堤防溃口冲刷试验中三维激光扫描技术的应用

采用非接触式数据获取方法,利用三维激光扫描仪对堤防溃口土体进行扫描,然后结合ArcGIS进行逆向建模,得出堤防溃口冲刷模型剖面图及时段冲刷量,并与实测冲刷量进行了对比.结果表明:①采用三维激光扫描技术能够方便快捷地获取堤防冲刷模型表面的点云数据,并可准确地在计算机中建立起以点云为基础的数字化冲刷过程模型；②三维激光扫描...     

堤防工程失事概率分析方法及溃决模式研究

根据从控制洪水向洪水管理转变的技术要求,简述了在洪水风险分析中开展堤防工程失事概率分析和溃决模式研究的必要性。讨论了堤防漫顶概率、溃堤概率和堤防溃口发展过程模型等方面的一些分析方法、经验关系和经验数据。建议尽快出台适合我国国情的堤防工程安全管理技术导则,提出实用的堤防工程可靠性计算方法,开发堤防溃决过程模型。     

堤防弯道决口逐渐溃决三维数值模拟

针对堤防弯道溃决溃口全过程扩展规律及溃口水流水力学特性难以获取的问题,基于FLOW-3D软件,采用RNG k-ε湍流模型和泥沙模型,建立堤防弯道逐渐决口三维数值模型,模拟水槽内弯道的溃决过程,室内试验验证了所建立的逐渐溃决模型具有较好的精度与可靠性,并对某实际堤防弯道决口进行数值模拟计算。结果显示：位于诱导溃口的背水坡侧最先溃决,溃口呈V形向临水坡堤脚线发展,且每当溃口发展到地基后,溃口呈倒梯形横向展宽;在垂直溃决水流方向,溃口处的水深在溃口处呈两侧高、中部略低的波浪形,溃口处的流速中部快两侧慢,在平行溃决水流方向,水深沿溃决水流方向逐渐降低,水面线随时间逐渐平缓;流速变化规律为溃口下游50～100 m范围流速最大,最大流速的出现位置随着溃决时间沿水流方向推移。     

考虑溃口展宽的溃堤水流泥沙数值模拟

该文在已有平面二维非恒定、非均匀沙不平衡悬移质泥沙数学模型模拟溃堤变化过程的基础上,考虑了溃口横向展宽和崩塌过程的模拟,对堤防溃口稳定性进行分析时,借鉴了Darby提出的分析黏性土河岸稳定性的方法,建立了一种能够模拟堤防溃口展宽和刷深的混合数学模型。通过对概化地形的计算,结果表明该模型能较好地模拟堤防溃口展宽、崩塌、刷深以及溃口附近冲刷坑的发展变化过程,为溃堤后堵口方案的制定提供技术支持。     

机载激光雷达在堤防隐患巡查试验中的应用

水利堤防工程是江河和湖泊用以管护水域、防洪度汛的建筑设施,直接关系到国民的生命和财产安全,其重要性不言而喻,因此及时发现堤防隐患,保障堤防安全具有重大意义。机载激光雷达用于巡查堤防隐患时是无接触式的,相比传统方法而言,在灵活性、时效性、及环境适应性等方面具有显著的优势。文章主要介绍了利用无人机机载激光雷达对人工模拟的堤防隐患进行巡查的试验过程,以及取得的良好应用效果。通过试验积累了一定的经验,希望为水利堤防安全管理部门或者相关科研单位在堤防隐患巡查课题的开展方面提供参考。     

多溃口河网耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用

基于珠江三角洲流域堤防在大洪水情况下多处溃决的特点,以一维、二维非恒定流控制方程作为理论基础,建立珠江三角洲流域多溃口一二维耦合河网模型,在耦合位置采用堰流公式实现河网和保护区内水流的实时交互。模型采用堤防渐变展宽的溃决方式进行溃口参数设置,采用地形局部修正的方法处理保护区内道路和桥涵的导阻水作用,采用糙率分区和对村庄等密集区域局部加大糙率的方法进行地形的优化处理,采用"干湿判别"理论对动边界进行优化。将优化后的模型用于江新联围防洪保护区多溃口洪水耦合计算,对比分析了单一溃口洪水与多溃口洪水淹没结果,研究成果对珠江三角洲流域及其他类似区域的多溃口溃堤洪水风险评价具有重要参考价值。     

黑龙江干流同抚大堤八岔段溃堤情况及原因分析

2013年8月23日,黑龙江干流同抚大堤八岔段溃决,导致下游约100万亩耕地被淹,损失严重。通过现场调研,对八岔乡段堤防溃口过程、水位、溃口宽度、淹没范围、溃口堤防断面等资料进行收集,初步分析得出发生超历史洪水、堤身及堤基土质差且存在薄弱环节、堤身表面受涌浪和雨水直接冲刷、决口处所处位置是同江大堤八岔段堤防溃口的主要原因。     

