2023雨水工程論文【五篇】（范文推薦）

在降雨過程中，雨水會逐漸滲透到非飽和土坡中去。由于雨水的入滲，非飽和土坡會在滲流-變形耦合作用下逐漸變形，坡內的吸力、孔隙水壓力和應力分布也會發生相應的變化。在長時間的降雨入滲作用下，由于土體的力學性下面是小編為大家整理的2023雨水工程論文【五篇】（范文推薦）,供大家參考。

雨水工程論文范文第1篇

關鍵詞：非飽和土；
雨水入滲；
滲流-變形耦合分析；
有限元方法

1.引言

在降雨過程中，雨水會逐漸滲透到非飽和土坡中去。由于雨水的入滲，非飽和土坡會在滲流-變形耦合作用下逐漸變形，坡內的吸力、孔隙水壓力和應力分布也會發生相應的變化。在長時間的降雨入滲作用下，由于土體的力學性質的變化和變形的發展，在初始穩定的土坡體內會逐漸形成滑裂面，從而導致滑坡的發生。從而會影響雨水入滲和變形耦合過程，可見有必要研究非飽和土坡在降雨入滲時的滲流-變形耦合過程。

對于降雨入滲時非飽和土坡的變形和破壞過程的研究主要集中于兩個方面[1-3]，一是物理模型實驗研究[4-7]，另一是采用非飽和土固結理論的數值模擬研究[8-11]。陳鐵林等[12]基于雙變量非飽和土固結理論，考慮裂隙的影響，把固體骨架的應力應變特性理想為彈性的，以位移、孔隙水壓力和孔隙氣壓力為變量對一般超固結土邊坡和膨脹土邊坡進行了有限元數值分析；
袁俊平等[13]進行了考慮裂隙非飽和膨脹土邊坡入滲模型與數值模擬，分析了邊坡地形、裂隙位置、裂隙開展深度及滲透特性等對邊坡降雨入滲的影響；
王環玲等[14]對于泄洪霧雨區裂隙巖質邊坡進行了飽和-非飽和滲流場與應力場耦合分析，詳細研究了耦合后邊坡巖體的變形、應力以及塑性區開展?；诜秋柡屯梁喕探Y理論[15]，沈珠江等[16-17]對膨脹土渠道邊坡進行了降雨入滲和變形耦合分析，并與實測對比了孔隙水壓力變化和變形的發展。本文采用非飽和土簡化固結理論和有限元分析方法對降雨入滲時非飽和土坡內的滲流場和應力場的分布和發展過程進行探討。

2.非飽和土固結理論[2-15]

2.1有效應力公式

5.結論

本文采用非飽和土的簡化固結理論，采用彈塑性有限元對非飽和土土樣脫水時的室內試驗進行了模擬，并對一非飽和土坡進行了蒸發后降雨入滲時的滲流-變形耦合過程進行了分析。分析結果表明本文提出的方法可以較好地模擬柱狀Del Monte砂樣的脫水試驗過程中的孔隙水壓力的變化，且可以定量的模擬出非飽和土坡蒸發后入滲過程中位移和孔隙水壓力的分布。

參考文獻

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雨水工程論文范文第2篇

關鍵詞：雨水，雨水利用，初期雨水，人工濕地

1.概述

雨水是自然界水循環系統中的重要環節，對調節、補充地區水資源和改善及保護生態環境起著極為關鍵的作用。在城市范圍內，可有目的地采用各種措施對雨水資源進行保護利用，主要包括收集、儲存和凈化后的直接利用；
利用各種人工或自然水體、池、濕地或低洼地對雨水徑流實施調蓄、凈化和利用，改善城市水環境和生態環境；
通過各種人工和自然滲透設施使雨水滲入地下，補充地下水資源。

從廣義上講，陸地上一切形式的水資源利用都是雨水利用，而我們所說的雨水利用是特指有目的地對降雨資源進行收集、調配和利用等過程。城市雨水利用包括雨水的收集、儲存、控制并高效利用等過程。雨水用途包括：補充地下水、綠化用水、景觀用水、城市雜用（洗車、沖洗道路及建筑物、消防等）、居民雜用、工業用水，深度處理后甚至還可以用作飲用。

由此可見，雨水是一種極有價值的水資源。近年來，一些發達國家城市雨水的資源化和雨水的收集利用技術發展很快。

但是我國在以往的城鎮雨水排水工程中主要以排放為主，基本上沒有考慮雨水的利用。大量雨水通過管道直接排入水體，這對于中國這個世界上嚴重缺水的國家來說是一種極大的資源浪費，同時也造成了初期雨水對水體的污染。

隨著國家的發展、社會的進步和公民素質的逐步提高，環保理念逐步深入人心，政府對環境污染防治的投入也在逐漸的增加。雨水利用技術在我國一些區域逐漸發展起來。目前國內對雨水的利用主要集中在社區、廣場及公共綠地等范圍內，對于城市市政雨水的收集與利用工程在國內還處于起步階段。

2.方案介紹

本文所要論述的雨水利用主要是對市政道路系統徑流的雨水以及各細胞社區棄流或外排雨水（本文將這部分雨水通稱為“市政雨水”）的收集與利用。

需要強調和說明的是，對于市政雨水，無論是否采取收集利用措施，都必須設置完備的市政雨水的收集與排放系統。我們所討論的雨水利用，應該是在避免洪澇災害的發生，保障城市安全的前提下，適當的考慮對市政雨水進行收集與利用。

筆者曾有幸參與了中新天津生態城的市政基礎設施方案設計工作，借此文提出該工程在市政雨水收集利用方面的一些粗淺的思路和設計方案，供廣大排水專業人員批評指正，以起到拋磚引玉的作用。，雨水利用。

