U形渠道范文-盘古文库

U形渠道范文

来源：开心麻花

作者：开心麻花

2025-09-19

U形渠道范文（精选9篇）

U形渠道第1篇

我国是一个农业大国, 同时也是一个工业用水大国, 随着全球水资源供需矛盾的日益凸显, 合理、高效的利用水资源已成为迫切需要解决的一个重要问题。节约用水、高效率的利用水资源已成为缓解我国水资源供需矛盾的根本有效途径。发展节水型农业大国已经成为我国的一项基本战略。高效节水农业的发展和水价制度的改革, 迫切需要一种结构简单、设计合理、精度高的渠道量水设施。U形渠道由于水利条件好、抗冻胀、抗外力性能强, 省工省料、占地少, 防渗效果显著[1], 使得U形渠道已成为我国大多数灌区中小型渠道的主流衬砌方式。国内外诸多学者对众多量水技术进行了研究, 取得了比较丰硕的成果。我国现行的主要量水方法主要有以下六大类:流速法测流、分流式测流、量水堰、量水孔、量水槽以及配套自计量水仪器。目前, 流速法测流等方法计算复杂, 费时费力, 难以满足灌溉用水需求;分流式测流虽然操作简单, 但是水表易淤积, 不利于多泥沙河道的利用;量水堰一般需要抬高底坎、易造成淤积;量水孔一般则要求有压出流而且空口较小, 易引起泥沙淤积和堵塞;各种用于量水的仪器设备, 虽然易用, 但是技术复杂, 价格昂贵, 田间损坏度高, 难以在田间大面积应用和推广[2]。综上所述, 可以看出量水槽是一种经济合理、推广方便、造价低廉的量水设施。

量水槽的原理是在宽顶堰的基础上, 根据管道文丘里流量计的测流思想设计成的量水建筑物。由于这类量水建筑物一般具有水位跌差小、不易淤积、容易建造、测流精度较高等优点, 更适合灌区渠道应用。我国很多学者对U形渠道量水研究了广泛研究, 先后总结和提出了U形渠道抛物线形无喉段量水槽, 圆底形量水槽、机翼形量水槽等[3,4,5], 它们具有与U形渠道自然衔接, 不抬高底坎, 过沙能力较强, 工程量较小, 量水精度较高的优点, 是U形渠道理想的优化选择。本文正是对U形渠道直壁式量水槽进行水工模型试验并根据实测测得的原始数据进行试验结果分析, 总结出水位-流量关系, 水头损失等和流量之间的关系等, 并结合现有的U形渠道的资料进行对比。

1 渠道及量水槽结构及参数确定

1.1 U形渠道的结构、设计流量

U形渠道是我国北方常见的一种灌区渠道形式, 其断面见图1。其一般结构为下部为半圆形, 上部为垂直或有一定角度的直段, 外倾角一般为8°~20°, U形渠道的设计流量Q设为设计水位h设时的渠道流量, 设计水位为渠道高度减去衬砌超高, 考虑到渠道灌水方式的变化, 一般最小流量定为0.3Q设。

1.2 量水槽的结构与设计参数

U形渠道直壁式量水槽如图2所示, 图中L为喉道长度, L1、L2为上下游过渡段长度;L3为坐标原点到U形渠道切点之间的水平距离;L4为切点到喉道起点之间的水平距离;La为量水槽的水尺位置;b为喉道宽度;B0为渠深等于0.82D处的渠道宽度;B为渠顶宽度;H1=0.82D;H2为渠深;T为渠道切点到渠底的高度;hT为喉道底端到渠底的高度;α为渠道倾角;θ为圆心角;θ′为切点与喉道底部之间的圆心角;R为渠道半径;D为直径;x为顺水流方向的坐标;y为垂直水流方向的坐标;z为竖直方向的坐标。U形渠道直壁式量水槽喉道长度上、下游过渡段为椭圆曲线, 过渡段L1=L2=0.7B0, L=1.25B0, 水尺安设在距上游进口1.5B0处, 水尺零点为该断面渠底中心高度。其方程为[6]:

2 试验数据的整理与分析

U形渠道直壁式量水槽在过流时水流自槽前的缓流状态, 流经量水槽进口断面时, 由于水流在垂直方向受到直壁式量水槽侧向收缩的影响, 槽上产生自由水面跌落现象, 使槽上的过流断面小于槽前渠道正常过流断面。同时量水槽产生局部水头损失, 槽顶上的水流势能随之减少, 动能增大, 水面在喉口收缩断面处跌落至最小。槽进口段水流流速加大, 在喉口处流速达到最大, 此时量水槽收缩程度最大。因此, 下游水流干扰, 在相当大的水深范围, 无法通过喉口临界水深断面对上游水流发生影响。水流流态可分为收缩断面不受下游水位影响的自由出流和下游水深超过收缩断面水深的共轭水深后的淹没出流。水流流经喉口断面以后, 断面逐渐加大, 流速减小。此后, 槽上水流保持急流状态。由于量水槽尾部有一段椭圆曲面过渡段与下游渠道正常衔接, 水流逐渐变得平缓, 经过一段距离以后水流恢复正常。按照量水槽的一般规律, 喉道宽度越大, 则量水槽的过流量也就越大, 槽前壅水高度越小, 但同时容易导致淹没度增加, 容易出现淹没出流现象, 而U形直壁式量水槽不允许出现淹没出流的情况, 所以最佳的喉道宽度应该是在保证自由出流的条件下, 使得喉道的宽度最大。本次试验选取多种情况对水位、流量、流速以及其他数据进行采集和分析。

以直径400 mm为例, 喉道宽度为20 cm, 如图3为坡度为1/600、1/700、1/800的U形直壁式量水槽的水位流量关系曲线, 选取的试验流量比较集中, 由于U形渠道的构造为下窄上宽, 所以水位随流量的加大而上升速度减缓, 水位流量关系的相关性较好, 试验数据的相关系数大于0.9。从图3中我们可以得到水位流量的关系符合二次曲线关系, 并对拟合公式与实测流量进行误差对照分析。通过拟合得到流量公式如下:

式中:Q为流量, m3/h;h为测井水位, mm。

用拟合计算过槽流量与实测流量的最大误差是8%, 最小误差0.002%, 平均误差为1.60%。由此可见拟合的流量公式的精度比较高, 测流误差除极个别均小于5%, 符合明渠测流要求[7]。

根据明渠水流测量ISO标准手册[7]:当相对于水深来说, 流速水头比较大的时候, 很多量水建筑物的流量系数就会发生变化, 而且在实际工作中, 行进渠槽的流速不允许太大, 以免在水流接近量水槽处容易形成驻波, 使精确的水头很难读出。所以明渠测流规范要求佛汝德数Fr应该小于0.5, 这样才能保证测流的精确。试验中仅有个别数据大于0.5, 总体上是符合明渠测流要求的, 试验所采用的方法是可行的, 试验采集的数据可以用来进行数据处理分析。因此, 拟合的流量公式计算流量仅与槽前水深有关, 简单方便, 可以作为自由出流状态下U形直壁式量水槽的流量公式用来测流。

由于在U形渠道内安装了直壁式量水槽, 致使U形渠道内的水位在喉道前形成雍水现象, 上游形成水头, 比正常水位抬高稍许, 上游水头与水深的关系如图4所示, 从图4我们可以清楚的看出, 上游水头与水深基本成线性关系。

U形直壁式量水槽属于利用雍高水位产生临界水深原理的量水设施, 由于量水槽的喉道存在, 产生侧向收缩, 水流在喉道进行加速, 在喉道内部水流达到最大值, 并在此处形成临界水深, 水流在此处成为急流, 缓流与急流的判断标准为水流流速与波速的比值, 我们将这个比重称为Fr, 即:

佛汝得数是一个无量纲数, 可以作为明渠水流流态缓流和急流的一个标准:当Fr<1时, 水流为缓流;当Fr=1时, 水流为临界流;当Fr>1时, 水流为急流。

根据水工模型试验测得的数据, 如上图所示, 我们可以看出Fr<1。通过Fr的关系我们可以看出:U形渠槽中佛汝德数Fr在0.35到0.55之间变动, 大部分点据集中在0.35到0.5之间。只有极个别的点超过0.5的;而且在这U形直壁式量水渠槽中, 在流量一定的情况之下, 佛汝德数Fr随坡度增大变化不大。说明在坡度变化的情况下, 水位变化不明显, 但流量增大佛汝德数Fr变小。由以上可知试验所采用的观测点的位置受流速水头和槽身的影响较小, 试验观测的位置是比较合理的。

由图6水头损失与上游总水头比值流量关系中可以清楚地看出, 随着流量的增大, 水头损失也在逐渐增大, 最大时达4 cm。

由图7观察可以看出, U形直壁式量水槽的水头损失最小为总水头H0的2%, 最大水头损失为总水头H0的12%, 水头损失主要集中在 (0.04~0.08) 总水头H0之间。总体来讲, 试验研究与结果分析头损失比较小。小于长喉道量水槽的水头损失 (大于13%总水头H0) 。