防洪保护区洪水风险图编制中堤防溃口设置方案探讨

防洪保护区堤防溃口设置方案是开展洪水风险图编制工作的重要依据条件。为提高洪水风险图编制成果质量,对洪水风险图编制过程中河道险工险段、砂基砂堤、穿堤建筑物、堤防溃决后洪灾损失、河道洪水流量、流速变化等因素对溃口设置方案的影响进行分析,并提出防洪保护区洪水风险图编制的堤防溃口位置选择、溃口宽度、溃决形式分析的确定方法。     

堤防溃口水流特性与封堵技术研究进展

堤防溃决洪水可能造成巨大的经济损失甚至人员伤亡,及时封堵溃口是减轻损失的必要措施。溃口封堵效率的提升既有赖于封堵技术的创新,又以对溃口水流特性的深入认识为前提。回顾了近年来主要通过物理模型实验取得的溃口演进过程和水力特征的研究成果,总结了溃口封堵工程实践中主要采用的封堵材料及其计算方法与适用条件、堵口方法及其配套构件与施工装备,追踪了溃口封堵技术的新发展趋势。在梳理已有进展的基础上,提出应加强溃口水流特性实验研究,注重溃口参数便携式测量技术和自动化、快速堵口装备研发。     

防洪保护区溃堤洪水模拟分析

为降低堤防溃决造成的重大生命财产损失,基于MIKE软件建立东鱼河南片(苏)防洪保护区一、二维水动力耦合模型,沿复新河堤防设置溃口1和溃口2,模拟复新河遭遇20 a一遇和50 a一遇洪水以及同频率暴雨下单个溃口的溃堤洪水在防洪保护区内的演进。对溃口流量过程、洪水演进图、最大淹没水深图进行分析,结果表明:随着溃堤洪水量级增大,淹没程度提高;同频率来水条件下,位于地势较低处的溃口1产生洪水的风险更大,是防洪的重点。     

实时动态耦合模型及其在洪水风险图中的应用

将水力学的一维模型和二维模型实时动态耦合,可以解决溃堤、漫堤等洪水演进问题. 但传统的一维和 二维洪水演进模型通常是独立的模块,且模拟计算所花时间较长,结果也不够准确. 把独立的一维和二维模型 通过时间同步和空间耦合节点的对应关系,建立了一、二维实时动态耦合模型. 利用干水深和湿水深理论,改进 了传统的洪水演进模型. 采用该模型模拟了谷堆圩蓄滞洪区的溃堤洪水演进情况,通过历史洪水对模型进行了 验证,基于模拟结果绘制了规范的洪水风险图. 结果表明:一、二维水动力实时动态耦合模型在模拟溃堤洪水 时,模拟计算结果较传统的方法更为合理,且花费时间更少.     

堤防溃决的流动分析及冲刷坑计算

以平面二维浅水方程和不平衡输沙理论作为建模基础 ,采用高分辨率有限元格式捕捉溃坝涌波的传播 ,建立了堤坝瞬间溃决后水流运动和河床冲刷的二维数学模型。计算了不同溃口宽度、不同流量和不同粒径土体组成条件下的堤坝瞬时溃决的水流演进和冲坑发展 ,为钢木土石组合坝的结构受力及稳定性分析提供水动力学条件。     

淮河方邱湖大堤地质勘察与空间结构分析

利用RI型静力触探设备,对淮河方邱湖段堤防进行了地质勘察工作,收集了堤防各土层大量物理与力学指标,并通过钻孔取土室内试验与常规静力触探对测试数据进行了对比验证。在地质勘察分层的基础上,利用地质统计学理论,对锥尖阻力、摩阻比、干密度、孔隙比四参数进行了空间结构分析,发现球形模型可较好模拟堤身、堤基土层参数空间变异性,土层顺堤轴线方向变程在30～50m之间,深度方向变程在0.2～0.8m之间。物理指标变程稍小于强度指标,与多数文献提供的变程范围一致,该分析结果为进一步的土工参数克立格估值与条件模拟提供了基础数据。     

水力插板技术在透水丁坝中的应用研究及展望

水力插板技术经过20多年的发展,已在多种工程领域中广泛应用,效果显著。与此同时,水力插板专用施工设备机械和水力插板工程试验研究也已经十分成熟。水力插板透水丁坝是将水力插板技术与传统透水丁坝相结合的新型水工建筑物,在实际工程中还未使用,而对于水力插板透水丁坝的研究也才刚刚起步。详细介绍了水力插板技术的研究现状,总结了水力插板透水丁坝的研究现状,提出了水力插板透水丁坝未来的研究方向,并对每个方向进行了详细的解释和说明,为水力插板透水丁坝用于工程实践提供理论基础。     

基于YOLO模型的堤坝管涌监测智能识别方法

针对堤坝管涌现象的监测识别问题,提出一种基于YOLO模型的堤坝管涌识别方法。该方法通过引入改进的残差块及替换模型的激活函数来提升YOLO v3模型的网络性能,构建了基于堤坝管涌感兴趣区域提取的Piping YOLO模型来提取管涌感兴趣区域,并采用二维主成分分析方法提取管涌现象的特征,将其作为多权值神经网络的输入,经训练后实现管涌状态的分类识别。基于自主搭建的管涌渗漏试验平台建立了数据集并进行了试验验证,结果表明,提出的方法能有效识别堤坝管涌现象,在堤坝管涌无人巡检领域具有一定的应用前景。     