2.1市政雨水滲透、滯蓄利用方案

雨水的收集與利用方式呈多樣化，技術經濟分析顯示，雨水滲透、滯蓄方案設計簡單、可操作性強、效果顯著。

通過在機非隔離帶內設置滲透、滯蓄設施對市政雨水進行控制，達到雨水入滲地下和滯留灌溉等利用目的，其工藝流程如下圖。

雨水滲透、滯留工藝流程

本方案成立的前提條件是須在道路兩側設置有隔離帶，且寬度盡量不小于3米。這樣，可將隔離帶設置為雨水滲透、滯蓄溝。在溝內填入工程廢棄的混凝土塊和適量的爐渣等吸附性較強的土石料，其上鋪滲透系數較大的人工拌和土作為植被土，種植適宜在水中生長的水生植物或喬木。在溝內沿途設置雨水收水井，并將收水井井篦高程設置為高于植被土高程且低于路面高程。雨水沿道路徑流至溝內，部分雨水可通過溝內滲透性較好的土質滲透到地下，可以對地下水起到補給作用。另外，具有一定吸附性的土石料可以對雨水中所含的污染物等雜質起到一定的吸附作用。隨著水量的增加，溝內水位升高至雨水收水井井篦的位置時，雨水可溢流到收水井內，通過雨水管道輸送至雨水泵站，經泵站提升后排入人工濕地或其他處理設施。當超過人工濕地接納容量時，可直接將雨水排入附近的水體。

斷面示意圖

該方案的優點是可以在快速有效的對雨水進行收集的同時對雨水具有較好滲透和滯蓄作用。既可以有效的利用雨水對地下水資源進行補給，也可以有效的節省綠化用水量。中小雨時，可通過設置在雨水泵站內的中小雨水泵將雨水排入人工濕地或其他處理設施進行凈化。該方案同時具有很好的景觀效果。

該方案存在以下問題：

①大雨或暴雨時，超過濕地處理容量的雨水無法進入濕地，直接排入天然水體。距離雨水泵站遠點的初期雨水在管道內的流行時間較長，當其到達雨水泵站時，可能濕地的處理容量已經飽和，則這部分初期雨水被直接排入天然水體。雖然考慮大量的中期雨水會將初期雨水的污染物濃度起到稀釋作用，但可能仍然會對天然水體造成一定程度的污染。

②滲透、滯蓄溝內容易淤積初期雨水中的泥沙等污染物。

2.2市政初期雨水分離、處理方案

降雨初期，雨水溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，降落地面后，又由于沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、建筑工地等，使得前期雨水中含有大量的有機物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質。

關于初期雨水中所含污染物及其濃度的統計數據可參見表1、2（由于筆者手頭沒有國內與此相關的統計數據，故參考了美國的一些相關統計數據?？紤]到發展水平、地域環境以及企業和人口素質等因素，筆者認為，國內的相關數據應高于美國）。

表1美國雨水水質統計數據

Tab.1 Rain runoff pollution in USA

雨水工程論文范文第3篇

關鍵詞：斜拉橋；
拉索；
風雨激振

Abstract: from the field observation, wind tunnel test, the theoretical analysis and the CFD simulation four aspects to cable-stayed Bridges of vibration problems and the present study status of generalization and summarized, analyzed the existing research results, the research direction in the future was prospected for relevant researchers reference.

Keywords: cable-stayed bridge; The lasso; Rain excitation

中圖分類號：U448.27文獻標識碼：A 文章編號：

1.引言

斜拉橋是一種由三種基本承載構件，即梁（橋面）、塔和兩端分別錨固在塔和梁上的拉索共同承載的結構體系，以其結構受力性能好、跨越能力強、結構造型多姿多彩、抗震能力強及施工方法成熟等特點，而成為現代橋梁工程中發展最快、最具有競爭力的橋型之一，在橋梁工程中得到了越來越多的應用。進入二十世紀90年代以來，隨著計算機性能的提高、正交異性橋面板制造工藝的成熟以及施工技術的進步，斜拉橋在世界范圍內得到廣泛應用，其跨徑已經進入以前懸索橋適用的特大跨徑范圍。目前，世界約建成300多座斜拉橋，作為斜拉橋建設史上里程碑的日本的多多羅大橋（主跨890米）和法國的諾曼底大橋（主跨856米）首次使斜拉橋進入特大跨度橋梁領域。我國斜拉橋建設起步較晚，但發展迅速，自1977年建成重慶云陽橋（主跨76米）以來，目前已建成各類斜拉橋200余座，包括上海楊浦大橋（主跨602米）、南京長江二橋（主跨628米）、南京長江三橋（主跨648米）、香港昂船洲大橋（主跨1018米）等一批大跨度橋梁；
2008年6月30日，蘇通長江大橋（主跨1088米）正式通車，成為當今世界跨徑最大斜拉橋，使斜拉橋跨度突破千米大關。

由于斜拉索質量、剛度和阻尼都很小，隨著斜拉橋跨度的增大，拉索振動問題的影響日益顯著。在各種振動情況中，風雨激振是拉索風致振動中最強烈的一種，且風雨激振的起振條件容易滿足，振幅極大，對橋梁的危害最為嚴重，因而關于斜拉橋拉索風雨激振的研究得到了國內外學者的廣泛重視。

風雨激振是指干燥氣候下氣動穩定的圓形截面的拉索，在風雨共同作用下，由于水線的出現，改變了拉索的截面形狀，使其在氣流中失去穩定性，由此發生的一種大幅振動。1984年日本學者Hikami和Shiraishi首次在Meikonishi橋上詳細觀察到了拉索的風雨激振現象，直徑140mm的斜拉索在14m/s風速下振幅值達到275mm。1995年，美國的Fred Hartman橋由于斜拉索的風雨振動導致斜拉索的根部索套開裂。中國的楊浦大橋尾索在風雨共同作用下曾發生強烈振動其最大振幅超過1米，在1994年和1995年曾三次因拉索的振動而導致減振器脫落。洞庭湖大橋在2000年建成以來，發生多次較強烈的風雨激振現象。斜拉索發生大幅振動的危害是顯而易見的，會引起拉索的疲勞，在索錨接合處產生疲勞裂紋，破壞索的防腐系統。嚴重的甚至會引起拉索的失效，而任何一根拉索一旦喪失承載能力，都會引起斜拉橋整體內力的重新分布，導致斜拉橋的整體失穩和破壞，造成嚴重的安全事故和巨大的經濟損失。