U形量水槽的水头损失主要是水流经过槽身时产生的局部水头损失。这与渠道流速水头量水槽收缩比、混凝土断面糙率有关。从图6中可以看出, 小流量时的水头损失百分比较小, 大流量时水头损失的百分比相对较大一些, 这可能是由于大流量时水流经过槽身时的局部水头增大的缘故, 笔者以为可能是流速水头相对较大的缘故。

如图8为U形直壁式量水槽的临界水深流量关系曲线, 选取的试验流量比较集中, 由于临界水深出现在U形渠道喉道的某个断面, 由于喉道突然缩窄, 导致喉道内水位下降, 流速加快, 在喉道出口处水位逐渐抬升, 流速降低。临界水深流量关系的相关性较好, 试验数据的相关系数为0.999 5。从图8可以清楚的看出, 水位与流量拟合出典型的二次曲线关系。通过拟合得到临界水位-流量关系曲线及其关系式:

式中:Q为流量, l/s;h为临界水深, cm。

流速分析:由观测可以清楚的得出水流的流态, 在同一横断面上, 流速为中间流速快, 两侧由于壁面效应流速很小;在同一纵断面上, 流速为, 水表流速大, 往下逐渐减小, 成抛物线状态, 个别点由于水流在该处不稳定而导致失真, 但基本上总体符合水流的理论状态。

在喉道处 (2号) 水流流速加大, 与结论:U形渠道直壁式量水槽在过流时水流自槽前的缓流状态, 流经量水槽进口断面时, 由于水流在垂直方向受到直壁式量水槽侧向收缩的影响, 槽上发生自由水面跌落现象, 使槽上过流断面小于槽前渠道正常过流断面。同时量水槽产生局部水头损失, 槽顶上的水流势能必然减少, 动能增大, 水面在喉口收缩断面处跌落至最小是一致的。喉道后 (3号) 由于能量损失, 水位略降低, 流速比喉道前 (1号) 略大。但总体仍然保持一致。

注:1号断面:测井位置 (喉道上游71.52 cm处) ;2号断面:喉道中心处;3号断面:喉道下游71.52 cm处。

3 结语

通过在规格尺寸D:40cm的U形直壁式量水槽中, 分别选取坡度不同的直壁式量水槽进行试验, 根据实测测得的原始数据进行试验结果分析, 并结合现有的U形渠道的资料进行对比。

(1) 自由出流状态下, 拟合U形直壁式量水槽流量系数与流速系数和流量公式的经验式。在流量公式的拟合过程中, 临界水深是一个很重要的参数, 笔者从试验角度出发分析了U形直壁式量水槽的临界水深与流量的关系。

(2) 佛汝德数Fr是衡量渠槽水流状态的一个指标, 一般要求佛汝德数Fr小于0.5, 以保证能够得到精确的水头。试验结果表明, U形直壁式量水槽佛汝德数Fr基本小于0.5, 仅有个别点据数值稍大于0.5, 符合测流要求。

(3) U形直壁式量水槽的水头损失最小为总水头H0的2%, 最大水头损失为总水头H0的12%, 水头损失主要集中在 (0.04~0.08) 总水头H0之间。总体来讲, 试验研究与结果分析头损失比较小。小于长喉道量水槽的水头损失 (大于13%总水头H0) 。

(4) 坡度对量水槽过槽流量和上游水头影响不大, 随坡度的减少, 过槽流量与上游水头都无明显变化, 并且这种规律不受渠槽自身水力条件的影响。

通过试验可以看出:水流在量水槽中比较平稳, 有利于U形直式量水槽在实际工程中的推广。

摘要：灌区的水费改革有利于我国节水制度的加强, 这就需要推广一种切实、有效的量水设施, 而U形渠道直壁式量水槽由于具有与U形渠道自然衔接, 不抬高底坎, 过沙能力较强, 工程量较小, 量水精度较高的优点, 是U形渠道理想的优化选择。对U形渠道直壁式量水槽进行试验, 并对实验数据进行分析, 得出U形渠道直壁式量水槽的基本水力特性。

关键词：量水槽,模型试验,U形渠道

参考文献

[1]陕西省水利水土保持厅.U形渠道[M].北京:水利电力出版社, 1986.9.

[2]马文孝, 王文娥, 于国丰, 等.U形渠道量水槽的筛选研究[J].水土保持研究, 2002, 9 (2) :72-73.

[3]王智, 朱风书, 刘晓明.平底抛物线形无喉段量水槽试验研究[J].水利学报, 1994, (7) :12-23.

[4]张志昌.U形渠道测流[M].西安:西北工业大学出版社, 1997.

[5]陕西省水利厅、陕西省技术质量监督局.陕西省地方标准、U形渠道量水槽[S].西安, 2000.

[6]王忠建, 陈文宏, 张启昌, 等.U形渠道直壁式量水槽体型优化及在泾惠渠三支渠上的应用[J].西北水力发电, 2006, 22 (4) :50.

[7]水利电力部水文局等译.明渠水流测量ISO标准手册[S].北京:中国标准出版社, 1985.

[8]蔡勇, 李同春.梯形渠道圆柱形量水槽的试验研究[J].中国农村水利水电, 2005, (8) .

人生的U形幸福曲线第2篇

Happiness follows a U-shaped curve during a person's lifetime, according to research showing that middle-aged people are the unhappiest.

Satisfaction with life starts to drop as early as a person`s late 20s and does not begin to recover until well past 50, says Bert van Landeghem, an economist at Maastricht University in Belgium.

While young adults are carefree and full of hope for the future and the over-50s have come to terms with the trials of life, the research indicates that those in the middle feel weighed down by the demands on them.

The study found “a substantial （大量的） dip （下降） in happiness during the middle of people's lives is the equivalent to becoming unemployed or losing a family member”.

The conclusions come in a study of how people perceive （感知） their wellbeing （幸福）.

While happiness did return with age, but older people did not actually recapture the spirit of their youth. They simply learnt to be satisfied with their lot(生活状况).

A U-shaped happiness curve does not necessarily imply that a 65 year-old prefers his own life to the life of a 25 year-old. Both the 25 year-old and 65 year-old might agree that it is nicer to be 25 than to be 65. But the 65 year-old might be more satisfied, as he has learned to be satisfied with what he has.

Studies around the world have shown that happiness tends to dip in midlife, and that this was not just a phenomenon confined to the Western world.

Lewis Wolpert, emeritus professor of biology at University College London, said happiness could peak as late as 80. In a book called You're Looking Very Well, Prof Wolpert said most people were “averagely happy” in their teens and 20s, but this declined until early middle age as they attempted to support a family and career.

He added: “From the mid-40s, people tend to become ever more cheerful and optimistic, perhaps reaching a maximum in their late 70s or 80s.”

An easing of the responsibilities of middle age, maturity and an increased focus on the things we enjoy contributed to the trend, he said.

U形渠道第3篇

灌区量水方法与技术是合理调配灌溉水源,正确执行农民用水协会的用水计划,加强用水管理,实现科学用水和节约用水的必要条件之一。目前,以农民用水协会(WUA)为主要形式的参与式灌溉管理的理念和方法在我国已逐步得到推广、应用。笔者在宁夏WUA项目区调研中发现,灌区基本上实行“斗口计量”的方法,而对从斗渠、农渠至毛渠的末级渠道,特别是分散到每个用水农户的水量却难以准确量测。项目区用水户的水费缴纳工作还未实现向用水户按量收费的目标,现行做法是农民用水协会根据用水户的农田灌水次数或种植类型,按种植面积平均分摊水费。这种带有普遍性的管理方法不但会挫伤农民用水户节约用水的积极性,也不利于先进灌溉技术的推广与应用。因此,研究和探讨在农民用水协会内部管理中,采用合理的量水技术和方法,实现对用水户按实际用水量收取水费,是确保农民用水协会发挥长效机制亟待解决的工程技术问题。

