流冰对引水隧洞撞击破坏力学特性数值分析与验证

• 作者: 李雅娴 贡力 靳春玲
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 力学特性 数值模拟 模型 冰工程 引水隧洞 撞击力
• 年，卷（期）: 2018,（13）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程
• 页码范围: 144-151
• 页数: 8页
• 分类号: TV672
• 字数: 5916字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.017

摘要

寒旱地区冬季寒冷,昼夜温差大,长距离输水工程在解冻期易形成流冰,不同尺寸的流冰对隧洞形成不同的挤压力或撞击力,甚至导致衬砌破损,工程失效.该文通过深入研究流冰与引水隧洞碰撞时的相互作用问题,并利用有限元接触-碰撞算法的对称罚函数算法,进行了流冰撞击引水隧洞衬砌的接触-碰撞算法的理论分析.应用ANSYS/LS-DYNA软件,建立隧洞模型和流冰模型,选用LS-DYNA SOLVER求解器进行求解,分析流冰对隧洞的破坏程度;并通过物理模型试验采用几何比尺为Cl为28进行验证,揭示流冰对引水隧洞的撞击破坏机理.结果表明:流冰在不同流速、不同平面尺寸、不同厚度等工况下,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度的变形和破坏;随着流速增大,撞击应力值也相应增大,两者呈线性关系;当流冰平面尺寸变化时,其撞击应力随着流冰平面尺寸的增大而增大,两者呈非线性关系;当流冰厚度增加时,流冰厚度小于0.5 m时,撞击力随着流冰厚度的增大而增大;其厚度超过0.5 m时,撞击应力值变化不大,其流冰平面尺寸和最大应力呈现近似线性关系.同时,通过软件模拟和试验观测得出的计算结果基本一致,流冰与隧洞衬砌碰撞时,隧洞衬砌表面会产生不同程度变形,变形对隧洞稳定性影响不大.但是,流冰冲刷会导致隧洞衬砌表面破碎,长期会影响结构的强度与稳定性.其结果可为寒旱地区冬季输水工程安全提供理论支撑和技术保障.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	靳春玲	兰州交通大学土木工程学院	52	272	9.0	14.0
2	贡力	兰州交通大学土木工程学院	59	368	10.0	17.0
3	李雅娴	兰州交通大学土木工程学院	2	3	1.0	1.0