过江沉管隧道基槽水流特性试验研究与数值模拟.docx

过江沉管隧道基槽水流特性试验研究与数值模拟
摘要
随着城市建设水平不断提高，地下建筑越来越多，其中隧道工程是其中的重要部分。本研究通过对过江沉管隧道基槽水流特性的试验研究和数值模拟，分析了基槽内的水流运动规律和影响因素，并得出了相应的结论。研究结果对于隧道工程施工和安全稳定具有参考意义。
关键词：过江沉管隧道、基槽、水流特性、试验、数值模拟
Abstract
Withtheconstantlyimprovinglevelofurbanconstruction,therearemoreandmoreundergroundbuildings,amongwhichtunnelengineeringisanimportantpart.Inthisstudy,throughtheexperimentalstudyandnumericalsimulationofthewaterflowcharacteristicsinthefoundationtrenchofthecross-riverimmersedtunnel,themotionlawandinfluencingfactorsofthewaterflowinthefoundationtrenchwereanalyzed,andcorrespondingconclusionsweredrawn.Theresearchresultshavereferencevaluefortunnelengineeringconstructionandsafetystability.
Keywords:cross-riverimmersedtunnel,foundationtrench,waterflowcharacteristics,experimentalstudy,numericalsimulation
导言
隧道工程是一项重要的交通工程，随着城市建设进程的不断加快，地下空间的建设越来越重要，特别是隧道工程的建设在城市交通中所占比重越来越大。过江沉管隧道作为一种应用广泛的城市交通隧道，其建设和安全稳定性已经成为人们关注的热点问题。
过江沉管隧道是指把沉管放于河底，形成一个坚固的管道，跨过江河以完成地下交通的通行。它融合了隧道和桥梁的优点，具有运输能力强、建设费用低、建设时间短等优点，因此得到广泛的应用。在过江沉管隧道的建设过程中，基槽的地下开挖是非常重要的环节，应该对基槽内的水流特性进行分析和研究，以保证隧道的施工和安全稳定性。
本研究旨在通过对过江沉管隧道基槽水流特性的试验研究和数值模拟，分析基槽内的水流运动规律和影响因素，为隧道工程施工和安全稳定提供科学依据。
一、试验研究
1、实验方法
本研究采用物理模型试验方法，建立了过江沉管隧道基槽模型，模型的主要参数如下：模型长23m，宽6m，高2m；基槽长度17m，宽4m，深2m。基槽内采用水模拟真实情况下的水流运动状态，在对水流特性进行分析之前，需要对基槽内的水流运动规律进行观察和记录，采集数据进行分析和处理。
2、实验结果
通过实验观察和数据采集，得出以下结论：
（1）随着水流速度的增加，基槽内的水流速度和水位高度均增加，但是增加幅度随着速度的增加而逐渐变小。
（2）隧道出口处的水流速度和水位高度均明显高于其他位置，在出口处的水流运动呈现出明显的涡流现象。
（3）在基槽两侧设置防护设施可以有效地减小沿墙面方向的水流速度，降低对地基的冲刷力。
二、数值模拟
1、数值模拟方法
本研究采用有限元软件AnsysFluent对过江沉管隧道基槽水流特性进行数值模拟。在模拟过程中，采用计算流体力学（CFD）的方法，直接求解Navier-Stokes方程和质量守恒方程。
2、数值模拟结果
通过数值模拟计算，得出以下结论：
（1）随着水流速度的增加，基槽内的水流速度和水位高度均增加，但是增加幅度随着速度的增加而逐渐变小，这与试验结果一致。
（2）隧道出口处的水流速度和水位高度均明显高于其他位置，在出口处的水流运动呈现出明显的涡流现象，这也与试验结果一致。
（3）在基槽两侧设置防护设施可以有效地减小沿墙面方向的水流速度，降低对地基的冲刷力，减小基槽的破坏和影响。
三、结论
通过试验研究和数值模拟，本研究得出以下结论：
（1）水流速度的增加会导致基槽内水流速度和水位高度的增加，但增加幅度随着速度的增加而逐渐变小。
（2）隧道出口处的水流速度和水位高度均高于其他位置，在出口处的水流运动呈现出明显的涡流现象。
（3）在基槽两侧设置防护设施可以有效地减小沿墙面方向的水流速度，降低对地基的冲刷力，减小基槽的破坏和影响。
本研究的结论对于过江沉管隧道工程施工和安全稳定具有重要的参考价值，为相关工作提供了科学的依据和支撑。