2.研究現狀

2.1.現場實測

現場觀測是最早用于研究風雨激振的手段。它可以獲得拉索風雨激振最準確的特征，為驗證風洞試驗和理論分析研究結果的真實性、可靠性提供寶貴的資料。

日本學者Hikami等對日本名港西(MeikoNishi)大橋的實測。20世紀80年代，在日本建造名港西大橋的過程中，發現了比較嚴重的風雨激振現象，Hikami等選取了其中24根索進行實測，對該橋進行了為期5個月的現場實測，并總結出了拉索風雨激振的如下特征：拉索僅在下雨情況下才出現大的振幅；
只有傾斜方向與風向同向的拉索才會發生風雨激振；
拉索風雨激振發生在一定風速范圍內；
拉索風雨激振的振動頻率遠小于渦激振動頻率，而振幅則遠大于拉索渦振的振幅；
隨著拉索長度的增加，發生風雨激振的拉索振型從低階到高階變化。風雨激振發生時拉索振型一般為1-4階；
拉索表面會形成水線，水線會隨著拉索的振動而振蕩。

Main和Jone對美國Fred Hartman橋的斜拉索風雨激振情況進行了現場監測。監測結果表明：大部分情況是處于無降雨狀態，斜拉索振動幅值較??；
少部分是在中等降雨情況下，斜拉索可能發生風雨激振，風速范圍在4-14.5m/s之間；
同時也得出一些與其他學者不一樣的特征，在大雨情況下，極少數風速樣本點（小于5m/s）伴隨較大的加速度響應，不僅風向與中等降雨情況發生很大改變，而且其風向離散性非常大，最大差異將近180°。

Zuo等進一步對Fred Hartman橋的其中一根斜拉索的風雨激振進行了現場監測。這根拉索直徑0.194m，長度197.9m，通過現場觀測得到斜拉索在2-6階模態都發生了風雨激振，其中2-4階模態的振動幅值最大，發生風雨激振的風速段主要集中在5-10m/s，同時也觀測到少量10-15m/s發生風雨激振的情況。將風速換成折算風速之后，認為風雨激振是發生在高折算風速的一種渦激振動。

陳政清等于2001年1月至2004年4月對岳陽洞庭湖大橋上進行了連續4年的風雨激振觀測研究。監測結果表明：拉索進入穩定的大幅振動后，其波形猶如甩鞭狀，可以認為至少在拉索中部一個相當大的范圍內每個拉索截面都有幾乎相等的振幅，拉索的這種振動形態很接近馳振的特征；
降雨是拉索發生大幅風雨激振的必要條件，在無雨的條件下，即使是風速達到20m/s，洞庭湖大橋的拉索也幾乎不發生振動，但是風雨激振與降雨強度卻無明顯的相關性，當降雨幾乎停止時，由于拉索上源源不斷有雨水流下，拉索仍在大幅振動，即只要有上水線存在，風雨激振就不會停止；
在有雨條件下，起振風速約在6m/s―8m/s之間，當風速超過14m/s時，就有較強烈的風雨激振現象，在14m/s―20m/s范圍內，振幅隨風速增加而增加；
靠近橋塔的4#、5#索，其傾角已達70度，也會發生明顯的風雨激振。

通過研究國內外專家對風雨激振現場觀測的結果，得出了一些結論：(1) 與拉索振動形態的關系。進入穩定的大幅振動后，其波形猶如甩鞭狀，拉索表面會形成振蕩的水線，表現為低階振型。(2) 與環境參數的關系。風雨激振存在起振振動，只在一定風速范圍內發生；
在無雨情況下，很少觀測到風雨激振，而且雨量為小到中雨情況觀測到風雨激振次數最多。(3) 與拉索本身參數的關系。風雨激振的振幅大小與拉索的表面材料、長度、風偏角和傾斜方向等參數有關。

2.2.風洞試驗

按照水線的模擬方法，研究風雨激振的風洞試驗可分為兩種類型：人工降雨試驗和人工水線試驗。

1. 人工降雨試驗

人工降雨試驗是在風洞內通過人工模擬降雨，提供與實際拉索發生風雨激振相類似的風雨條件，對通過彈簧懸掛在固定支架上的拉索節段模型進行的一種試驗形式。

Hikami與Shiraish在日本名港西大橋發現風雨激振現象后，隨即在風洞試驗中重現了該現象，并在試驗的基礎上初步分析了拉索風雨激振的發生機理，認為拉索風雨激振有兩種可能機理：一種是鄧哈托馳振機理；
另一種是類似裹冰輸電線的彎扭兩自由度馳振機理。

Matsumoto等也進行了一系列的人工降雨試驗，研究了具有一定風向角和傾角的圓柱體在有雨和無雨情況下的氣動特性，試圖解釋拉索風雨激振的機理。

M.Gu等在同濟大學TJ-1風洞實驗室成功地重現了拉索的風雨激振現象，這在國內尚屬首次。通過試驗研究了來流風速、拉索傾角和風向角、拉索振動頻率、結構阻尼等對風雨激振的影響及拉索空間姿態對上水線位置的影響，測量了拉索風雨激振時的氣動阻尼；
另外對螺旋線控制拉索風雨激振的有效性進行了試驗研究。

2. 人工水線試驗

人工水線試驗是在風洞內對帶有人工水線的拉索節段模型進行的一種試驗形式。根據人工水線與拉索的連接形式和試驗的測量內容的不同，人工水線試驗可分為：固定人工水線測振試驗、固定人工水線測力試驗、固定人工水線測壓試驗和運動人工水線測振試驗。

固定人工水線試驗可研究水線在拉索表面的位置、水線形狀和水線大小等參數對拉索風雨激振的影響?？赏ㄟ^測力或表面測壓得到帶人工水線拉索的氣動力與水線位置的相互關系，為進一步的理論分析提供試驗依據。運動人工水線測振試驗可模擬水線在拉索表面的運動，更真實地模擬實際拉索發生風雨激振時的運動現象，用于研究拉索振動和水線運動之間的耦合關系。

Yamaguchi對帶有小圓柱體的大八面體柱體節段進行了一系列測力試驗，試驗得到了在不同d/D比值(這里d為小圓柱的直徑，D為八面體圓柱體的平均直徑)時圓柱體的三分力系數隨風的攻角的變化規律。雖然Yamaguchi的試驗模型與拉索發生風雨激振時的實際情況相差甚遠，但得到的結果卻使得進一步的理論分析成為了可能。

Matsumot對帶人工上水線的圓柱體進行了測振和測壓試驗。研究了紊流度、上水線位置、風速、風攻角等參數對帶人工上水線圓柱體的氣動性能的影響，并測得了強迫振動時帶人工水線拉索表面的壓力分布。Matsumoto認為紊流度的增加可減小發生拉索風雨激振的可能性；
人工上水線在某些位置可劇烈地改變拉索的氣動性能。

