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截流是标志着水利水电工程进入主体工程施工的重要节点,也是工程建设中至关重要的环节之一,它的成败与否直接影响着工程的工期和造价。戗堤合龙时,如何减少抛投料的损失,增加其有效性,是整个截流过程的核心。在大流量、高落差的立堵截流工程中,钢筋石笼发挥着重要作用。目前对于钢筋石笼的作用机理研究多半还停留在工程经验中,仅有少数人对钢筋石笼的稳定性进行了评价研究,对钢筋石笼的起动分析更是鲜有提及。因此,深入研究钢筋石笼的起动机理具有重要意义。 本文从单个钢筋石笼在水流中的受力分析着手,结合当前研究现状的不足,深入探讨了其起动机理。通过对钢筋石笼单体受力分析,推导出其起动流速公式,着重分析拖曳力系数CD、上举力系数CL的影响因素及其对钢筋石笼起动流速所产生的作用。在深入研究拖曳力系数CD、上举力系数CL所受影响因素的基础上,提出相关模型试验方案。研究了在不同摩擦系数条件下,多种尺寸的正六面体钢筋石笼,条形六面体钢筋石笼,扁形六面体钢筋石笼的起动流速变化规律。同时定量的分析了 CD和 CL与钢筋石笼扁度系数(λ)以及沙粒雷诺数(Re*)的相关关系,即(λ, Re*, CD)与(λ, Re*, CL)的分布云图。经验证表明,论文中钢筋石笼单体起动流速公式的CD、CL取值贴近实际,精度较高。另外,本文中还采用 FLOW-3D软件对正六面体钢筋石笼、条形六面体钢筋石笼、扁形六面体钢筋石笼在起动流速条件下进行三维模拟,研究钢筋石笼周围流速分布、压强分布、紊动能分布等各项水力学指标,并与试验数据作对比分析。 研究表明,同体积的条形六面体钢筋石笼与扁形六面体钢筋石笼稳定性基本相当,且均优于同体积的正六面体钢筋石笼。另外,论文中所推导的钢筋石笼单体起动流速公式具有较高精度,对实际工程具有一定指导作用。