冰-砼碰撞在输水隧洞中的力学特性机理

作者：贡力; 贾治元^*; 王鸿; 李义强; 宫雪磊

来源：振动.测试与诊断, 2023, 43(01): 16-195.

DOI：10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.01.003

• 冰-砼碰撞
• 输水隧洞
• 力学特性
• 模型实验
• 有限元仿真
• 撞击力

为了研究西北寒冷地区中小型流冰对输水隧洞的碰撞问题，基于实验分析结合数值模拟的方法，选取模型实验几何比尺λ为1∶5，通过ANSYS/LS-DYNA软件进行有限元仿真，得到不同工况下流冰对输水隧洞衬砌撞击力影响规律。结果表明：流冰撞击力峰值与流冰速度呈现出近似的线性关系；流冰撞击力峰值与流冰压缩强度呈现出近似的对数函数关系，在较高速度下，流冰的塑性效果起主要作用，流冰的压缩强度对流冰的撞击力结果影响较为不明显；流冰撞击应力峰值与流冰厚度呈现出近似线性关系。同时，通过数值模拟与模型实验得到的流冰撞击力影响规律基本一致，验证了冰-砼碰撞实验装置的准确性及合理性。由于数值模拟时流固耦合的计算方法考虑了水介质对流冰的影响，在流冰撞击输水隧洞衬砌时形成水垫效应，从而会轻微地降低流冰撞击力，而模型实验未考虑水体对流冰的影响，因此各种工况下的模型实验结果均普遍大于数值模拟结果。

• 单位
  兰州交通大学; 土木工程学院; 新疆铁道勘察设计院有限公司