泥沙淤積對閘門啟門力影響的計(jì)算方法及模擬試驗(yàn)研究結(jié)題摘要

本項(xiàng)目按項(xiàng)目申請書計(jì)劃如期完成,取的如下成果: (a) 推導(dǎo)出平面閘門、弧形閘門在門前有淤泥時(shí)，啟門力的理論計(jì)算公式；(b)開發(fā)研制淤泥對閘門啟門力影響的仿真數(shù)值模型，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證；(c)給出門前淤泥相似準(zhǔn)則及提出門前淤泥對啟門力影響的模擬試驗(yàn)方法。 除按計(jì)劃完成上述預(yù)期成果外，又?jǐn)U展取得以下一些研究成果： (a)研究了兩種減小泥沙淤積對啟門力影響的閘門結(jié)構(gòu)型式；(b)研究分析了影響閘門啟門力的行走支承摩阻因素并給出了計(jì)算方法；(c)對平面閘門啟閉過程中的動(dòng)水垂直力進(jìn)行了數(shù)值模擬研究；(d)開發(fā)研制了基于VB的平面鋼閘門設(shè)計(jì)平臺。 截止目前，共完成論文8篇：其中發(fā)表3篇（EI檢索2篇），錄用待刊4篇，投稿外審1篇。申報(bào)國家發(fā)明專利4項(xiàng)，其中授權(quán)2項(xiàng)。培養(yǎng)與該項(xiàng)目密切相關(guān)的碩士生2名，在研博士生1名。 2100433B

水庫進(jìn)（泄）水口門前的泥沙淤積不僅增加了對閘門的水平壓力，而且還增加了對閘門的附著力，導(dǎo)致啟門力遠(yuǎn)大于閘門在清水中的啟門力。由于泥沙淤積導(dǎo)致啟門力超載，不能及時(shí)開啟釀成大壩失事的工程在國內(nèi)外也不乏實(shí)例。在閘門前有泥沙淤積情況下，如何確定啟門力，目前還尚無成熟可靠方法可循。因此，開展本項(xiàng)目的研究尤為必要和迫切。本項(xiàng)目研究閘前不同淤積物的力學(xué)性質(zhì)，例如泥沙干容重、內(nèi)摩擦角、粘結(jié)力及顆粒級配組成以及固結(jié)程度等，對閘門啟門力的影響；建立泥沙淤積對閘門（包括平面閘門和弧形閘門）啟門力影響的計(jì)算公式；研究泥沙淤積對閘門啟門力影響的模型試驗(yàn)技術(shù)；開發(fā)研制泥沙淤積對閘門啟門力影響的原型仿真計(jì)算系統(tǒng)。通過采用原型觀測、模型試驗(yàn)、推理建模、計(jì)算機(jī)仿真為一體的技術(shù)路線，使原型觀測資料、計(jì)算資料和模型試驗(yàn)資料之間可以相互驗(yàn)證。

河道型水庫是主要的大型水庫類型，泥沙問題沒有很好解決，影響工程效益和水庫可持續(xù)性。不均勻泥沙沿程分選沉積是決定淤積強(qiáng)度和形態(tài)的重要結(jié)構(gòu)特征，不同粒徑泥沙的力學(xué)和沖淤性能相差很大，占入庫比例很小的粗沙對水庫平衡淤積坡降和淤積量影響很大。分選淤積是一個(gè)明顯的物理現(xiàn)象，但受水庫運(yùn)行方式、水沙條件、水庫斷面變化、淤積過程和回水變化等復(fù)雜因素影響，實(shí)際水庫分選情況非常復(fù)雜。同時(shí)，水庫淤積形態(tài)和坡降受泥沙粒徑影響很大，分選沉積與淤積坡降是同一過程的微觀與宏觀表現(xiàn)。準(zhǔn)確認(rèn)識沿程泥沙分選沉積規(guī)律及粗沙作用對合理管理水庫泥沙、減少淤積和下游影響、提高工程效益都具有重要意義。因此，本研究擬利用長實(shí)驗(yàn)水槽模擬理想水庫回水條件下不均勻懸沙分選沉降、不平衡輸沙和坡降變化，分析粗沙對水庫淤積和沖淤平衡坡降的影響，認(rèn)識水庫淤積規(guī)律，為研究淤積控制、淤積泥沙利用和為檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型等提供提供科學(xué)依據(jù)。

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鑒于國內(nèi)外對粘性泥沙淤積固結(jié)特性的研究較少，十余年來，在國家自然科學(xué)基金和教育部博士點(diǎn)基金的資助下，我有計(jì)劃地安排一些研究生通過理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬等方法，對粘性泥沙淤積固結(jié)特性及其應(yīng)用進(jìn)行了系列探討，得到了一些新的認(rèn)識，特匯成《黏性泥沙淤積固結(jié)特性》，供相關(guān)水利和地學(xué)工作者參考。