同濟大學是國內外較早進行拉索人工水線試驗研究的科研機構之一。劉慈軍等通過一系列固定人工水線測振風洞試驗，研究了水線在拉索風雨激振中的作用，分析了風向角、拉索質量、拉索振動頻率、拉索結構阻尼及St數等參數對拉索風雨激振的影響。彭天波在風洞中采用測力天平測得了帶固定人工水線拉索節段模型在不同風攻角時的氣動力，進而得到了模型的升力阻力系數隨攻角變化的曲線，并對氣動力進行了譜分析。呂強設計了大小不同的兩種形狀的人工水線，通過測力天平得到固定人工水線拉索模型的氣動力隨上水線位置的變化曲線。黃麟在固定人工水線試驗的基礎上設計了運動人工水線的試驗裝置，研究了水線振動與拉索運動之間的耦合關系，分析了風速、水線平衡角和阻尼比等參數對拉索振動的影響，并在頻域上比較了固定水線模型與運動水線模型振動的區別。杜曉慶通過拉索表面測壓試驗，研究了水線位置、風向角、下水線、水線尺寸和風速等參數的影響，并且得到各種參數下上水線表面的風壓分布規律，通過表面壓力的積分得到了帶固定人工水線三維拉索的氣動力和水線上的氣動力。

哈爾濱工業大學的李惠，陳文禮研究了一套實時監測斜拉索風雨激振時其表面水線特征的超聲波測厚系統，進行斜拉索風雨激振風洞試驗，分析不同風速下斜拉索的上水線狀態，研究了上水線幾何特征與斜拉索風雨激振之間的關系，揭示斜拉索風雨激振與上水線振蕩頻率、振動幅值、平衡位置和相位之間的相關性。

通過分析不同研究者人工模擬降雨風洞試驗的成果，可以得到一些共同點：風雨激振風速一般為6-18m/s，雨量一般為小到中雨，通常發生風雨激振的斜拉索是沿風向向下的方向，拉索直徑一般為100-200mm，下水線對風雨激振的影響較??；
斜拉索風雨激振主要發生在面內，也存在一個面外分量，風雨振動的頻率一般為0.6-3.4Hz，在斜拉索表面形成上下兩條水線，沿索表面向下流動，上水線沿斜拉索模型環向振蕩，振蕩頻率等于模型的自振頻率。

拉索風雨激振現象機理非常復雜，受各種因素影響，例如：拉索傾角、來流風速、來流方向、來流紊流度、拉索的振動頻率、拉索阻尼、降雨量、拉索線質量等?，F場實測雖然能獲得拉索風雨激振最真實的特征，但無法對各種影響因素進行參數分析。為系統研究風雨激振的機理，風洞試驗可以重現風雨激振的一些基本特征，還可研究振動控制措施的有效性。

2.3.理論分析

目前關于斜拉索的風雨激振問題形成機理大致可分為如下幾類觀點：

1. 馳振機理

日本的Hikami與Shiraishi1985年在Meiko.Nishi橋最先觀測到風雨激振現象。隨后他們通過一系列的人工降雨風洞實驗再現了這一現象。他們在實驗的基礎上初步分析了風雨振的發生機理，認為風雨激振可能有兩種機理：一種是Den Hartog馳振機理；
另一種是彎扭兩個自由度馳振機理。

2. 上水線振蕩誘發機理

H.Yamaguchi在進行帶固定人工水線拉索三分力實驗基礎上，最早進行了理論分析，對于Hikami提出的兩個可能的機理，Yamaguchi采用準定常馳振方法進行分析，建立拉索和水線兩自由度運動方程。分析認為單自由度Den Hartog馳振理論不能解釋風雨振的形成機理水線是風雨激振不可缺少的條件，當水線的振蕩頻率接近于拉索的自振頻率時，水線與拉索之間的相互作用導致斜拉索產生負阻尼，引發斜拉索發生大幅振動，應該把風雨激振作為一個兩自由度馳振問題來研究，通過分析發現水線的形狀和位置的變化會改變拉索的氣動穩定性。

Xu&Wang,Wang&Xu在Yamaguchi的基礎上提出單自由度分析模型，將氣動力升力表示成拉索豎向運動速度、水線角度和角速度的函數，將拉索速度項移至方程左邊（氣動阻尼項），右邊則剩下水線的運動項，風雨激振變為在水線運動荷載下的受迫振動，但沒有考慮拉索運動對水線的振幅和頻率的影響。對于移動水線情況，由于水線與拉索以及來流之間的相互作用導致氣動阻尼發生交替的變化，從而引發風雨激振。Wilde&Witkowski在Xu&Wang單自由度模型中考慮了水線振蕩幅值隨風速的變化關系。

Peil, U.& Nahrath, N在Yamaguchi兩方程馳振模型的基礎上，建立一個三自由度模型，增加了斜拉索順風向振動進行分析，假設斜拉索受到的氣動力矩全部作用到水線上，并且通過實驗研究了索結構風雨激振，認為上水線的運動是導致風雨振的主要原因。

Seidel等將水線看作是移動干擾，考慮斜拉索表面存在兩條水線，建立了六個耦合方程組，分別表示斜拉索和兩條水線橫風向和順風向運動。由于水線的存在，圓柱表面被分成不同壓強區域（亞臨界和超臨界），通過積分得到氣動升阻力系數，氣動升阻力表示成水線角度的函數。Seidel等指出當風速大于某個限制，流動不存在轉變，這時不會發生風雨激振；
發生風雨激振的速度下限是由風偏角和拉索傾斜角決定的。

3. 上水線特定位置致振機理

Masumoto對帶人工上水線的圓柱進行了測振和測壓實驗。研究了紊流度、上水線位置、風速、風攻角等參數對該模型的氣動性能的影響，并測得強迫振動時帶人工水線拉索表面壓力分布，提出了上水線在某些位置可劇烈改變拉索的氣動性能。