1 小型U形渠道量水技术现状

U形渠道在灌区应用广泛,但缺少既经济实用又方便快捷的满足农民用水协会内部量水精度要求的U形渠道流量测量技术和方法。针对U形渠道量水技术上存在的困难与问题,国内外开展了相应于不同标准渠道上的适宜量水技术及设施的选择与配置模式和量水设施标准化研究。目前,U形渠道多采用量水槽进行测量,应用较广的量水槽主要分为无喉和长喉两种形式。国际上标准的U形渠道,其底弧为半圆、边墙垂直,而国内大量应用的是侧墙直线段外倾、底弧为圆弧或抛物线形的非标准U形渠道。因此,国际标准推荐的量水槽型式无法在国内直接应用。我国学者对此进行了大量研究工作[107]。由于抛物线形喉口式、直壁式、长喉道等量水槽具有与U形渠道自然衔接, 无底坎,不淤堵的优点,适合在多泥沙U形渠道应用,与其相关的研究成果较多,并己制定了相应技术标准。马孝义等[2]研究认为,在上述3种抛物线形量水槽中,抛物线形喉口式量水槽具有工程量小,壅水高度低,不淤堵等特点,且能满足灌区测流精度要求,建议灌区推广应用。吴景社等[3]开展了U形渠道抛物形平底无喉段量水槽的设计与标准化研究,提出了斗、农级U形渠道适宜量水技术选配模式,遴选出了3种设计抛物线形量水槽的方法。在需要特设量水结构的渠道上,王长德[4]建议首先选用长喉道槽。一般的量水堰槽由于几何形状已标准化,难以随不同的渠道断面及水力条件变化而变化,且不能实时解决泥沙淤积问题。长喉道槽,由于其断面形状可以随渠道断面及水力条件不同灵活变化,可以做到在高水和中水流量下上游水位变动不大,加之水流流动的加速,抗泥沙干扰能力优于其他形式的量水堰槽。在此基础上,部分高校和科研机构还开发了一些小型量水设备,如抛物线形移动式量水堰板和便携式量水槽[5,6]。这些设备测流误差小,搬运方便,可满足灌区小型U形渠道的测流要求。

然而,目前应用较多的长喉道量水槽、巴歇尔量水槽等在理论和技术上已较成熟,但这类量水槽都是基于临界流原理的量水工具,要求出流为自由出流。将这类量水槽用于灌区干支渠等大中型渠道量水,自由出流条件一般可以得到满足,由于渠道断面尺寸较大,壅水问题也不突出,若用于灌区的斗渠、农渠等小型渠道量水时,上述自由出流和雍水问题就变得十分突出,尤其在渠道底坡较缓的平原地区淹没出流时量水槽的水头损失和壅水高度要比自由出流时小得多,而常用的量水槽在淹没出流条件下的研究成果极少,很难利用常用的量水槽来进行淹没条件下的精确测流工作。对于小比降或宽浅式多泥沙等特殊渠道而言,缺乏与之相配套的新型结构量水槽。另外,简易量水设备在取水口造成的雍水现象,影响了末级渠道正常行水,无法得到农民用水户的理解和认可,这也是许多灌区未实施“量水到户”的一个原因。

通过量测标准渠道断面的水位及断面特征点的流速,推求过水断面面积及过水断面的平均流速,再以此计算渠道过水流量及累积水量。这种测流方法多在无水工建筑物及特设量水设备可资利用的情况下使用,其测水地点应选在渠段顺直、断面整齐、水流无旋涡及回水影响的位置。虽然这种方法量测精度较高,但由于过水断面的特征点位置受渠道断面型式、尺寸以及水位的影响较大,即不同的断面型式、尺寸以及同一渠道在不同水位下,施测的过水断面的特征点位置是不同的。这就造成了施测和计算极为繁琐。对于面广量大的斗、农渠采用该方法量水工作量较大。

鉴于目前还没有U形渠道流速仪断面测流方法,吕宏兴等[6]对D20型号的U形渠道进行了实验研究,假设U形渠道过水断面上沿任一水平方向的流速为指数分布,提出了适用于渠道水流雷诺数Re=4103～3.2106的小型U形渠道的断面测流计算公式。雒天峰等[8]研究U形渠道过水断面竖向流速分布规律时,引入尾流函数修正后的对数公式,对U形渠道实测流速值进行拟合,发现尾流强度系数取不同值时,流速拟合曲线交于一点。在不同的水力特性下,交点水深与测线水深的比值范围固定在0.1～0.2之间,交点流速值与断面平均流速值有很好的相关性。当然,这个结论还需做进一步的理论研究和试验验证。

2 U形渠道标准断面量水的简化方法

2.1 流速分布规律及研究思路

国内外学者理论研究和实验结果表明,明渠过水断面上流速的分布规律具有:①整个过水断面内的最大流速处于水面以下;②渠道中垂线两侧的流速值对称相等,且最大流速发生在中垂线上;③接近边壁处的等流速线图近似于边壁轮廓;④对于U形渠道,当渠道水深接近弓形高时(水流在底弧弓形段内),等流速线分布均匀,当水深较大时,远离边壁的流速大小变化比边壁附近的流速变化小;⑤由于断面最大流速发生在水面以下,流速等值线在接近水面时向渠道中心弯曲。U形渠道过水断面流速分布规律,如图1所示,这是一个比较复杂的曲面。

考虑到小型U形渠道尺寸较小,特别是生产实际中迫切需要既能满足测流精度要求,又能简化测流过程的标准断面测流方法,本文拟从U形渠道断面流速分布规律入手,在文献[7]研究的基础上,以U形渠道中垂线上的流速为量测对象,寻找并获取一定精度范围内流速等于全断面平均流速的中垂线测点位置。以期通过测试U形渠道中垂线上流速等于全断面平均流速所对应点的流速,获得整个过水断面的流量。

2.2 断面测流的简化方法

假设U形渠道过水断面上沿任一水平方向的流速服从紊流型态中的普朗特指数分布规律。以渠底为坐标原点,取y轴与过水断面中垂线重合,则距渠底为yi流层沿水平方向x轴的流速分布可以表达为:

$\frac{u_{x}}{u_{m}} = (\frac{x}{B_{y}})^{n} (1)$

式中:ux为距渠底yi高度且距U形渠道边壁x位置处的流速;um为渠道中线上距渠底yi高度位置的流速;By为距渠底yi高度处U形渠道之半宽;n为与雷诺数Re有关的指数。

U形渠道过水断面上流速分布具有对称性(图2),取第yi水平流层一半之速分布与流层面积分析,设该流层厚度为Δh,第yi水平流层渠道宽为2By,则该流层过水断面面积近似为ΔAy=2ΔhBy。沿流层过水断面关于ux的积分,可得通过该流层的流量为:

$Δ Q_{y i} = 2 \int_{0}^{B_{y}} u_{x} \cdot Δ h d x = \frac{1}{n + 1} u_{m i} \cdot Δ A_{y} (2)$

对各流层流量求和,可得整个过水断面流量为:

$Q = \frac{1}{n + 1} \sum_{i = 1}^{m} u_{m i} \cdot Δ A_{y} (3)$

文献[7]建议将U形渠道过水断面划分为若干水平流层,测得每一流层中垂线上流速,乘以相应流层面积可得到该流层流量,各流层流量累加,便可得到整个过水断面的流量。

从式(3)可以看出,如果用中垂线上流速分布的平均值uma代替每一流层中垂线上流速umi,U形渠道整个过水断面的流量可表示为:

$Q = \frac{1}{n + 1} u_{m a} \sum_{i = 1}^{m} Δ A_{y} = \frac{1}{n + 1} u_{m a} \cdot A (4)$

式中:A为U形渠道整个过水断面的面积。

为此,假设U形渠道中垂线上流速(y轴方向)的分布同样服从紊流型态中的普朗特指数分布规律。那么,中垂线上流速分布规律可以表达为:

$\frac{u_{m y}}{u_{m}} = (\frac{y}{h})^{n} (5)$

式中:umy为中垂线上距渠底y处的流速;um为中垂线上最大流速;uma为中垂线上断面平均流速;yc为中垂线上与断面平均流速相等的点距渠底的位置;其他符号含义如图3所示。

U形渠道中垂线上单宽流量为:

$q = \int_{0}^{h} u_{m y} d y = u_{m} \int_{0}^{h} (\frac{y}{h})^{n} d y = \frac{h}{n + 1} u_{m} (6)$

其平均流速为:

$u_{m a} = \frac{q}{h} = \frac{u_{m}}{n + 1} ‚ 即 \frac{u_{m a}}{u_{m}} = \frac{1}{n + 1}$

因为在umy=uma处,有y=yc,即: $\frac{u_{m a}}{u_{m}} = (\frac{y_{c}}{h})^{n}$ 。故有:

$\frac{1}{n + 1} = (\frac{y_{c}}{h})^{n} (7)$

试验证实当Re<105时,n=1/7;Re>105时,n可以取1/8～1/10。这里取n=1/7,由(7)式得yc=0.39h,即在中垂线上距水面以下约0.6 h处的流速可近似作为U形渠道中垂线断面上的平均流速。另外,利用尼库拉兹给出的紊流流速分布的对数公式[9],可以推导出yc=0.367 h,与上述普朗特指数分布得到的结果十分相近。

这样,只要利用测流仪器测得U形渠道中垂线上距水面以下0.6 h处的流速,代入公式(4)便可计算出渠道过水断面的流量。

3 简化方法的应用

3.1 U形渠道的结构特点

U形渠道断面是由底部圆弧段(半圆或抛物线型)和上部直线段(垂直或外倾)两种几何形状组成。据灌区调查[2],小型U形渠道以D30H40、D40H50、D50H55为主,渠道的深宽比H/B在1左右,衬砌超高a1为0.1～0.2 m,渠堤超高a为0.2～0.4 m。

U形渠道过水断面积可用下式计算:

