洪水演进模型及冲击荷载研究

摘要

中国是一个多灾国，灾害种类、强度、频率均居世界首位，而在所有灾害中，洪水灾害损失最大。建国后，洪水灾害造成的损失占各种自然灾害总损失的40％。多年来，人们一直以为洪水的冲击作用历经时间短，而且作用的范围也有限，因此没有引起足够的重视。洪水的来势是无法控制的，人们也无法准确的预测洪水的冲击范围，导致洪水过后房屋大量被冲毁。近年来由于经济的发展，人们对于房屋的安全性要求越来越高。因此，针对洪水冲击作用的特点，建立洪水冲击荷载模型，研究洪水冲击对建筑的影响，提高建筑抗击洪水冲击作用能力是一项十分重要的研究工作。 本文根据Saint-Venant方程组显式差分格式，在考虑底坡、水流阻力的基础上，推导了溃坝溃堤的一维洪水演进模型，该模型能够简便的计算不同时刻、不同地段洪水演进过程中水深、流速等。同时根据该模型文章分别计算了三种工况下的水深和流速并给出了相应的曲线图。 由于洪水演进模型能够提供洪水流动过程中任意时刻、任意位置的水深、流速等数据。因此在洪水演进模型的基础上，本文将一元非恒定流能量方程与洪水演进的解析解相结合，推导出一维洪水冲击荷载的计算公式，再利用演进模型提供的水深、流速等数据，即可方便的求出任意位置处的冲击荷载值。该模型能够较好地计算不同时刻、不同位置和不同高度处洪水冲击面的冲击荷载。通过该公式可以得出冲击荷载是随水深呈线性变化的，且与上游静水位、距溃口的距离、冲击面高度、冲击时刻等参数有关。为了进一步考察洪水冲击荷载的其他影响因素，文中对大、中、小三种型式的洪水及不同的糙率、不同的下游水深、不同的坡度分别进行了数值分析，共计算了二十一种工况下的冲击荷载并加以比较，探讨了冲击荷载在糙率、下游水深、坡度影响下的变化规律。最后做了三组玻璃水槽模型试验，针对有底坡情况下不同的上游水深，将实验结果与理论计算值进行了比较并分析了误差产生的原因。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2洪水演进数学模型的发展

1.2.1 水文模型

1.2.2水力学模型

1.3洪水演进模型的数值计算方法

1.3.1 演进计算的特点

1.3.2演进计算所用方法

1.4洪水冲击荷载研究现状

1.5本文工作介绍

2基本理论和控制方程

2.1洪水水流特性分析

2.2控制方程

2.2.1基本假定

2.2.2连续方程

2.2.3运动方程

2.3能量方程

2.4 小结

3洪水演进数学模型的建立及数值分析

3.1演进数学模型的建立

3.2洪水演进数值算例

3.3 小结

4冲击荷载模型的建立及数值分析

4.1冲击荷载模型的建立

4.1.1流速及水面曲线表达式的推导

4.1.2冲击荷载模型的建立

4.2洪水冲击荷载数值算例

4.2.1 小型洪水数值分析

4.2.2中型洪水数值分析

4.2.3大型洪水数值分析

4.2.4三种型式洪水冲击荷载的比较

4.3洪水冲击荷载试验验证

4.4 小结

5结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及科研情况

致 谢