Xu&Wang,Wang&Xu認為對于靜止水線情況，拉索大幅值振動的發生是由于水線處于某些特定位置使得拉索產生負的氣動阻尼造成的。

國內，顧明和杜曉慶建立了三維拉索風雨激振的準二自由度運動方程，氣動力系數根據帶人工水線三維拉索模型試驗得到，分析了水線平衡位置和水線振幅的取值，采用數值求解方法計算了拉索風雨激振振幅。顧明、黃麟、劉慈軍等通過人工水線風洞測振試驗研究，得出了水線特定位置是引起索結構大幅振動的主要因素的結論。

4. 渦激振動機理

Delong Zuo揭示了風雨激振與高風速下干索渦激振動之間的聯系，認為風雨激振的內在機理與渦激振動的相同，與降水無關。由于風偏角和拉索傾角的存在使得這種渦激振動不同于經典卡門渦脫，是一種三維渦激振動。

5. 軸向流與水線間的氣液耦合現象引發振動機理

Masumot提出了軸向流理論，認為拉索上部形成的水線和拉索背風面的軸向流是拉索結構發生振動不穩定的重要因素，軸向渦流與上水線的氣液耦合現象是拉索風雨激振的關鍵所在。

2.4.CFD數值模擬

風工程的研究方法主要有風洞試驗、現場測試、理論分析和數值模擬四種，其中數值模擬是最近30年在前三種方法的基礎上逐步發展起來的，下面的介紹為CFD技術在拉索風雨激振方面的相關研究。

高仕寧選取雷諾應力(RSM)模型，應用CFX軟件分別對位于拉管不同位置的水線和不同尺寸的水線的情況做數值模擬，得出拉管表面壓力分布、升力系數、阻力系數的變化規律，并與前人的試驗數據進行了對比。李壽英和顧明采用CFX軟件對帶固定人工水線斜拉索的繞流進行數值模擬，選取兩種人工水線，計算了傾角為30°、風攻角為35°時帶固定人工水線拉索的阻力系數、升力系數、表面平均壓力系數、固定人工水線上的氣動力等，并與試驗結果進行比較。Rocchi D和Zasso A 選取大渦模擬（LES）模型，使用FLUENT軟件，對固定水線位置的拉索進行了模擬，并得出一些有益的結論。陳文禮和李惠提出物理試驗與CFD數值模擬的混合子結構方法，通過與圓柱渦激振動的流固耦合方法結果進行比較，分析了上水線對繞流場特性的影響，然后采用有限元程序ANSYS和計算流體動力學程序CFX對考慮風速剖面的CFRP斜拉索渦激振動進行流固耦合方法的CFD數值模擬。

3.結語與展望

本文參考各類文獻，對斜拉橋拉索風雨激振問題進行了系統總結, 并對今后的設計研究提出展望?？偨Y如下:

在現場觀測和風洞試驗方面，未來的研究應更加關注水線的形成及其在風雨激振中的作用，精確測量不同拉索運動狀態下的水線形狀和位置，為理論分析和數值模擬提供基礎。

在理論分析方面，雖然國內外很多學者和專家提出了各種理論模型和數值解析方法分析風雨激振發生機理，但是迄今為止還是沒有一種大家公認的對斜拉索風雨激振的發生機理能夠完全解釋清楚的模型，對設計工作也無決定性的指導意義，今后的研究應側重于風雨激振的軸向流、風場與水線間的氣液兩相耦合現象以及風場、水線與拉索間的氣液固三相耦合現象的研究，結合橋梁設計、監測對風雨激振機理進行更加深入和精細化的研究。

目前的CFD數值模擬中主要集中于繞流現象和渦激振動的研究，風雨激振的數值模擬主要針對固定水線位置的分析，以下問題有待進一步解決：(1) CFD中風雨（氣液）兩相流對水線形成過程的研究需要進一步探討；
(2) CFD中風雨條件下與斜拉索的耦合振動（氣液固三相）問題需要進一步闡述；
(3) 風雨激振的軸向流的數值模擬需要進一步實現；
(4) CFD中考慮超長跨斜拉索下垂影響，在風速剖面作用下的風雨激振的現象需要進一步解釋。

參考文獻：

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[4] 陳文禮. 斜拉索風雨激振的試驗研究與數值模擬[D]. 黑龍江：哈爾濱工業大學，2009.

雨水工程論文范文第4篇

關鍵詞：基坑放坡；
護坡；
降雨；
穩定性

一、引言

放坡開挖是基坑支護形式的一種，設計簡單、造價經濟，在天津地區地下建筑工程中得到了廣泛的應用。由于用地范圍的限制，大部分土方開挖放坡角度較大，在地下水作用下極易造成邊坡失穩破壞，目前大多采用放坡作隔水帷幕與坡面護坡配合排降水措施來保證基坑穩定性。邊坡護坡有效的防止了施工期間降雨的入滲，但其需在整個放坡范圍內進行護坡處理且待施工完成后需拆除護坡，提高了工程造價，造成了建材的浪費。本文在飽和-非飽和理論的基礎上，通過工程實例與數值計算，對非護坡處理邊坡在降雨條件下強度安全系數的分析，結合天津地區標準地層特點和季度降雨特征，擬總結出各標準地層各季度基坑放坡施工期間邊坡護坡的必要性，以達到減少工程造價、縮短工期以及節省建材的目的。

關于降雨造成邊坡失穩破壞作用機理的研究從未終止， Iseda和Tanabashi（1986）采用有限元的方法，運用飽和-非飽和滲流理論，對因雨水入滲造成抗剪強度降低的邊坡進行穩定性分析，研究高強度降雨條件下邊坡的破壞機理。Fredlund（1987）等研究了考慮正負孔隙水壓力的邊坡穩定性安全系數計算，結果表明：對于淺層滑坡，負孔隙水壓力在抗剪強度中起了至關重要的作用。陳守義（1997）、吳宏偉（1999）、陳善雄（2001）通過改變入滲邊界條件模擬邊坡內部任意時刻含水率分布以及與其相應的瞬態抗剪強度參數分布。得出降雨歷時、降雨強度、降雨類型以及土坡性質等影響因素斜坡穩定性的作用。

以往的研究結論為研究基坑邊坡穩定性提供了良好的理論基礎，本文基于Geostudio計算平臺，結合葛沽鎮和香河兩地區基坑放坡過程中邊坡穩定或失穩的實例，尋求天津地區地層受降雨時間影響的一般規律，為今后的護坡設計提供參考。