$\begin{array}{l} {\begin{cases} A = \frac{r^{2}}{2} (\frac{π θ}{180} - \sin θ) + Δ h (2 r \cdot \sin \frac{θ}{2} + Δ h \cdot \cot \frac{θ}{2}) \\ (h \geq Τ) \\ A = \frac{r^{2}}{2} (\frac{π β}{180} - \sin β) ‚ (h ＜ Τ) \end{cases} (8) \\ β = 2 \cdot \arccos (1 - \frac{h}{r}) ； Τ = r (1 - \cos \frac{θ}{2}) \end{array}$

式中:T为渠道底弧弓高;β为h<T时过水断面湿周所对应的圆心角;其他符号如图4所示。

3.2 计算实例

算例1:某U形渠道底弧半径r= 0.1 m,底弧圆心角2θ =152°,水槽底坡i=1/400,由三角形量水堰测得流量Q=29.95 L/s ,水槽水深h=18.77 cm。用毕托管测得的中垂线上不同位置处相应的流速见表1。由式(8)计算得到渠道过水断面面积A=0.035 75 m2。

根据表1数据,将y/h在0.3～0.5之间的流速值内插得到y/h=0.4处的流速值为v=0.925 m/s,并将其作为断面的平均流速uma,代入公式(4)得到该U形渠道过水断面流量为Q=28.94 L/s。

与三角形量水堰测得流量Q实的误差为:

$Δ_{1} = \frac{Q_{实} - Q_{算}}{Q_{实}} 100 % = \frac{29.95 - 28.94}{29.95} 100 % = 3.4 %$

与文献[7]分层计算流量的误差为:

$Δ_{2} = \frac{Q_{参考} - Q_{算}}{Q_{参考}} 100 % = \frac{29.84 - 28.94}{29.74} 100 % = 2.7 %$

算例2:某U形渠道底弧半径r=0.3 m,底弧圆心角2θ=162°,水槽底坡i=0.001,用三角形量水堰测得流量Q=28.38 L/s,水槽水深H=0.172 m。用光电旋桨流速仪测得的中垂线上不同位置处相应的流速见表2。由式(8)计算得到渠道过水断面面积A=0.070 m2,而y=0.4 h=0.068 8 m,介于表2中y=0.082～0.052,将该范围对应的流速值进行内插得到y=0.4 h处的流速值v=0.400 m/s,同样将其作为断面的平均流速uma,代入式(4)得到该U形渠道过水断面流量为Q=25.90 L/s。

与三角形量水堰测得流量Q实的误差为:

$Δ_{1} = \frac{Q_{实} - Q_{算}}{Q_{实}} 100 % = \frac{28.38 - 25.90}{28.38} 100 % = 8.7 %$

与文献[8]分层计算流量的误差为:

$Δ_{2} = \frac{Q_{参考} - Q_{算}}{Q_{参考}} 100 % = \frac{27.62 - 25.90}{27.62} 100 % = 6.2 %$

3.3 分析与建议

宁夏WUA项目区末级渠系已全部采用U形衬砌渠道。考虑到小型U形渠道数量大,过水时间短,如果修建固定式量水槽,不但利用率低、易遭破坏,而且量水设施建设的投入也较大。可移动的便捷式量水槽虽然有效解决了固定式量水槽的某些缺点,但量水槽量水过程中造成的上游雍水,农民无法接受,也影响了农民使用这种设备的积极性。若采用测量精度高、价格昂贵的精密仪器量水,又不切合实际。因此,在末级U形渠道上选择一段相对平顺的渠道布置标准过水断面进行测流符合宁夏项目区的实际情况。

精确测算渠道过水断面上的流量是一项比较复杂的工作,难以推广应用。利用文中提出的简化计算方法,由于只须测量U形渠道中垂线上水面以下0.6 h位置一个点的流速,大大简化了标准断面的测流工作。但是,这种方法基于假设U形渠道过水断面上沿任一水平方向和竖直方向的流速服从紊流型态中的普朗特指数分布规律,而将该分布函数用于实际渠道的测流,还必须进行必要的试验研究,给出比较符合实际的渠道断面流速分布的具体函数表达式,如指数函数中n的取值等。

尽管如此,按照紊流型态中的普朗特指数分布规律,测量U形渠道中垂线上距水面以下0.6 h处的流速,计算获得的U形渠道过水断面的流量,与通过量水设施以及分层测流获取的渠道流量的误差小于10%。

建议采用下述简易方法,在农民用水协会内部落实“量水到户”的目标。在进入田间的末级U形渠道上选择一段相对平顺的渠道布置标准过水断面,渠道两侧边壁上建立水尺刻度,利用测流仪器测得U形渠道不同水位条件下的过水断面中垂线上距水面以下0.6 h处的流速,代入式(4)计算出渠道过水断面的流量。然后,绘制出渠道的水位-流量关系曲线。这样,就可以通过读取渠道断面侧壁上的水尺刻度的读数,查水位-流量关系曲线中相应水位的流量,就可以很方便的获得进入田间的末级U形渠道的流量。

4 结语

针对宁夏项目区农民用水协会(WUA)组织内部实施量水到户遇到的实际问题,鉴于项目区农业综合开发田间配套工程中,已在农渠等小型U形渠道上修建了部分用于渠道量水的标准断面的实际情况,假设U形渠道过水断面上沿任一水平方向和竖直方向的流速服从紊流型态中的普朗特指数分布规律,推导了渠道断面流量的简化计算公式,得到以下初步结论。

(1)本文提出的U形渠道测流的简化方法较标准断面测流的一般程序,在测线布置和测点数量上都简化了许多,便于实际应用。

(2)在灌区末级(小尺寸断面)U渠道上,采用中垂线上一点测流以及渠道的断面流量简化计算方法,获取渠道标准断面流量值是可行的。算例表明,与其他方法比较,误差小于10%。

(3)选择平顺的一段渠道并在其标准断面两侧边壁上做水尺刻度,利用简化测流与计算方法,建立渠道的水位～流量关系曲线,有利于农民用水协会内部用水管理和量水到户目标的实施。

(4)将紊流型态中的普朗特指数分布规律,用于实际小型U形渠道的断面测流和流量简化计算,还需进行必要的试验研究和验证。

参考文献

[1]王智,朱风书,刘晓明.平底抛物线形无喉段量水槽试验研究[J].水利学报,1994,(7):12-23.

[2]马孝义,王文蛾,吕宏兴,等.U形渠道量水槽的性能分析与筛选研究[J].农业工程学报,2002,18(4):44-49.

[3]吴景社,朱风书,康少忠,等.U形渠道适宜量水设施及标准化研究[J].灌溉排水学报,2004,23(2):38-41.

[4]王长德.我国灌溉量水技术的应用[J].中国水利,2005,(7):26-28.

[5]朱风书,马孝义,朱晓群,等.U形渠道抛物线形移动式量水堰板研究[J].农业工程学报,2002,18(3):36-40.

[6]张志昌.U形渠道量水设施综述[J].西安理工大学学报,1995,11(3):214-219.

[7]吕宏兴,吕德生,史菊兰.U形渠道断面测流方法[J].中国农村水利水电,2001,(7):24-25.

[8]雒天峰,吕宏兴,张春景,等.U形渠道横向流速分布规律及测流技术研究[J].中国农村水利水电,2007,(10):61-64.

U形渠道第4篇

关键词：闯关东；家庭发展结构；“U形”中国模式；个案

从清朝顺治年间到中华民国这一特殊时期，人口压力、天灾人祸、满清政府的政策导向等外因促使了山东人闯关东。在这样的社会大环境之下，从山东等地向关东地区移民的家庭，其教育、就业、生育、居住以及家庭成员之间的关系都具备独特的“中国模式”特点。

本文的分析个案，一个核心结构①的家庭，经历闯关东、从山东迁居至黑龙江之后，经过繁衍成为一个三代人、二代内直系血亲人口14人的大家庭。这个家庭不论从迁居还是到后来的家庭结构、家庭成员教育、工作等，各方面的情况与发展无不是那个特殊时期和社会的缩影。

一、研究过程

（一）研究对象

一个闯关东背景下的山东移民家庭

（二）研究方法

1、文献分析法。文献分析法是研究家庭模式时不可或缺的研究方法。本研究以“闯关东”历史背景和家庭发展模式两个理论为视点查阅相关学科的学术专著和期刊论文等文献资料，为本研究的开展奠定了理论基础。