二元堤基结构堤防管涌机理模型试验

为了科学解释二元堤基结构堤防管涌致灾机制并揭示其形成、演化过程和致溃规律,在考虑堤基强、弱透水层之间壤土过渡层作用的基础上,通过室内模型试验完整地模拟了二元堤基管涌从单个泡泉发展至管涌群并最终造成堤基塌陷溃决的全过程。试验结果表明:上部黏土及壤土层在渗流的顶托作用下向上隆起并在堤基内部产生层间水平渗漏通道,导致发生潜层砂沸,最终向上发展为表面砂沸的渗透破坏；二元堤基结构管涌发展可分为裂缝发展、潜层破坏、上覆层破坏、管涌通道上溯、堤基破坏和堤基溃决6个发展阶段；表面砂沸由潜层砂沸发展而来,潜层砂沸是由于土层内竖向坡降所引起的渗流力大于上部土体浮容重时造成的土层结构破坏所致,临界竖向坡降处于0.9~1之间；壤土层的存在会加快堤后自由边界区域管涌群的发展速度,但可以延缓管涌通道的上溯,对堤基具有保护作用。     

溃堤山洪淹没风险评估水动力耦合模型及应用

建立山洪沟道溃堤洪水演进一、二维水动力耦合数值模拟模型,分析评估溃堤山洪淹没风险。针对阻水道路和灌渠渠堤等特殊边界,将其概化处理为宽顶堰并利用非结构化网格加密剖分技术耦联特殊边界,同时采用干湿水深理论提高模型计算效率,使溃堤山洪耦合模型能够准确反映计算区真实地形以及水流的动态演进过程。将模型应用于宁夏大武口沟城区段100年一遇溃堤山洪演进计算,模拟了沟道与溃口分流洪水运动以及两者动态交互传递过程,并分析了洪水淹没风险分布特征及影响情况,研究成果可为山洪沟道溃堤洪水风险评价及防洪规划等提供技术支持。     

淮河方邱湖大堤地质勘察与空间结构分析

利用RI型静力触探设备,对淮河方邱湖段堤防进行了地质勘察,提出了堤防各土层大量物理与力学指标,并通过钻孔取土室内试验与常规静力触探对测试数据进行了对比验证。在地质勘察分层的基础上,利用地质统计学理论,对锥尖阻力、摩阻比、干密度、孔隙比4参数进行了空间结构分析,发现球形模型可较好模拟堤身、堤基土层参数空间变异性,土层顺堤轴线方向变程在30～50m之间,深度方向变程在0.2～0.8m之间。物理指标变程略小于强度指标,与多数文献提供的变程范围一致,该分析结果为进一步的土工参数估值与模拟提供了基础依据。     

Appropriate CFD Models for Simulating Flow around Spur Dike Group along Urban Riverways

The flow field around spur dike group is complex, noticeable, and widely encountered in the improving progress of urban riverways and coastlines. Detailed investigation on such flow phenomenon is necessary and of applied significance. In contrast to experimental study and field survey, the numerical simulation can provide much more details with relative low cost. Aiming to identify the appropriate Computational Fluid Dynamics (CFD) models for simulating flow around spur dike group, the flow fields around non-submerged and submerged spur dike groups, including eight spur dikes in staggered arrangement, were numerically investigated in this paper with selected CFD models and validated based on corresponding flume test, i.e., two sets of laboratory experiments and observed data collected. The numerical simulations were carried out using Finite Volume Method (FVM) and three turbulence models, i.e., standard k-ε model, Reynolds Stress Model (RSM) and Large Eddy Simulation (LES) model. In each model, the free surface boundary was implemented respectively via two approaches, i.e., rigid-lid assumption (RLA) and volume of fluid (VOF) method. The comparisons between the CFD outputs and the observed data from flume experiments show that all three turbulence models are capable to simulate the three-dimensional flow around spur dike group to certain degree. It is noticed that, with comprehensive understanding of simulation accuracy and computational time, aiming to rapidly capture the field characteristics of main flow for non-submerged spur dike group, the standard k-ε model under RLA method is recommended, while to achieve the fine simulation of spur dike field especially in backflow zone, LES model under VOF method is appropriate. For submerged spur dike group, comparing to simulation accuracy, simulation cost is not a major factor concerned and LES model based on VOF method is the most suitable one due to the overflow effect of spur dike crest and the backwater effect of spur dike body.     

影响软基础海堤外坡综合坡比因素的探讨

为优化海堤断面结构,对软基础上海堤断面外坡综合坡比进行了深入研究。依据海堤规范中的总应力法,通过适当简化模型,推导了海堤外坡综合坡比与海堤高、淤泥抗剪强度指标之间的函数关系。对典型工程海堤断面及相应淤泥层地质参数影响进行了分析,得出了海堤高度、淤泥抗剪强度指标对海堤外坡综合坡比的影响曲线,认为内摩擦角对海堤外坡综合坡比的影响比凝聚力及堤高的影响更敏感。经工程实例检验,得出本文公式计算结果与实际工程相关数据基本吻合,从而证明了所提方法的有效性。