二、天津地區地層特征與降雨特征

1、天津市區工程地質條件

天津市平原地區地貌屬海積～沖積濱海平原，地面大沽高程多在2.5～5.0米之間，西北部地區相對較高，可達5.0～7.0米。地基土層為海陸交互沉積的松散沉積物，可分為人工填土和天然沉積土。

依據《天津市地基土層序劃分技術規程》（DB/T29-191-2009），根據地層沉積年代、成因，在基坑放坡開挖深度范圍之內（一般

以上6種成因類型土中，第①成因標準層在市區范圍內均有分布，主要為雜填土和素填土；
第②成因標準層僅在溝、坑、河道范圍內有分布，分布區域??；
第③成因標準層主要分布于市區西側、西北以及海河兩側的區域，其中③1、③4為粘性土，③3層淤泥質土工程性質較差，③2層粉土易在地震作用下產生液化；
第④成因標準層除西北地區外均有分布，且由西北至東南逐漸變淺，此層上部由有機質黑褐色粘性土覆蓋，俗稱“老地面”，為此層的特征地層，④1層粘性土呈可塑狀態，④2層粉土呈稍密-中密狀態，但分布范圍較小，第④成因土層因為其良較好的工程性質為淺基礎良好的持力層；
第⑤成因標準層主要分布于西北區域，上部⑤1層粘性土呈流塑～可塑狀態，下部⑤2層淤泥質土呈軟塑～流塑狀態；
第⑥成因標準層在市區范圍內均有分布，呈西北薄、東南厚的特點，⑥1、⑥4層粉質粘土呈軟塑～流塑狀態，⑥2層淤泥質土呈流塑狀態，主要分布在市區東南部和南部，為淺基礎的軟弱下臥層。⑥3層粉土呈稍密～中密狀態，分布區域與④2層粉土分布區域相近，均沿東北-西南沿兩條帶狀分布，在地震作用下易產生液化。

根據以上分析，天津市區淺層范圍內地層分布主要有以下三種類型：

2、天津市區降雨氣象條件

天津市區地處暖溫帶半濕潤大陸季風型氣候區，暴雨天氣系統比較簡單，選取耳閘水文站作為市區暴雨分析的代表站，根據耳閘站氣象資料，列舉了不同降雨歷時、不同概率的暴雨強度如表2：

本文主要研究長歷時降雨的影響，根據耳閘站監測資料，可將降雨歷時24小時平均雨強作為設計降雨強度，若以重現期5年為標準，長歷時暴雨強度設計值為5.5mm/h。

暴雨在時間分布上的不均勻性顯著，年內干濕季明顯，暴雨主要集中在每年的6～9月份，其中7～8月更是暴雨易發季節，特別是7月下旬～8月上旬為暴雨集中期。暴雨以突發性降雨為主，但也有穩定的、持續的長期降雨，如2012年7～8月份天津市持續降雨超過50小時，創60年來歷史新高。

三、基坑放坡數值模擬研究

1、模擬參數選取

依據《天津市地基土層序劃分技術規程》（DB/T29-191-2009）以及現場勘察資料，選取廣泛分布土層的與土坡穩定性相關的土性參數，整理如下表3：

2、模型的建立與定解條件

Geostudio軟件SEEP/W程序和SLOPE/W程序可以分別進行邊坡的滲流計算與強度計算，以天津市三種代表地層為基礎，驗算各基坑放坡在降雨條件下的穩定性。進行滲流計算時以飽和-非飽和滲流理論為基礎，引入各類土經驗水土特征曲線，由滲流平衡方程可求解任一時刻的壓力水頭（含水率）分布；
進行強度分析時以滲流分析結果為基礎，以擴展的摩爾-庫倫公式為準則，計算對應時刻邊坡的安全系數。

課題采用5米深兩級放坡基坑模型，地層分布及參數按照表1、表3設定。對于滲透性較低的坡面土，上部邊界采用定流量入滲邊界作為其邊界條件，取值參考土壤的滲透指標；
對于粉土類滲透性較好的坡面土，采用降雨強度值作為其入滲流量。放坡施工前的降水標準一般將水位降低至基坑底面以下1米，可作為數值模擬初始地下水位。模擬降雨時長5day，等分為100個時間段模擬計算。

3、第I類地層土數值模擬結果

第I類土層淺層范圍內各層土性良好，本次模擬過程設計了5米深兩級放坡模型，坡度分別為1：1.2和1：1.5，影響深度內各土層厚度如表4設定，由于各土層入滲能力偏低，進入邊坡內部水分量受剖面控制，與降雨強度無關。本次采用各土層豎直向飽和滲透系數作為定流量邊界設計值。

由圖1～3模擬結果可知，由于地層土滲透性較差，所以長歷時降雨后坡面位置先達到飽和并將飽和區不斷向坡內滲透，屬活塞式推進類型。在40h降雨入滲與地下水位在坑底區域連通，坑底區域漸漸達到飽和，但坑底以上放坡部分土大多處于未飽和狀態。邊坡最?；嫖恢脼樯顚踊瑒?，隨著降雨的進行，坡體的安全系數不斷降低并在50h發生陡降，如圖4所示：

4、第II類地層土數值模擬結果

市區東南部部分區域淺層含有粉土層，粉土層除受到擾動容易產生液化外，其滲透性也較粘性土高，降雨期間雨水更容易入滲。建模過程中此粉土區域降雨入滲流量以降雨強度為準。影響深度范圍內各土層厚度如表5。

由圖5～7模擬結果可見，降雨入滲也遵循著由表及里的活塞式滲透規律，但強透水層的存在使得降雨與地下水位連通時間點提前（約8h），降雨5天后放坡部分飽和區域較第I類大，孔隙水壓力極值點出現在坡腳區域。圖8滑動模擬結果顯示邊坡安全系數陡降時間點提前至10h。

5、第III類地層土數值模擬結果

市區西部和西北部區域部分土層含有淤泥質層，淤泥質層土性強度差，極易發生邊坡失穩，如表6所示。但淤泥質土滲透性質較差，受降雨影響效果偏低。圖9～11是此類土層的數值模擬結果。

6、對比分析降雨影響放坡穩定性效果

如前所述，邊坡安全系數的降低是由邊坡內部孔隙水壓力（含水率）的增大引起的，孔隙水壓力的變化規律將直接影響邊坡的穩定性，圖13～14給出了第II類邊坡不同位置處孔隙水壓力變化情況。