2、个案研究法。本研究选定一个闯关东背景下的山东移民家庭作为本文的个案研究对象，从个案当中去揭示这一特殊时期家庭发展的中国模式。

3、访谈法。笔者本人作为该家族第三代成员之一，对于本文的信息来源主要是对第二代成员的无结构深入访谈，进而了解该家庭的移民过程、发展繁衍历史及下一代状况。

二、研究结果

（一）家庭情况

1、核心人物基本概况

徐贵庭，1918年生于山东省烟台市招远市。八岁起读私塾，十三岁随姨夫去北京绸缎庄学做生意，期间曾到东南亚地区。十八岁留在北京王府井绸缎庄任外掌柜，同时分管东南亚地区和中国东北地区的生意，也因此学会听说多国语言。1938年回山东参加革命成为党员，立功后被调到当地区政府作文书。抗日期间被调去吉林，未及上任就因铁路中断而转道哈尔滨。定居以后，利用之前北京绸缎庄的股份资金、加上借来的七千大洋开了一家中华饭店。1945年光复期间，徐曾以老地下党员的身份，给林彪及四野讲过党课，并给四野的军人每人捐了一双鞋。土地改革前，徐又一分股息不要地将饭店捐给政府，后去了其他饭店做管理主任。1975年中苏边界谈判期间，本因懂俄语、有文化被任命管理谈判团队的后勤工作，未及赴任两国便谈判失和。1976年退休后曾在哈尔滨动物园为外国游客做顾问。1983年6月，因脑溢血卒于哈尔滨市第五医院，享年66岁。徐贵庭于1942年与妻子刘凤秀结婚，次年大女儿出生。后来徐贵庭的岳母、妻子、大女儿来到哈尔滨与他共同生活。其他子女都是在哈尔滨出生。

2、家庭成员结构图

（二）各成员具体情况

1、教育。大女、大儿均考上大学却因身体原因放弃，二儿作为学生领导被保送工农兵大学。中间儿女均初中毕业。五女高中毕业，六儿上班后由公司资助上了大学。

2、工作

大女高中毕业后任第二轻工局会计兼团支书，23岁工伤病假回家，1991年开始炒股。

大儿高中毕业后下乡，1975年病返后做高中汉语老师，后为生计改行木匠，进入建筑公司。现任房地产公司董事长。二儿大学毕业后进入工厂，后任处长至退休。二女初中毕业下乡插队，1978年病返，后因工厂不景气下岗。三儿初中毕业后做工人。三女下乡返程后进行个体承包，后来做过哈尔滨银行行长，退休后又担任私营医院院长兼股东。四女下乡返程后做厨师，后做外贸公司后勤科长至退休。五女高中毕业时下乡政策已经结束，进入旅社做后勤服务人员。四儿初中毕业后顶替其父的名额任厨师。五儿初中毕业后顶替其母的名额任裁缝。六儿高中毕业后进入建筑公司，后由公司资助上学。毕业后回公司，至1999年买断工龄。辞职在家9年赋闲后，又担任某私营医院院长。2011年，任出版社销售总监至今。

3、生育及下一代

大女徐国贤因身体原因并未生育。大儿徐国栋育有龙凤胎，姐弟。二儿徐国梁有一女。二女徐国滨有一儿。三儿徐国成有二女。三女徐国强育有一儿一女，兄妹。四女徐国梅和五女徐国云各有一女。四儿徐国来和五儿徐国柱各有一儿。六儿徐国舜有二女。

三、基本情况分析及社会背景透析

从“核心家庭”发展成为“联合家庭”模式，是该时期中国家庭发展模式的主流：以家中最年长的人为起点，其所有男性后代及其配偶、未出嫁的女性后代必须在一个家庭中生活，活着的最高男性尊长是家庭的核心和最高权威[1]。在这样的整体结构下，本研究选取的研究对象极具代表性。首先，该家庭核心人物徐贵庭年轻时期从山东来到黑龙江，导致了整个家庭的移民。这一方面体现了他的重要性及绝对权威，将“父家长制”的严谨性体现得淋漓尽致；另一方面也体现了这一时期特殊的历史背景。更重要的是，该家庭人口数量庞大，使得选取人物的各方面发展情况既处于同一时期同一辈分、具备可比性，又存在一定时间差距（大女比六儿大23岁），使得11个第二代家庭成员发展情况存在差异性，便于比较分析。

根据对该家庭核心人物以及成员的情况，笔者提出闯关东背景下家庭发展的“U形”中国模式。宏观人口趋势不断发生变化的同时，还对微观家庭户的结构产生着巨大影响[2]。从教育、工作、生育三方面，都可以很显著地发现，家庭成员的情况或程度随时间发展，基本呈现“高——低——高”U形的规律特征。究其原因：第一，这与当时特殊的整体社会环境密不可分。社会经济情况的发展变化影响到家庭的经济收入状况，进而通过代际流动影响到下一代的教育、工作等状况。同时，该家庭经历上山下乡、自然灾害、计划生育时期，正值中间几个子女出生；而最后几个子女的出生，正好赶到国家经济飞速发展、该家庭经济条件也比较好的时候。第二，与该家庭闯关东移民的背景存在很大关系。大女与其他子女相比，由于出生地不同，导致她的受教育环境、成长经历甚至思想观念都伴随着家庭的变迁产生很大变化，而这种移民家庭最主要通过影响其核心人物，徐贵庭，来对家庭结构和其他家庭成员产生进一步影响。中间几个子女在黑龙江出生、成长，受其父影响较深，思想偏保守，也体现在他们的行为之中。而最后几个子女的成长，在后期脱离其父约束，思想行为均显现偏开放、多元化特征。（作者单位：山东大学）

注释：

①核心家庭又称“标准家庭”或“基本家庭”，这样的家庭由一对夫妇组成，通常是包括父母及未婚子女为一个单位。目前，中国的核心家庭还可能包括上一辈人，所谓“三代同堂”被认为是最完满的核心家庭。

参考文献

[1]张怀承.论中国家庭模式及其道德价值.湖南师范大学社会科学学报，1994年06期

[2]郭志刚.关于中国家庭户变化的探讨与分析.中国人口科学，2008年03期

U形渠道第5篇

上世纪70年代至90年代以来, 各地极为关注渠道防渗工程的冻胀破坏问题, 开展了多项有关渠道冻胀的实验研究, 并取得了一系列的研究成果。使渠道冻胀防治技术取得了突破性进展。

1 渠道冻胀破坏机理

渠道的冻胀破坏是由于基土在负气温的作用下产生冻结和不均匀冻胀, 而渠道衬砌体本身自重较轻, 不足以抵抗冻胀力的结果。寒季负气温固然是决定冻深和冻胀的一个关键因素, 但对于某一地区的冻结期负积温是相对稳定的。因此, 影响渠土冻胀的主要自然因素就是土壤和水分条件;很多情况下, 冻胀量的大小主要由基土的水分补给条件所决定。

试验调查资料表明, 混凝土是一种多孔体, 水工混凝土一般强度较低, 水泥用量少, 透水性较强。当地下水位低于渠底, 冻结期行水时, U型渠混凝土含水量饱和, 遇寒引起冻融、剥蚀和脱落;冻胀量随渠基土含水量的增加而增加。在特定条件下, 冻胀量减少的核心技术是降低渠基土的含水量。

2 混凝土U形渠冻胀防治措施

本文将介绍一种具有高效减水和憎水等多种功能的有机硅防水剂, 掺入混凝土U形渠现浇或掺入水泥砂浆抹面U形渠或直接喷涂U形渠, 均可以提高U形渠的抗渗、节水, 抗冻融剥蚀能力, 可以减少对渠基土的水分补给, 使渠床中土壤水分冰点降低, 阻止水分迁移, 从而, 削减渠土冻胀量, 提高混凝土U形渠的使用寿命。

3 施工方案

有机硅掺入混凝土或水泥砂浆, 配制简单, 施工方便, 要求不高, 但必须掌握关键技术和要点, 才能保证工程质量。因此, 必须有严格的质量控制和保证制度。材料的配制和有机硅使用, 应该在有经验的专业人员指导下进行。

方案Ⅰ:现浇有机硅混凝土U形渠施工

有机硅渗入现浇混凝土, 一般渗量为水泥重量的2%-3%, 也可根据工程实际需要, 由实验确定渗量。施工时先将有机硅倒入自来水搅拌均匀 (注意顺序, 因有机硅比重大于水的比重) , 然后加入水泥砂子和石子, 再行搅拌, 按普通混凝土方法施工。初凝后, 湿润养护不少于14天。

方案Ⅱ:现浇普通混凝土U形渠成形后, 用有机硅砂浆抹面施工。

掺入水泥砂浆抹面:现浇普通混凝土U形渠初凝前, 用配比为有机硅:水=1:8的稀释液, 拌和水泥:砂子=1:2 (重量比) 成泥浆, 刮抹厚1.0-1.2cm, 并赶光压实。初凝后, 湿润养护不少于14天。

方案Ⅲ:现浇普通混凝土U形渠成形后, 有机硅喷涂或刷涂渠道表面。

喷涂前用有机硅防水砂浆修补U形渠的孔洞, 裂隙, 待渠道表面充分干燥后, 在天气晴朗无风时, 进行喷涂工序。一般用6-7倍自来水稀释有机硅后, 对U形渠表面连续喷涂2-3遍, 中间不得停顿。喷完48小时内不得淋雨、破坏, 也不得洒水养护。

