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丁坝是内河航道整治中广泛使用的整治建筑物,也是山区河流最常见的整治建筑物。河道边界不规则、地形复杂及河床比降大等原因导致山区河流坡陡流急,且丁坝属于阻水建筑物,故其水毁现象较普遍。丁坝稳定性直接影响整治工程效果,为避免丁坝失效带来的潜在危险和经济损失,本文将全寿命设计的新理念应用于丁坝,明确了丁坝性能指标、经济指标在丁坝全寿命周期内的核心地位,结合水槽概化试验对丁坝稳定性进行研究,使得丁坝在服役期内性能及成本最优,具体的研究及结论如下:
(1)在研究丁坝坝头冲刷随时间变化规律的基础上,利用灰色Verhulst模型在“小样本、贫数据”预测方面的优势,建立了丁坝最大冲深预测模型,以最少的实测数据,挖掘坝头冲刷过程的潜在规律,获得丁坝坝头冲刷过程线。通过对比分析不同丁坝型式的模型预测精度及在非恒定流条件下的适用性情况,为丁坝水毁预防提供参考依据。
(2)通过动床冲刷试验对比分析了不同坝头型式、不同坝长、不同挑角的丁坝的最大冲深过程,采用极差分析法确定各影响因素在丁坝安全性上所占的比重,在参照格雷厄姆评价法的基础上,以最大流速Umax为主要危险源,建立了丁坝风险值评价公式,并结合实例对其进行了验证。结果表明:丁坝坝头冲刷深度坝长的影响权重大于挑角及坝型,丁坝的结构型式对于坝头冲深的影响权重较大;丁坝风险评价公式计算结果与实际情况较符合,研究成果可为丁坝工程的维护和管理提供科学依据。
(3)从丁坝最大冲深与丁坝稳定性关系入手,在四参数Logistic模型的基础上构建了丁坝稳定性退化模型,分析考虑了丁坝的经济性指标,以全寿命周期内总成本最小为目标建立了丁坝全寿命经济评价模型,并基于事件树模型研究分析了维护方案的选取对于丁坝全寿命周期总成本的影响。通过实例检验,丁坝稳定性退化模型的预测效果较好,可用于丁坝稳定性的预测;通过丁坝全寿命经济评价模型,以经济性为导向,合理的选择维护时间及次数能有效的降低总成本。
(1)在研究丁坝坝头冲刷随时间变化规律的基础上,利用灰色Verhulst模型在“小样本、贫数据”预测方面的优势,建立了丁坝最大冲深预测模型,以最少的实测数据,挖掘坝头冲刷过程的潜在规律,获得丁坝坝头冲刷过程线。通过对比分析不同丁坝型式的模型预测精度及在非恒定流条件下的适用性情况,为丁坝水毁预防提供参考依据。
(2)通过动床冲刷试验对比分析了不同坝头型式、不同坝长、不同挑角的丁坝的最大冲深过程,采用极差分析法确定各影响因素在丁坝安全性上所占的比重,在参照格雷厄姆评价法的基础上,以最大流速Umax为主要危险源,建立了丁坝风险值评价公式,并结合实例对其进行了验证。结果表明:丁坝坝头冲刷深度坝长的影响权重大于挑角及坝型,丁坝的结构型式对于坝头冲深的影响权重较大;丁坝风险评价公式计算结果与实际情况较符合,研究成果可为丁坝工程的维护和管理提供科学依据。
(3)从丁坝最大冲深与丁坝稳定性关系入手,在四参数Logistic模型的基础上构建了丁坝稳定性退化模型,分析考虑了丁坝的经济性指标,以全寿命周期内总成本最小为目标建立了丁坝全寿命经济评价模型,并基于事件树模型研究分析了维护方案的选取对于丁坝全寿命周期总成本的影响。通过实例检验,丁坝稳定性退化模型的预测效果较好,可用于丁坝稳定性的预测;通过丁坝全寿命经济评价模型,以经济性为导向,合理的选择维护时间及次数能有效的降低总成本。