由上圖可見，邊坡不同位置處孔壓變化趨勢有很大的不同：坡面處（點A）孔壓值勻速增大；
斜坡內部（點B）由于無法得到雨水的入滲補充，所以孔隙水壓力值保持不變；
坡腳處（點C）孔壓值不斷增大且在某一時刻陡增，是由于坡腳處降雨入滲浸潤鋒與地下水連通造成的，孔壓值的陡增是邊坡整體安全系數陡降的直接誘因。

不同的邊坡土質其坡面入滲條件以及坡內滲流情況有很大的差異，這勢必會造成地下水與入滲水連通時刻的不統一：對于含粉土層的邊坡，其坡面入滲條件好，雨水更為順暢的入滲使得第II類邊坡較早的發生孔壓劇增；
對于含淤泥層邊坡，由于淤泥層的不透水性，使得雨水排出通道的阻塞從而利于坡內雨水的儲存，亦會在較早時刻實現與地下水位的連通；
對于第I類邊坡，其入滲量小，滲流排出速度快，相較于其他兩類土孔壓變化速率更為緩慢。三類土位置C處孔壓變化曲線如下圖15所示。

由上述分析以及三類土孔壓值、安全系數F值的變化規律可知，含粉土層第II類邊坡極易受降雨影響而發生破壞，第III類次之，第I類最穩定。雨季施工過程中，必須對第II、III類尤其是第III類地層放坡做護坡處理。

四、放坡受降雨影響工程實例

本節內容分別選取了天津津南區與河東區放坡開挖實際工程實例，借以說明粉土層邊坡穩定性對降雨的敏感度以及護坡的重要性。

1、基坑放坡有護坡處理實例

津南區葛沽鎮基坑放坡開挖，本工程大范圍基坑深度不超過5m，分兩級放坡；
第一級坑深2米，坡度系數1.2；
平臺寬2米；
第二級坑深2.85米，坡度系數1.5。場地坑深范圍內分布有淤泥質土層，透水性較差，周邊場地條件較開闊，故采用放坡采用結合大口井外降水方案。根據勘察報告，土層分布情況如表7：

從勘察報告可知，放坡開挖影響地層范圍內包括⑥3粉土層，由數值模擬結論可知含粉土層區域穩定性容易受降雨影響。在放坡設計過程中，如圖8所示，為消除降雨的影響，在放坡部分和基坑底部均有50mm厚的網噴混凝土護坡，此舉大大加強了雨季施工的安全性，施工期間未發生滲水、失穩等突發狀況。下圖16為現場邊坡護坡處理施工效果圖。

2、未網噴混凝土坡腳侵蝕實例

河北區香蘭嘉園項目基坑支護設計，基坑開挖7.5米，分兩級開挖，第一級坡高3.75米，坡度系數1.0；
平臺寬2.0米；
第二級坡高3.75米，坡度系數1.0；
修建區域穿越東南區粉土層帶，開挖深度范圍內含④2、⑥3粉土層且厚度較大，各土層厚度分布如下表8所示：

此工程坡度系數大，且在4.4～9.4米深度范圍內含有很厚的粉土層，遇到降雨情況極易發生強度陡降甚至發生破壞。本工程放坡部分夏季施工期間沒有采用護坡處理，施工時遇到降雨，由于雨水的坡面沖刷與坡內滲透作用，部分坡面坡腳被侵蝕嚴重，嚴重影響了邊坡的穩定性，如圖17所示，施工期間采用了應急處理才防止了事故的發生。為防止類似事件，對含粉土層較厚的邊坡必須做護坡處理。

四、結論與建議

1、天津市區范圍內淺層土層可分為三種基本類型：市區東南部第I類土淺層土土性良好，以微透水或不透水的粉質黏土層為主；
市區東南部地區含有兩條粉土層帶，此區域第II類淺層土土以粉質粘土與粉土互層為特征；
市區西北部以及天津濱海區第III類土成因與東南部區域大相徑庭，古河道堆積普遍，淺層含有淤泥層，基坑開挖安全系數極低。天津市區降雨主要集中在6～9月，常見持續24小時以上降雨強度約5.5mm/h。

2、通過數值模擬結果可知，邊坡在降雨過程中坡面不同位置處孔隙水壓力變化呈現不同的特征，坡腳及坑底處孔壓值由于入滲雨水與坑底地下水的連通會出現陡增時刻，造成邊坡整體安全系數急劇降低。模擬結果顯示三類土安全系數陡降時間點并不統一：第I類土在50h左右，第III類土在20h左右，第II類土在8h左右。

3、由模擬結果可知，降雨發生后坡腳部分與基坑底部首先連通而達到飽和，飽和區域土體易收到擾動而發生破壞，因此放坡后可在坡腳部分設置抗滑結構或內部排水設備。對于第II、III類土坡必須進行護坡處理。

4、本文主要討論了降雨歷時對放坡的影響，但不能忽視高雨強、短歷時暴雨的作用，此類降雨會造成坡面沖刷嚴重從而改變坡面滲透性與結構性，造成雨水入滲的增大或直接破壞坡面結構，工程中應采用適當的水土保持措施。

參考文獻

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[9] DB29-191-2009《天津市地基土層序劃分技術規程》

作者簡介：

劉秀鳳，女，天津市勘察院巖土設計公司中級工程師，職務：公司總工。

雨水工程論文范文第5篇

關鍵詞：建筑；
施工；
質量；
控制；
雨季；
混凝土

中圖分類號：
O213.1 文獻標識碼：
A 文章編號：

雨季到來的時候給建筑施工帶來了不少麻煩，其中對混凝土澆筑產生的影響尤為明顯，建筑方面的專家通過研究得出了一些解決方案，使工程質量得到了有效的保證。夏季來臨，氣溫升高，混凝土的入模溫度不再是控制重點(大體積混凝土除外)，但隨著降雨的頻繁發生和降雨量的增大，混凝土的生產和澆筑過程的難度增大。稍不注意便容易引起混凝土工程的質量和外觀方面的問題。下面結合在實際工作中的經驗對此略作探討。