4 有机硅防渗混凝土U形渠冻胀破坏的机理

由试验结果可以认识到, 有机硅使混凝土产生一系列物理上的、力这上的及化学上的变化, 而这些变化必然会对混凝土的一些性能产生影响。

有机硅极易被空气中的CO2所分解, 生成不溶于水的极强的粘结物甲基聚硅醚。这种物质具有分散水泥颗粒的作用, 由于含有表面活性剂, 可以降低用水量, 改善混凝土和易性, 提高其致密性;有机硅溶液凝结形成坚韧致密的薄膜, 分布于混凝土骨架之中, 填充空隙, 切断与外界的通道, 减少毛细管压力, 相应地提高了混凝土的抗压、抗渗能力。有机硅具有防水保水和阻止混凝土碳化作用放出的水分, 这些都是混凝土具有自养性能和后期强度持续不断提高的原因。

由于有机硅使孔隙细化的结果, 这一方面使孔隙中水的冻结速度降低, 另一方面孔隙中水分大大减少, 从而使混凝土中的微小气泡更好地发挥缓冲作用, 宏观上表现为混凝土经受冻融次数就增加了, 使混凝土具有优良的抗冻性能。

有机硅具有防治混凝土龟裂干裂的性能, 是因为有机硅合成剂具有桥键作用, 有机硅分子中的活性基因与水泥水化形成的游离离子Ca2+进行交联反应, 形成特殊的桥键, 在水泥颗粒周围发生物理化学吸附, 形成均匀的连续相, 改善了水泥砂浆硬化体的物理组织结构和内应力, 大大减少了混凝土微裂缝的产生。达到提高U型渠抗渗、节水和抗冻融剥蚀能力的目的。

结语

有机硅作为混凝土的外加剂是一种独具特色的具有广泛应用前景的商科技产品, 通过提高混凝土U型渠的抗压、抗渗, 降低混凝土水灰比, 提高其密实度, 降低渠基土含水量, 达到增强混凝土U型渠的使用寿命的目的。

上述有机硅U形渠施工的三种方案, 可任造其一或采用Ⅰ-Ⅱ的组合方案。

每年冬季渠道行水前, 应该用有机硅防水砂浆对渠道损坏渗漏处进行修补堵漏, 以减少对渠基土的水分补级削减冻胀量。

摘要：有机硅防水剂具有增水及高效减水等多种功能。掺入现浇混凝土U形渠, 既提高了混凝土的密实度和抗渗能力, 又改善了影响渠基土冻胀的主要自然因素—水分条件;降低渠床中土壤水分的冰点, 达到减少渠基土冻胀量及节水的目的, 增加渠道使用寿命。

关键词：有机硅,高效减水,增强,U形渠防渗,减少水分补给,降低水份冰点,削减冻胀量

参考文献

U形渠道第6篇

渠道按断面形式可分为矩形渠道、梯形渠道、U形渠道和复合渠道等。根据近年来田间节水渠道配套设施, 混凝土U形渠道具有防渗效果好, 输水能力强, 抗冻胀, 节省渠道占地, 施工速度快, 节省投资等优点被广泛采用。

1 混凝土U形渠道的结构特点

混凝土U形渠道是反拱结构, 抗冻能力强, 不易破坏。根据定国水库灌区的实际, 混凝土U形渠道采用底圆弧夹角152°为宜, 两侧外倾14°, 渠深与圆弧直径1∶1, 混凝土厚度4 cm～10 cm。

2 混凝土U形渠道防渗效果好

混凝土U形渠道整体性强, 防渗效果好, 衬砌的渠道斗以下渠系利用系数在0.99左右, 而未衬砌的土渠利用系数还达不到0.8。我们自流灌区一条2 000亩灌溉面积的斗渠, 平均每年灌地4 000亩次, 年引水量约40万m3, 而未衬砌的渠道就漏掉8万m3水。定国水库管理站为了改善灌区田间配套设施, 从各方面筹措资金, 加大节水投资力度, 在灌区建设U形防渗渠道, 加强灌区用水管理, 提高灌区用水效率。

3 混凝土U形渠道输入耐力强

混凝土U形渠表面光滑, 糙率小, 流态好, 输水能力强, 混凝土U形渠流速在1.2 m/s左右, 而相同比降的梯形土渠仅为0.6 m/s。梯形土渠糙率0.025, 混凝土U形渠道糙率值为0.013左右, 不仅流速加快, 挟泥砂能力增强, 而且避免了渠道淤积问题。

4 混凝土U形渠道省工、省料、节省渠道占地

混凝土U形渠道流速快, 过水断面小。采用机械施工工效高, 速度快, 质量好, 采用机械施工人均每个工日可衬砌混凝土U形渠道10 m～20 m, 完成混凝土量1.5 m3～2.0 m3。混凝土U形渠道节省材料, 如果修筑1 km D60 U形渠道用混凝土量96 m3, 而建设同样过水量的梯形渠道用混凝土量132 m3, 建设每千米混凝土U形渠道比混凝土梯形渠道可节约投资1.4万元左右, 可腾出渠道占地3亩以上。

5 混凝土U形渠道施工便捷

1) 混凝土U形渠道模槽施工。定国水库灌区多丘陵, 近年经过农田基建项目, 丘陵阶梯地大部分已平整为整片、连片的方田。在这些方田田间配套上, 根据节水灌溉整体规划, 首先进行高程测量, 确定渠线走向, 结合测量成果, 对确定的渠线进行回填、碾压形成渠基。在渠基形成后进行测量放线, 计算坡比、不冲不淤流速, 并开挖U形渠土模。采用人工开挖, 利用钢模进行模槽检验, 以利混凝土浇筑时厚度均匀。2) 混凝土U形渠浇筑。土模形成后, 开始混凝土浇筑。但浇筑前首先要利用进场材料进行混凝土配合比试验;其次现场控制原材料的使用。a.水泥。水泥使用时要进行水泥复试试验, 并根据混凝土浇筑工程量的大小, 分段分批次进货, 尽可能一个批次的水泥 (一批次水泥存放不得超过3个月) 完成一个分段的混凝土浇筑任务。浇筑时要严格按配合比报告进行配料, 必要时利用磅秤配料。b.骨料。混凝土浇筑前, 对原材料进行送检。在粗骨料的选择上, 根据断面过水流量大小, 选用合理级配的粗骨料, 而且对含泥量、粉末量要严格控制, 必要时进行冲洗。在细骨料的选择上, 要根据做混凝土配合比试验报告时的细骨料为依据, 严格控制, 对含泥量大的砂子要摒弃不用, 对符合要求的砂子要过筛除杂。c.混凝土浇筑。混凝土浇筑采用人工浇筑。搅拌机集中拌和, 拌合时间控制在2 min左右, 特别控制水灰比的大小, 含水量过大, 将直接影响混凝土的强度和外观质量。存在问题:人工浇筑混凝土存在不足, 主要是混凝土施工振捣密实度难以控制, 不易进行原浆收面。现多采用后序抹面的办法。在混凝土浇筑3 h～4 h后, 用钢刷对混凝土表面进行刮毛、清扫后, 用高标号砂浆进行抹面并及时养护。后序抹面主要掌握抹面砂浆与混凝土面的结合和适时养护, 若结合掌握不好就会成为渠道的薄弱面, 将影响其使用寿命。3) 分缝。对距离较长的混凝土U形渠道, 应进行分缝。分缝主要是为了防止由于不均匀沉降或温度变化引起渠道整体破坏。沿渠线每10 m一个横缝且为通缝, 缝宽15 mm～20 mm。缝内用沥青或聚氯乙烯胶泥填塞。对厚度小的分缝直接用沥青或聚氯乙烯胶泥填塞, 表面留10 mm～15 mm用高标号砂浆填平;厚度较大的分缝, 缝底填15 mm～20 mm高标号砂浆, 表面留10 mm～15 mm用高标号砂浆填平。4) 养护。对浇筑过的渠道要及时养护, 养护时利用草帘覆盖, 早晚养护两次, 夏季高温季节适当增加养护次数。养护天数至少7 d～14 d。

6混凝土U形渠道建设投资与效益分析

定国该区混凝土U形渠道建一条2 000亩地的斗渠, 共有斗、分、引渠道10 km左右, 每年灌地约4 000亩次, 年引水总量40万m3, 10 km渠道衬砌后需投资20多万元, 其中材料费, 运输费约15万元, 人工费5万元。渠道衬砌后每年减少渗漏水量8万m3, 价值2万元, 不计算增产值仅省下的水费10年即可收回工程投资, 而U形混凝土渠道使用寿命在30年以上, 还能腾出渠道占地30多亩, 对投资效益也是非常有利的, 而更重要的还是节省了水, 多浇了地, 农民增加了收入, 社会效益更大。

我水库管理单位在除险加固的基础上, 继续加大筹措资金的力度, 对未进行田间配套的灌区, 进行节水配套。在资金使用上专人管理, 施工技术上专人管理, 以确保高质量完成节水配套, 以尽快造福灌区人民。

