丁壩是河道當(dāng)中常用的整治建筑物之一,它具有束窄河床、壅高水位、調(diào)整比降等作用,在航道整治工程中,發(fā)揮著不可替代的作用。目前,在機(jī)械工程、結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域,可靠度設(shè)計(jì)理論已經(jīng)十分成熟,但航道整治建筑物方面的可靠性設(shè)計(jì)理論還十分滯后,依然處于起步階段。因此,為進(jìn)一步豐富航道整治建筑物的研究內(nèi)容以及為今后實(shí)際工程提供技術(shù)參考,對非恒定流條件下拋石丁壩的可靠性及壽命進(jìn)行研究是十分有必要的。本文基于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“非恒定流作用下山區(qū)通航河流丁壩水毀機(jī)理及計(jì)算仿真研究”(51079165)和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“復(fù)雜多分汊河段航道灘槽調(diào)控技術(shù)及示范”(2016YFC0402106),借助實(shí)驗(yàn)室前期試驗(yàn)數(shù)據(jù),以長江上游最常用的航道整治建筑物拋石丁壩為研究對象,在對拋石丁壩水力特性和水毀機(jī)理充分研究的基礎(chǔ)上,分別從非恒定流和疲勞可靠性分析理論的角度開展拋石丁壩可靠性及使用壽命的研究,對其使用壽命進(jìn)行了探討,給出了設(shè)計(jì)使用年限設(shè)定的建議。本文的研究結(jié)論簡述如下:(1)首次從基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)理論出發(fā),借助概率論中假設(shè)檢驗(yàn)知識,通過多種假設(shè)檢驗(yàn)的方法對模型流量過程、五十五年的原型日均流量、脈動壓強(qiáng)、縱向瞬時流速進(jìn)行檢驗(yàn),并最終認(rèn)為模型流量過程的流量服從對數(shù)正態(tài)分布,五十五年原型日均流量服從正態(tài)分布,脈動壓強(qiáng)服從對數(shù)正態(tài)分布,縱向瞬時流速服從正態(tài)分布;給出了模型流量過程和脈動壓強(qiáng)的概率密度函數(shù),為能夠從結(jié)構(gòu)可靠度理論出發(fā)對其進(jìn)行仿真模擬提供了研究基礎(chǔ);(2)結(jié)合實(shí)際工程需要,對拋石丁壩的可靠度和使用壽命做出新的定義,使其更加便于應(yīng)用在工程實(shí)際;考慮航道整治建筑物的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀,結(jié)合結(jié)構(gòu)工程方面設(shè)計(jì)使用年限的確定方法,給出拋石丁壩這一廣泛應(yīng)用的航道整治建筑物的設(shè)計(jì)使用年限;(3)從“最大沖深”的角度給出拋石丁壩需要“人工干預(yù)”維修管理的標(biāo)準(zhǔn),作為丁壩失效的判據(jù);基于流量過程和最大沖深,用非恒定流的流量過程出現(xiàn)頻率作為可靠性的評價標(biāo)準(zhǔn);(4)從結(jié)構(gòu)工程和機(jī)械工程等領(lǐng)域中的疲勞可靠性分析理論出發(fā),將丁壩的壽命按照對數(shù)正態(tài)分布進(jìn)行研究,推導(dǎo)出丁壩可靠度計(jì)算公式和使用壽命計(jì)算公式。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TV863
【部分圖文】：

前無論是基于恒定流還是非恒定流，針對丁壩的研究成果都十分豐富，究都是基于物理模型和理論分析結(jié)合的研究方法。近些年隨著計(jì)算機(jī)軟發(fā)展，不論是恒定流還是非恒定流作用下，也產(chǎn)生了通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)近水沙運(yùn)動及水毀機(jī)理、壩體結(jié)構(gòu)周圍三維水流結(jié)構(gòu)的研究等成果。是，針對丁壩可靠度及使用壽命的預(yù)測研究卻只是基于恒定流條件下，定流作用下這一最接近天然情況的研究卻是空白。因此，本文在實(shí)驗(yàn)室恒定流作用下丁壩水力特性及水毀機(jī)理的研究基礎(chǔ)上，基于前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)定流作用下丁壩的可靠度及使用壽命預(yù)測開展進(jìn)一步的研究，本章對試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行簡單的介紹。水槽概化模型設(shè)計(jì)型試驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)概化設(shè)計(jì)，模型試驗(yàn)地點(diǎn)是在重慶交通大學(xué)國家內(nèi)河航程技術(shù)研究中心航道整治試驗(yàn)大廳的矩形玻璃水槽中進(jìn)行，該矩形玻璃30m，寬 2m，高 1m，如圖 3-1。

山區(qū)河流的丁壩布置一般采用正挑和下挑，故模型試驗(yàn)采用挑角為 90o和 120o。對不同的壩頭形狀做對比研究，取三種壩頭形狀：圓弧直頭、圓弧勾頭、扇形勾頭，如圖 3-3。（4）壩體材料粒徑確定實(shí)際工程中壩體材料粒徑的確定是依據(jù)《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》10.6.2.1 公圖 3-3 壩體斷面示意圖圖 3-4 壩頭形狀示意圖

（4）壩體材料粒徑確定實(shí)際工程中壩體材料粒徑的確定是依據(jù)《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》10.6.2.1 公式計(jì)算，即d=0.04V2(3.2)式中d——塊石的等容粒徑（m）；V——建筑物處表面流速（m/s）。模型丁壩需保證和原型起動相似，故采用天然材料，粒徑將根據(jù)流速比尺公式 = 確定出模型壩體塊石的起動流速后，由公式（3.2）確定出模型壩體塊石粒徑。經(jīng)計(jì)算粒徑范圍為 0.6cm—1.2cm。（5）材料及粒徑確定通過前期的研究成果對比分析表明，對于動床試驗(yàn)，天然石英砂作為模型沙能夠更好地應(yīng)用到動床試驗(yàn)當(dāng)中來模擬床面變形[71]。因此，為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果和天圖 3-4 壩頭形狀示意圖
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本文編號：2865356