1 降雨對混凝土澆筑生產過程的影響

一般的商品混凝土公司的骨料多數露天存放，降雨常使露天堆放的骨料含水量大增。特別是砂子，變化最多。若仍沿用原混凝土配合比，計量稱重下料時可能出現砂率變小、水灰比增大等混凝土配合比紊亂現象，這將導致混凝土出現離析、泌水、強度下降和強度數值離散變大的不良后果發生。針對上述特點，及時地根據骨料的含水量，隨時調整砂率和用水量便成為解決這一問題的有效措施。雖然有的混凝土生產設備擁有自動的骨料含水測試功能，但由于降雨的過程并不穩定，也常常讓設備自動調整的反應變慢(主要是傳感器被泥沙包裹所致)，因此，降雨時人工目測混凝土的狀態，并隨時人為進行混凝土生產配合比的調整便是最為簡潔有效的過程質量控制手段。

2 降雨對混凝土澆筑產生的影響

混凝土表面水泥漿流失，雨中澆筑混凝土，混凝土在運輸和振搗時由于雨水流人，使水泥漿隨雨水流失，骨料，產生混凝土離折；
且振搗后的混凝土，迎雨面的水泥漿破沖刷流失；
前者可能引起孔洞，后者可能出現麻面。由此，經常發生的問題如下：

2.1 滯留雨水未排盡，混凝土產生孔洞、露筋?；炷翝仓F場如果排水不暢，一些低洼處的模板可能積水，導致混凝土產生孔洞、露筋等，例如底層電梯基坑、集水井、核心筒剪力墻根部等。

2.2 雨中操作困難，降雨過程中，露天作業的工人雨水淋身，視線不清。腳底滑溜。容易發生高處墜落事故，平時的要求難以執行，混凝土不密實。影響混凝土強度、抗滲性和耐久性。

3 針對雨季混凝土施工特點制定施工質量控制措施

3.1事前計劃

3.1.1進度安排。在總施工進度計劃上，應注意安排基礎分部工程在雨期來臨之前完成。以防止出現雨期在基坑內施工，及早消除基坑邊坡淋雨滑坡的可能。在主體混凝土工程進入雨期時。應密切注意天氣預報。根據氣象臺預報安排近期工作，做到有中雨、大雨不安排混凝土澆筑。

3.1.2物資準備。多雨季節應將防雨用品運到混凝土澆筑現場，雨衣、雨鞋發給工人，機械設備進行防雨遮蓋，同時派專人進行檢查。

3.1.3技術措施。技術人員應編制雨期混凝土澆筑措施，對施工操作人員進行詳細交底，并監督其認真貫徹執行。

3.2 事中控制?；炷翝仓^程中，管理人員應跟班旁站。當有雨來臨時。應對以下內容進行檢查。

3.2.1 現場是否備有充足的防雨布。已澆筑好的混凝土混凝土表面是否已及時覆蓋。

3.2.2 雨量過大應立即停止混凝土施工，大雨持續時間如果過長，應做好施工縫處理。

3.2.3 雨量如果不大，可繼續施工，要求攪拌站降低混凝土拌和物的坍落度，并延長每罐的攪拌時間，一般每罐混凝土可延長 30s?；炷翝仓r，每次的澆筑寬度不宜超過 1.5m ，同時增加振搗次數。

3.2.4 定時定量測定混凝土拌和物的坍落度和砂子的含水率，及時調整配合比。運用動態控制方法，對雨中澆筑混凝土。要求試驗員定時定量測定混凝土拌和物坍落度和砂子的含水率。攪拌站根據新的砂子含水率，調整原配合比中砂子的重量和水的用量，并調整混凝土拌和物坍落度。

3.3 事后處理

3.3.1 檢查已澆筑的混凝土，看混凝土表面有無雨水沖刷跑漿現象。

3.3.2 模板拆除后，檢查有無麻面、孔洞、露筋等，如果有應查找原因，及時提出處理方案。

3.3.3 做好記錄，對出現的問題逐一匯總研究，總結經驗，杜絕再次出現。

4 雨季施工措施

4.1 根據規劃好的施工現場總平面布置圖完善排水設施，主要施工通道邊側的排水溝應暢通。

4.2 保證場內交通道路的完好，設專人負責排除道邊及路口積水，保證雨后能及時排除場地內積水，暫無條件硬化的區段，用碎石碾壓平實。在場地周圍設置必要的截水溝、排水溝，盡量用原有的排水系統，并進行必要的整修、疏導，做到場地排水暢通。

4.3基坑邊緣做好圍堰，防止地表水流入基坑。在基坑周邊設排水溝及若干集水坑，再用潛水泵抽到城市排水系統。潛水泵、排水管及電線要備足，同時安排好值班人員。對基坑邊坡采取彩條布覆蓋，防止雨水沖刷，造成坍方，必要時打鋼管支撐進行支護。

4.4基坑邊的回填用土要用彩條布覆蓋，防止下雨時淋濕，影響回填工作?；靥钔梁看髸r及時晾曬，雨天過后，回填土表面稀泥部分鏟除重新回填。

4.5鋼筋作業要搭設防雨棚，焊接接頭未冷卻之前，嚴禁雨水沖刷，避免發生脆斷。在大、中雨天時，嚴禁進行焊接施工，在細雨天時，焊接施工現場要搭設簡易雨棚遮避防護。

4.6 所有原材料，特別是鋼材、水泥和機械設備，都要有防雨措施，水泥存放要在有防潮的庫房內，以免影響工程質量和造成不應有的損失。鋼筋堆放要采取措施，防止泥漿污染。

結束語

隨著我國經濟的發展，建筑行業已經發展到了鼎盛時期，各地的房地產開發和公共設施的修建都在如火如荼的進行著，先進的科學技術的應用使建筑行業的一些困難得以解決。當前全球變暖，氣候災害經常發生，經常出現大雨連續侵襲數日的現象，特別是在我國南方，雨季到來的時候給建筑施工帶來了不少麻煩，其中對混凝土澆筑產生的影響尤為明顯，建筑方面的專家通過研究得出了一些解決方案，使工程質量得到了有效的保證。隨著社會的發展，建筑施工過程中的分工越來越細，從事各階段工作的人員的專業化程度越來越高，但是這種分工容易造成一些認識的樊籬，反而對工程整體質量控制無益。因此，打破行業的樊籬，以保證工程的整體質量為根本目的．混凝土生產企業和混凝土使用企業要加強溝通，在平等互利的基礎上共同完成混凝土工程的質量控制。

參考文獻

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