观测研究
• 1.2.2 数值模拟研究
• 1.2.3 试验研究
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 冰力模型试验的原理、设备及冰的物理性质
• 2.1 冰力模型试验的原理和设备
• 2.1.1 冰力模型试验的意义
• 2.1.2 冰力模型试验的模型率
• 2.1.3 对模型冰的技术要求
• 2.1.4 天津大学冰工程实验室
• 2.2 冰的物理性质
• 2.2.1 冰的产生
• 2.2.2 热胀冷缩与冷胀热缩
• 2.2.3 冰的力学特性
• 2.3 本章总结
• 第三章 输水工程冰盖形成机理研究
• 3.1 动水冰盖模型试验
• 3.1.1 试验模型
• 3.1.2 试验步骤
• 3.1.3 试验组次
• 3.1.4 试验现象与结果分析
• 3.2 冰盖的生消机理
• 3.2.1 冰盖形成的两种方式
• 3.2.2 冰盖厚度发展的预测
• 3.3 冰水热交换系数的研究
• 3.4 本章总结
• 第四章 冰盖对建筑物的作用及破坏机理研究
• 4.1 冰盖温度膨胀力的研究
• 4.1.1 冰盖温度膨胀力的作用机理分析
• 4.1.2 冰盖温度膨胀力的室内模型试验研究
• 4.1.3 冰盖温度膨胀力的有限元分析计算
• 4.1.4 冰盖温度膨胀力对渡槽的影响分析
• 4.1.5 冰盖温度膨胀力对渠道边坡的影响分析
• 4.2 冰盖上拔力的研究
• 4.2.1 冰盖上拔力的作用机理分析
• 4.2.2 冰盖上拔力室内模型试验研究
• 4.2.3 冰盖上拔力对节制闸的影响分析
• 4.2.4 冰盖上拔力对渠道边坡的影响分析
• 4.3 漂移冰体对建筑物作用力的研究
• 4.3.1 漂移冰体对建筑物的挤压作用机理分析
• 4.3.2 漂移冰体挤压力室内模型试验研究
• 4.3.3 漂移冰体对建筑物的撞击作用机理分析
• 4.3.4 漂移冰体撞击力室内模型试验研究
• 4.3.5 漂移冰体对节制闸的影响分析
• 4.4 本章总结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 参加科研情况说明
• 致谢