寒区流冰撞击输水隧洞的数值模拟分析

王 鸿，贡 力，康春涛，杨轶群，王忠慧

(1.兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州730070；2.兰州交通大学 调水工程及输水安全研究所，甘肃 兰州 730070)

1 研究背景

我国西北寒旱地区冬季气温低、冰期长且干旱缺水，为了缓解其干旱缺水的状态，我国先后在该地区投资建设了诸多长距离输调水工程，用于农业灌溉以及人畜饮水等[1-2]。然而由于该地区冬季气候问题，输水隧洞经常受到流冰的撞击作用，长期的碰撞则会造成隧洞衬砌混凝土剥落或其他形式破坏，影响输水隧洞的使用寿命。因此，开展流冰对输水隧洞衬砌碰撞的研究迫在眉睫。

国内外学者在流冰与水工建筑物碰撞仿真模拟方面已取得了许多研究成果，Timco等[3]对冰的物理性质及力学性质进行了研究；单思镝[4]在河冰对桥墩撞击作用的数值模拟方面进行了分析；Rüdiger等[5]研究了在试验过程中所使用冰的材料特性，并提出了考虑模型尺度的冰微观结构和荷载作用下的各种物理效应的数值模型；张宿峰[6]对流冰的强度与厚度等对桥墩产生的等效应力方面进行了研究；Zhang等[7]利用LS-DYNA仿真模拟了流冰与T-rigid框架桥墩碰撞过程；贡力等[8]等在流冰对输水隧洞撞击作用力学特性方面进行了相应的研究与分析；Miryaha等[9]提出一种模拟浮冰对海洋结构影响的方法，讨论了典型的浮冰作用模式和海上结构的压力分布。综上所述，国内外的学者对流冰与桥墩和海上结构撞击研究较多，但针对流冰与寒旱地区引输水隧洞的撞击作用研究较少。……