摘要：介绍了混凝土U形渠道的特点, 从混凝土U形渠道的防渗效果、输入耐力、施工工艺等方面阐述了U形渠道的优点, 对混凝土U形渠道建设投资与效益进行了分析, 以改造灌区渠道防渗节水性能, 尽快造福灌区人民。

关键词：混凝土U形渠道,防渗节水,灌区,模槽施工

参考文献

一种U形弯曲模的设计第7篇

我公司生产的某U形螺栓属异形紧固件, 如图1所示, 其由两个并列的M10螺杆、两段圆弧R8及一段平直的光杆组成。其毛坯采用圆棒料, 由于产品批量大, 结构特殊, 在加工过程中需设计一套弯曲模来使其成形为“U”形结构。

1 弯曲工艺分析

工件在弯曲的过程中须考虑力的传递性, 在弯两个直角圆弧弯的时候, 其间相连的平直段光杆也会受力产生弯曲变形, 因此需设计出防止其变形的结构。另外, 由于此产品是用圆棒料制作的, 在受力变形时, 如果受力不一致, 在毛坯发生变形时没有受到约束的情况下, 会产生翘曲现象。因此, 所设计的模具应与产品“一模一样”, 要具有导向结构, 可使工件在发生变形时按约束方向进行变形, 且能适用于批量生产。

2 弯曲模结构简图

根据以上分析, 并结合《冲模设计手册》, 我们设计了一套在冲床上安装使用的弯曲模。为便于模具的安装与加工, 我们将弯曲模设计成组合式结构, 如图2所示。

1.冲柄2.GB70-M8 3.下模体4.下托板5.底座6.GB70-M127.顶杆

3 上、下模体的设计

为使毛坯成型为“U”形, 我们参考《冲模设计手册》中板材产品弯曲模的结构设计, 设计了主要工作部分:上、下模体, 结构简图见如图3、图4所示。为使毛坯在上、下模体的作用下成形为“U”形, 并且不发生翘曲, 我们在上、下模体的工作面上制作了半圆弧凹槽, 该凹槽为毛坯的成形起到了一个导向作用, 其半径略大于毛坯半径, 其深度应小于半径, 大于2/3半径, 这样可以避免毛坯嵌入模中, 表面粗糙度Ra1.6, 并且贯穿上、下模体的整个工作面。

3.1 上模体结构设计

通常凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧的圆角半径R, 这样可减小回弹。但该产品仅给出了中性层半径R8 (见图1) , 那么我们产品的内侧圆角半径为多少呢?通过查《冲模设计手册》我们得到中性层半径公式:ρ=R+Kt, 式中:ρ为中性层半径;R为弯曲内半径;K为中性层位置度系数, K=0.52;t为材料厚度。经计算得出该项产品的内侧圆角半径R=2.7 mm。因此, 我们的上模体, 即凸模的成形圆角半径定为R=2.7 mm, 两侧槽宽按产品的内侧宽度设计为58 mm, 工作长度大于工件的内侧深度即可, 但最好能留够余量, 保证足够的行程, 以便在调整时有足够的空间。同时为便于上模体的安装定位, 我们还在上模体上设计了圆台结构, 如图2所示。

3.2 下模体结构设计

为使工件能很好地放置、入模, 我们在下模体的开口端平面上设计了与其内侧凹槽垂直相交的半圆弧槽, 并在两端安装螺钉, 通过转动螺钉来调节毛坯入模时的位置, 从而保证两个螺杆齐头。

下模体进口圆角半径不能过小, 否则弯矩的力臂减小, 毛坯沿圆角滑进时的阻力增大, 从而增加弯曲力, 并使表面擦伤。因此, 通过查《冲模设计手册》并计算后, 我们将进口圆角半径定为R20 mm。下模体的深度也要适当。若过小, 则工件两端的自由部分太多, 弯曲件回弹大, 不平直, 影响零件质量;若过大, 则会多消耗模具钢材, 且需较长的压力机行程。因此, 我们将下模体的深度设计成与零件同高。但若将下模体的内侧设计成盲孔式会遇到一些问题:1) 其内则底部半圆弧凹槽不易加工;2) 每批毛坯的长度可能会因不同的人员、设备等加工而导致有所不同, 这就使得每次加工需不断修改模具深度以满足要求, 会造成浪费。为此, 我们将下模体设计成通孔式结构 (如图4) , 即将下模体的底部平直段部分单独制作, 让其可在下模体的空腔内作活塞式往复运动, 只要下模体高度足够, 就可不需修模来保证产品所需的高度。

3.3 下托板的结构设计

下托板即上面所讲的下模体底部的平直段部分, 如图5所示。其长、宽以刚好能在下模体空腔内作活塞式运动即可。厚度以达到足够刚性即可, 其上端面同样设计了一个与上、下模体一样的半圆弧凹槽, 以使毛坯不会受压变形, 同样也需横向贯穿整个工作表面。它向下运动时可托着工件成形, 向上运动时, 可将成形后的工件推出下模体。为带动下托板向上运动, 以及托板在工件成形时有一个向上的支承力, 我们在下托板的下端设计了盲孔螺纹孔, 并设计了联接下托板与冲床顶出装置的顶杆。

3.4 顶杆的结构设计

顶杆我们根据以往经验进行设计, 如图6所示。其一端为螺纹杆, 与下托板相连;另一端为光杆, 与冲床顶出装置相连。

3.5 底座的结构设计

为使上、下模体及下托板很好地组成一个整体, 我们按经验设计了底座, 如图7所示。通过底部两侧的内六方螺钉可将下模体与之联接在一起, 并可通过简易的搭铁块将整个弯曲模固定在冲床的工作台上。顶杆在与下托板相连后, 从下模体内腔穿过底座上的孔, 与冲床顶杆装置相连, 如图2所示。这样就使下托板在下模体与底座形成的半封闭空间内运动而不会出轨。

4 工作原理

如图2所示, 将上模体装入冲床的冲头上, 把下模体与底座用内六方螺钉固定在一起, 再将顶杆与托板相连后穿过下模体内空腔, 并穿过底座中心孔与冲床底部的顶出装置相连, 这时下托板能在下模体的空腔中上、下滑动。将上、下模体找正, 使其中的半圆弧凹槽同心后, 将底座固定在冲床的工作台面上。此时, 调节下托板在下模体空腔中的深度, 以保证毛坯能全部入模。

将毛坯放置在下模体开口端平面上的圆弧槽上, 调节两端的螺钉使毛坯轴中心对称线与弯曲模的纵轴线重合。当上模体在冲头的带动下落下与毛坯贴合后, 毛坯在上、下模体的共同作用下发生弯折并沿着上、下模体上的半圆弧凹槽进入到下模体的空腔内, 直至毛坯两端头全部平行进入下模体的空腔内, 此时, 工件的底部平直光杆段也与下托板上的圆弧槽贴合。在上、下模体及下托板的共同挤压下, 毛坯延着半圆弧槽成形为“U”形。同时, 由于上、下模的挤压, 工件的底部平直段光杆部分仍保持平直而不发生弯曲、回弹。然后, 冲头带着上模体上升并离开下模体, 与此同时, 冲床顶出装置带动顶杆推着下托板向上运动, 并将工件向上推出下模体内腔, 这样便完成了一个周期的运动。

5 结语

通过查阅《冲模设计手册》, 我们设计了这套弯曲模, 并生产出了符合图样要求的产品。与以往我们常见的弯曲模不同的是, 该套弯曲模的工作型面是半圆弧形;它所加工的产品毛坯是圆棒料;并且是分体式结构, 通过螺纹副等联接在一起, 便于加工、装卸及修配;下托板可在下模体中做活塞式的往复运动。该套弯曲模的设计为今后采用圆棒料作毛坯或采用不同型材作毛坯来加工弯曲件时设计弯曲模起到了一定的借鉴作用。

参考文献

预制U型渠道的质量控制第8篇

关键词：预制U型渠,水利建设,质量控制

从水力学角度分析, U型渠道的水流断面与传统的矩形或梯形渠道相比, U型渠的水力断面比传统的矩形或梯形渠水力断面更佳, 输水能力更强。在U型渠道施工中, 有预制U型渠道和现浇U型渠道2种, 预制U型渠道与现浇渠道相比, 具有质量易控制、施工进度快、占地少和建成后便于维修等特点, 特别对用水用电困难和场地窄小的施工环境尤为适用。

预制U型渠道建设管理中质量控制主要是对原材料、预制件、渠槽开挖、垫层浇筑、预制件安装、回填、勾缝等方面进行质量控制。

1 原材料检测

U型渠预制件制作的好坏是渠道改造中质量控制的最关键环节, U型渠预制件的质量直接影响整个工程的质量, 影响U型渠预制件质量的因素主要有以下几个方面:

1) 水的检测

采用符合饮用标准的水, 如果在极其缺水的施工环境下, 也可以采用其它水, 如地表水、地下水或其它类型的水, 但必须进行水质化验, 符合《混凝土拌合用水标准》的方可使用。

