随着国内兴起大型水库的建设浪潮,水力发电不仅为社会创造出巨大的经济价值,也充分满足了社会需求。但同时大量的水利工程使原有河道以及下游河道的环境因素随之改变。修建水库易发生水温分层,而其中水温分层会直接导致库区内的水质分层和生态分层。从而导致一系列的生态环境恶化和社会问题。本文针对改善下泄水温的挡水帷幕结构开展系统深入研究。主要内容和成果如下:(1)深水水库隔水帷幕结构调研研究。针对市场上常用各种类的绳索,如尼龙、大力马、涤纶、丙纶等,做了市场调研并进行一个初期筛选分析,分别就不同绳索张拉强度、延展性、密度等物理参数进行综合分析比较,从而选定合适隔水帷幕筋骨材料。同样对另一种主要材料幕布进行特性分析,幕布常用高强材料PP系列高韧聚丙烯有纺土工布和PET系列高韧聚酯加筋土工布初期分析对比。(2)隔水帷幕结构材料力学试验研究。对深水水库隔水帷幕的主要材料绳索和幕布进行拉伸试验。试验的绳索和幕布分别采用高强度聚乙烯纤维材料迪尼玛绳和高韧聚丙烯有纺土工布。试验分别对不同直径的迪尼玛绳和考虑土工布种类、拉伸方式等因素的有纺土工布进行拉伸直至拉断的全过程试验,确定了各工况下材料的弹性模量、最大破断力等力学参数,得到了材料的应力应变关系曲线。不仅为隔水帷幕施工选材提供了参考依据,也为后章节的三维数值建模提供了数据支持。(3)隔水帷幕结构流固耦合三维数值模拟研究。基于三维数值模拟软件Ansys建立了以空间铰接2节点杆离散单元LINKl0索和平面应力单元SHELL181膜体的隔水帷幕索膜结构,假定索膜之间没有相对滑动。采用小弹性模量法进行隔水帷幕初始找形。随后利用Ansys的综合工作平台workbench,根据大型水库实测水流数据在CFX中建立流体域模型并设定流体域的相关参数,进行流固耦合计算分析。采用三维数值模拟分析了隔水帷幕结构主要材料特性和水库水流特性对结构的受力影响。论文研究成果为改善水温的隔水帷幕的设计、施工和运行维护提供了技术保障,推动了水温治理隔水帷幕的推广和应用。