基于有限差分方法的橡胶坝挡水性能分析及简化设计

橡胶坝常用于低水头、大跨度的闸坝工程,如防洪、储水、发电、供水、挡潮及城市园林美化等工程,不仅起到闸门、滚水坝和活动坝等作用,而且具有瀑布景观效果.本文建立了橡胶坝有限差分计算模型,系统分析了充水压力、上游水位及坝袋几何尺寸等参数对橡胶坝断面形状的影响.开展了室内模型试验,验证了计算模型的准确性.讨论了上游挡水水位与坝袋高度、断面面积、宽度、接地宽度和顶部位置等参数间的关系.研究发现,坝高H/L和横断面面积A/L2随上游水位Hr/L的增大呈非线性减小趋势,而坝宽B/L、接触宽度b/L和坝顶距锚固点水平距离D/L随上游水位Hr/L的增大而非线性增大.基于Chapman-Richard曲线模型对本文得到的橡胶坝几何形状尺寸进行拟合,提出了简化的橡胶坝设计计算公式,可为实际工程设计评估提供参考.     

顶管施工对高架桥桩基础影响的数值分析

顶管施工广泛应用于市政工程的隧道开挖作业,但该方法对周围构筑物的影响仍需要进一步的研究。本文针对天津市某地下电缆隧道穿越高架桥桩基的实际工程案例,利用数值模拟方法建立了关于穿越高架桥桩基的沉井和顶管施工的有限元计算模型,研究了沉井和顶管施工过程中附近土体的扰动情况以及高架桥桩基的变形、受力等情况。结果表明,沉井和顶管施工都会对周围桩基础的应力和变形产生一定影响。在外径12.8米的沉井施工时,施工引起的土体卸载会使得沉井周围土体产生较大的隆起,最大回弹量为164 mm左右,三个方向（水平X方向、Y方向和竖向Z方向）的最大变形均出现在沉井上部土体周围,该沉井施工过程对距其30米处的高架桥桩基也产生了一定影响,桩体在X方向（指向沉井方向）上受到的影响较大,桩体顶部产生背离沉井的水平位移,下部则逐渐过渡到趋近沉井的水平位移,最大X方向水平位移量约为1.6 mm,对Y方向（垂直于顶管方向）的水平位移影响较小。在外径3.6米的顶管施工过程中,土体在卸载后会出现变形,最大位移为170 mm,变形出现在位于顶管底部的扰动土体。在X方向上,四个桩基均表现为桩顶部远离沉井、桩底靠近沉井的趋势。在Y方向上,桩身的最大水平位移出现在隧道开挖深度处,位移方向为远离顶管,影响范围为顶管隧道施工处上下15 m。     

基于有限差分方法的双腔橡胶坝设计计算

橡胶坝是一种应用广泛的挡水建筑物．针对传统橡胶坝的挡水水位有限、对坝袋材料要求较高且坝袋易振动磨损等不足，提出了采用平行并排锚固方式的双腔橡胶坝结构．基于有限差分方法建立了双腔橡胶坝的二维结构-流体数值计算模型，利用已有理论和试验结果验证了该模型的准确性．系统分析了双腔橡胶坝的受力变形规律，得到双腔橡胶坝截面形状及张拉力变化特点．结果表明：上游水位增加，上游坝袋坝高先增加后降低，坝宽先降低后增加，下游坝袋坝高持续降低，坝宽持续增加；基于节约材料和有效提高临界挡水水位，确定了上、下游坝袋锚固间距最佳值为D=0.08 L₁，周长的最佳比为L₂=0.8 L₁；基于最佳锚固间距和周长比得到了不同压力水头下双腔橡胶坝变形规律及张拉力分布规律．本研究成果有望为新型双腔橡胶坝的设计计算和工程应用提供理论依据．