2) 水泥的检测

应检查水泥的出厂日期, 同时对水泥的强度、细度、安定性和凝结时间进行检测, 水泥的各项指标均达到设计标准的才能用于施工中。

3) 砂石的检测

对砂石中的有害物质和含泥量进行检测, 砂应采用强度较高的机制砂, 石子粒径应在3cm左右为宜, 杜绝为图施工方便就地取材采用不合标准的砂石料的现象发生。

4) 配合比检查

应严格按照设计、实验配合比进行级配, 杜绝未经实验进行级配、配料不计量、拌合时随意加水等现象。

2 U型渠预制件的检测

每批预制U型渠进场, 必须有质量检测部门出具的合格证。预制U型渠的形状、厚度、尺寸应符合设计要求, 其长度误差不得大于5mm, 厚度误差不得大于3mm, 预制U型渠不能出现连续裂痕, 边角破损, 曲面蜂窝麻面多, 变形等现象。

3 渠槽开挖的质量控制

渠槽开挖应进行详细的施工组织设计, 并严格按照设计要求施工。开工前应对渠道中线和高程进行复核, 渠道开挖不规范会导致开挖量和回填量的增加和影响到渠道的输水能力及外观质量。所以在渠槽开挖过程中应针对以下几点进行质量控制:

1) 按照设计要求进行施工放线, 确定渠道中线。放线过程中尽量达到“小弯取直, 大弯随弯”, 杜绝出现为降低施工难度而随意改变设计要求等现象;2) 渠槽开挖前的渠槽清基应清到渠道硬基础部位。清基过程中如发现软基或出现土坑等现象, 应采用大渣回填、夯实, 确保渠基稳定, 渠道清淤不彻底, 会造成渠道在运行过程中出现垮塌、沉陷等现象, 严重影响到渠道的运行;3) 在渠槽开挖过程中, 严格控制开挖断面尺寸及高程, 每20m设计一个高程控制桩, 两高程控制桩之间带控制线, 尽量避免超挖、少挖。

4 垫层浇筑的质量控制

垫层浇筑的质量控制主要是对砼的强度、厚度以及垫层的高程进行控制。垫层浇筑达不到设计强度、厚度均会造成渠道因不能满足设计需求, 而造成渠道基础不稳定, 抗压能力降低, 从而导致渠道出现渗漏、不均匀沉降等现象。

1) 在垫层浇筑过程中, 我们应要求施工单位严格按照设计、实验配合比进行级配, 对浇筑用的砼进行现场取样送检, 保证垫层的强度, 杜绝出现在搅拌过程中随意加水, 加骨料等现象发生;

2) 垫层浇筑的厚度应符合设计要求, 在浇筑过程中, 施工监理或甲方单位技术人员要对施工现场进行检查, 对垫层浇筑进行质量控制;

3) 垫层浇筑过程中同样需要每20m设置一个高程控制桩, 使其达到设计要求。

5 U型渠预制件安装的质量控制

1) 预制U型渠在安装前, 在检查完渠槽开挖成型断面后, 按设计高程安装, 并严格控制渠道线形, 保证渠道线形流畅, 渠道线形直线段必须平直, 弯曲段必须圆滑, 渠道比降应达到设计比降, 这样才能保证建成后的渠道能达到设计流量;2) U型渠预制件入槽后, 按高程控制线校正U型渠一侧的侧面, 并用水平尺横向校正U型渠的正面, 校正好后, 及时用砼对U型渠进行回填, 将U型渠道弧线段回填满并保证回填密实。安装下一块U型渠预制件时, 预制件与预制件间应留置2cm~3cm左右的缝隙, 便于以后设置伸缩缝和勾缝;3) U型渠预制件安装完毕后, 应放水让其自然沉降, 待渠基稳定后, 再对沉降段进行修整, 使其达到设计要求。

6 回填的质量控制

U型渠预制件回填采用砼回填和土石回填方式进行回填。U型渠预制件弧线段应采用砼回填, 弧线段主要是承受水的压力, 回填材料强度密度达不到设计要求, 易造成渠到弧线段被水压断等现象。U型渠预制件直线段采用土石回填并夯实。

7 勾缝及伸缩缝设置的质量控制

1) 勾缝:渠道勾缝是为了让预制件与预制件之间能够更好的衔接在一起, 使其成一个完整的整体, 也是预制U型渠道防渗的一个重要环节。勾缝质量的好与坏直接影响到渠道以后的防渗能力和过水能力。在勾缝时, 首先将预制件与预制件之间的接缝处清理干净, 再采用高标号砂浆进行勾缝, 勾缝时必须填满砂浆, 并保证砂浆的密实度和平整度;

2) 伸缩缝设置:伸缩缝的主要作用是防止渠道因气候变化而产生裂缝。伸缩缝设置应与勾缝同时进行, 每隔5cm~10m应设置一条伸缩缝, 伸缩缝采用的止水材料应位于勾缝砂浆中间, 避免止水材料露在外面。

8 工程的养护

勾缝和压顶处于养护期间应安排专人及时洒水, 使其保持湿润状态, 避免其开裂。

9 结论

在预制U型渠道建设管理中, 只有在提高质量意识, 同时建立健全质量管理制度, 加强项目监管, 严格施工规范程序, 才能有效的控制好预制U型渠道质量, 使建成后的渠道能发挥最大的效益。

参考文献

[1]渠道防渗工程技术规范 (SL2718-2004) .

[2]郑海平, 郑鸿辉, 简洪明.U型渠的施工方法[J].河南水利与南水北调, 2009, 12.

U形波纹管复合载荷与模态分析第9篇

关键词：波纹管,模态分析,固有频率

0 引言

介绍一种U形金属波纹管式弹性体,波纹管整体的轴向刚度对设备系统的动力学性能分析具有重要意义。波纹管式弹性单元体是一种两端封闭的薄壁壳体,采用有限元的数值模型研究波纹管在外载荷作用下的变形规律及固有频率特性,以方便在设计时掌握其弹性特性及动态特性。

1 波纹管几何结构与材料特性

以一种不锈钢1Cr18Ni9Ti波纹管为例( 图1) ,对其进行刚度分析。其材料基本参数见表1; 弹性模量E = 1. 95×105MPa; μ = 0. 29。

2 波纹管有限元前处理

由于波纹管在实际工程中一般用作连接部件,U型波纹管两端与刚性部件连接,常见工况有三种主要连接方式: 1) 两端均自由; 2) 一端固定,另一端自由; 3) 两端均固定。对于大多数波纹管而言,其实际工况是一端固定,另一端放松轴向自由度,主要受轴向压缩、拉伸和扭转三种载荷。本文采用一端固定,另一端自由的边界条件来模拟波纹管的工作状态。

为了缩短计算时间,在导入ANSYS之前时进行适当的数模简化,在三维软件中去除不必要细小结构,现采用SHELL63壳单元[1]来对波纹管进行网格自由划分。划分结果如图2所示。全部单元数为27 769,结点数为14 742。

3 波纹管两种载荷变形计算

可以看出,波纹管在轴向载荷的作用下,没有发生弯曲变形,仅发生轴向压缩,波纹管的前端变形最大,固定端位移最小,最大变形约为2. 34 mm,如图3所示。实际安装中更常见的工况是: 两个被连接部件间出现了一定量错位,以0. 5 mm的径向错开位移,同时结合轴向载荷形成复合载荷,这时波纹管将发现弯曲变形,如图4所示。

观察图5,波纹管在复合载荷的作用下,波纹管的几处波谷的应力较大,且波谷处的应力值大于波峰处的应力值。波纹管最大应力值出现在波纹管的前端面直段处,最大应力值分别为543 MPa。

4 波纹管的模态分析

在模态分析过程中,没有激振力的作用,可得到系统的自由振动方程。在求解结构自由振动的固有频率和振型,忽略结构阻尼较小,对结构的固有频率和振型影响很小。

系统求解无阻尼自由振动的系数行列式为:

式中: ω为系统的固有频率; [K]、[M]分别为系统的刚度、质量矩阵。

系统固有频率和振型的求解问题就是求矩阵特征值和特征向量{ x} 的问题。由于波纹管是轴对称结构,求解式( 1) 时会出现重根现象,所以有些阶次的频率是很接近的,而且振型也相同,但相位不同。表2中列出了前6阶振动频率和对应主振型。

各固有频率对应的振型如图6 ~ 图11所示。

在实际设备中,低阶的固有频率及振型对结构的贡献较大,因此,主要考虑前几阶的振型。如在车辆柔性传动轴装置中使用时,其常用转速一般为2 500 ~ 3 000 r/min之间,即频率在50 Hz左右。本例中波纹管的一阶固有频率为371. 3 Hz,对应的临界转速约为3 545 r/min,高出常用转速近18% ,且波纹管的第1、2阶振型也是其自由端的横向振动,对波纹管的安全性影响不大。注意到第10阶振型是轴向拉伸和扭转的叠加,最易导致其断裂从而使波纹管失效,如图11所示。

5 结语