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复杂地基渠道抗浮稳定及渗控优化研究

作　者: 黄宇容
导　师: 李宗坤; 王建有
学　校: 郑州大学
专　业: 水工结构工程
关键词: ABAQUS 排水等效渗透系数抗浮稳定渗控优化
分类号: TV67
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

南水北调中线一期工程总干渠黄羑渠段多为卵石地基,渠道建成后未蓄水时,汛期洪水通过强透水性的卵石层渗透使地下水位抬升,形成的渗流压力作用于渠道底部,使渠道底部存在抗浮稳定问题。为了保证工程安全,设计中采取了相应措施进行处理,对渠基一定深度的卵石层进行开挖回填粘性土以增加盖重,并且在回填土底部设置软式透水管集水,通过不透水的PVC波纹管和混凝土管将渠基渗透水导入渠内,以减小渠底的渗透压力。但是这些措施能否保证渠道的稳定需要进一步研究,本文以大型有限元软件ABAQUS为平台,对黄羑渠段典型渠道进行了三维稳定渗流计算,分析了渠道的抗浮稳定性。并采用正交试验设计方法对渗控措施进行了优化设计研究。具体工作内容如下：(1)介绍了三维稳定渗流的计算原理及在ABAQUS中进行渗流分析的方法,采用空气单元法对排水管进行模拟,分析了两岸水头、回填上等因素对渠道抗浮稳定的影响,得出了各种因素对回填土底部孔隙水压力的影响规律。(2)根据“等效渗透系数”理论,结合实际工程,提出了确定管道渗透系数的方法,在此基础上,对黄羑渠段典型渠道断面最危险组合工况进行了三维稳定渗流分析,结果表明：原设计方案满足抗浮稳定要求,在渠基设置排水管网进行渗流控制效果显著。(3)采用正交试验设计方法,从安全性和经济性两个方面出发,对典型渠道进行了渗控优化设计研究,提出了优化方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景及研究意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 渗流理论的研究现状  11-12
    1.2.2 渗流计算中排水管模拟方法的研究现状  12-14
    1.2.3 目前存在的主要问题  14
  1.3 本文研究的主要内容  14-16
2 渗流计算方法  16-31
  2.1 渗流计算的基本理论  16-19
    2.1.1 多孔介质中流体的渗流规律  16-17
    2.1.2 稳定渗流的连续方程与基本微分方程  17-19
  2.2 稳定渗流三维有限元计算原理  19-26
    2.2.1 渗流微分方程的定解条件  19-20
    2.2.2 单元的剖分及插值函数  20-21
    2.2.3 建立渗透矩阵  21-26
  2.3 ABAQUS渗流有限元分析方法  26-30
    2.3.1 ABAQUS软件介绍  26-27
    2.3.2 渗流分析在ABAQUS中的实现方法  27-30
  2.4 本章小结  30-31
3 渠道排水的模拟方法  31-46
  3.1 典型渠段概况  31-35
    3.1.1 工程概况  31-32
    3.1.2 工程地质条件  32-35
  3.2 排水管的模拟方法  35-40
    3.2.1 排水管模拟的基本原理  35-36
    3.2.2 管流的模拟方法  36-40
  3.3 管体单元渗透性的等效  40-44
    3.3.1 有限单元模型  40-42
    3.3.2 管体单元渗透系数的等效方法  42-44
  3.4 管道截面的等效方法  44-45
  3.5 本章小结  45-46
4 渠道抗浮稳定影响因素分析  46-60
  4.1 分析说明  46-47
    4.1.1 材料参数  46
    4.1.2 荷载以及边界条件  46-47
    4.1.3 后处理说明  47
  4.2 两岸水头对回填土底部孔隙水压力的影响  47-50
  4.3 回填土对回填土底部孔隙水压力的影响  50-53
  4.4 集水管管壁透水性对回填土底部孔隙水压力的影响  53-55
  4.5 卵石层渗透性对回填土底部孔隙水压力的影响  55-56
  4.6 排水管高程对回填土底部孔隙水压力的影响  56-58
  4.7 结论  58-60
5 黄羑渠段典型断面抗浮稳定分析  60-65
  5.1 建模及后处理说明  60-61
    5.1.1 模型说明  60
    5.1.2 后处理说明  60-61
  5.2 边界条件和计算参数  61
  5.3 渗流计算结果分析  61-63
  5.4 抗浮稳定分析  63-64
  5.5 本章小结  64-65
6 渠道渗控优化设计研究  65-77
  6.1 概述  65
  6.2 正交试验法简介  65-66
  6.3 排水优化正交试验设计  66-69
  6.4 试验结果分析及参数优化  69-75
    6.4.1 试验结果  69-71
    6.4.2 正交试验结果分析  71-74
    6.4.3 试验结论  74-75
  6.5 优化方案  75-76
  6.6 本章小结  76-77
7 结论与展望  77-79
  7.1 结论  77
  7.2 展望  77-79
参考文献  79-82
个人简历、发表论文及参与科研情况  82-83
致谢  83

复杂地基渠道抗浮稳定及渗控优化研究

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