高坝挑射水流对岩石河床冲刷的研究综述

高拱坝大流量坝身泄洪几乎全部采用挑流消能方式，为此分析了国内外关于挑射水流对岩石河床冲刷的各种理论，并对高拱坝挑流消能冲坑深度预测、基岩冲刷的模拟方法、岩石冲刷破坏机理研究等问题进行了综述。同时提出岩石河床冲刷研究的关键课题。     

莲花台水电站宽尾墩联合消能工的应用研究

针对莲花台水电站泄洪建筑物泄量大、单宽流量大、河床易冲刷的特点,通过模型试验对原设计的挑流消能方案和Y型宽尾墩+戽式消力池联合消能工方案进行了对比研究.试验结果表明,联合消能工方案在典型工况下消能充分,下游河床及电站尾水护坦末端冲刷大为减轻,出池水流衔接平顺,下游河道流态明显改善.该研究成果对类似工程有借鉴意义.     

高坝二级挑流消能研究

为研究高坝挑流消能的效果,结合四川省某水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,对在较高水头、较大流量工况下的溢洪道挑流消能形式进行优化研究。结果表明:通过将一级挑流改成二级挑流,即一级挑射水舌在各种工况下都挑落在平台上,水流通过平台形成二次挑流均匀挑入下游河道,可以有效分散消能,降低挑射水舌的高度,减小河床冲刷。采用二级挑流消能形式,有效地改善了原方案一级挑流消能引起的产生较大冲刷与雾化现象。     

一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究

为了解决大石涧水库碾压混凝土重力坝消能区河床集中冲刷问题,结合连续式和差动式挑流鼻坎体形的优点研究提出了一种新型舌瓣型鼻坎消能工,采用物理模型试验和基于Flow-3D的数值模拟研究方法对该新型挑流鼻坎进行了设计方案优化。研究结果表明:该新型消能工可使水流纵向展开、横向扩散,水舌在空中能够充分掺气碰撞消耗其能量,避免水舌集中冲刷河床;可通过调整舌瓣半径改变水流流态及其出流落点,使该新型消能工达到较好的消能防冲效果。     

白虎潭水库溢流坝泄洪消能方式研究

白虎潭水库溢流坝采用挑流消能,溢流堰面采用WES堰型.原挑流鼻坎采用常规等宽鼻坎,挑流水舌入水宽度大于下游河床宽度,水流落入下游河道后,落水集中,造成下游河床及岸边冲刷严重.经水工模型试验研究,推荐的台阶式堰面+差动挑坎+边墙末端局部收缩方案,使下泄水流归槽宽度减小、纵向及竖向充分分散,水舌入水面积增大,消能率增加,下游河道消能问题得到了有效地解决.     

白石水库溢流坝选用异型宽尾墩消能

针对工程下泄单宽流量较大，坝较低，下游河床岩石较软，以及低弗氏数的特点，为满足消能，减少坝下游冲刷，提出采用宽尾墩挑流消能．尔后经水工模型试验确定用异型宽尾墩消能，实践说明，效果达到设计要求.     

含沙水流挑流消能对卵石河床冲刷的试验研究

本文通过室内浑水模型试验,探讨了卵石床质河流上泄水建筑物挑流消能对河床的局部冲刷问题。试验结果表明:浑水水流的单宽流量大小、含沙量的多少以及含沙粒径的变化都对冲刷坑深度有一定的影响。本文就浑水冲刷特性问题,与清水挑流消能作了对比,提出了一些初步认识。     

大坝下游岩石河床的冲刷问题

大坝下游岩石河床的冲刷问题Ｆ．Ｅ．Ｆａｈｌｂｕｓｃｈ主题词水力冲刷，动量方程，水力计算，消能工与挑流鼻坎、滑雪式溢洪道和自由溢流有关的自由抛射的高能射流造成的冲刷坑或跌水潭，只有当它们出现在谷坡和坝基的安全距离之外时，才是有利而廉价的消能工，因为安全...     

民乐河水库溢洪道挑流鼻坎体型优化试验研究

部分河岸式溢洪道出口河道狭窄、曲折,岸坡陡峻,河床基础抗冲能力较差,采用挑流消能时挑射水流会砸落淘刷护坦、挑流鼻坎基础,危及下游岸坡稳定安全。为验证泄洪挑射水流形态及其对河床、岸坡的冲刷影响,以民乐河水库工程为例,通过水工模型试验进行分析并对挑流鼻坎体型进行优化。试验结果表明,溢洪道挑流鼻坎采用斜切坎配合折流器体型能有效改善挑射水流流态,对下游河床、岸坡的冲刷影响较小,可确保工程安全运行。     

刘家洞水电站溢流堰宽尾墩消能的试验研究

通过水工模型试验分析了刘家洞水电站设计中存在的溢流坝泄流较集中,消能不充分,下游水深不够从而形成坝下冲刷坑等问题,提出了采用宽尾墩消能的建议,并进行了试验,试验研究成果表明,宽尾墩应用于挑流式溢流坝中,能明显提高挑流消能的效果,减轻下游河床的冲刷,确保溢流坝的安全。     

基于二维裂隙网络模拟的岩块搜索与岩层追踪方法

脉动压力在岩石河床裂隙中的传播是导致大坝下游基岩冲刷破坏的主要原因之一。岩体裂隙网络作为水体的赋存空间,其结构特性决定了水流脉动压力波的传播规律。应用蒙特卡洛模拟方法,编译Fortran程序语言,模拟得出与天然岩体裂隙网络在统计上完全等效的、具有相似结构特性的仿真裂隙网络,实现管网线元和节点的自动编号存储。借助矩阵理论定义了衔接矩阵和回路矩阵,从数学意义上精确描述裂隙网络。提出了基岩冲刷破坏过程中,孤立岩块的自动搜索和逐层追踪的新方法。文中以10 m×10 m范围内的两组裂隙为例,依据裂隙网络的统计分布规律,通过蒙特卡洛模拟,给出由两组裂隙组成裂隙网络的模拟结构图以及块体逐层自动追踪的结果。研究结果为高坝下游基岩冲刷过程的模拟研究奠定基础。     

基岩的抗冲能力及其分类

 岩石河床的抗冲能力, 实质上反映了基岩在挑射水流的冲击下抵抗解体破坏的能力。 此文初步分析了影响基岩解体破坏的主要因素, 运用量纲分析法, 探讨了影响基岩抗冲能力的三个无量纲数。 并在此基础上, 通过综合分析各家的抗冲能力分类表, 给出一个考虑因素较多的基岩抗冲分类的推荐表。     

枢纽下游河床冲刷深度和水位降落估算方法

通过清水冲刷水槽试验,在探索非恒定输沙及床沙调整等规律的基础上,结合沙量平衡原理,建立了一种枢纽下游河床冲刷深度和水位降落的计算模式。洪峰过程可以概化为一种恒定的"当量流量",深槽冲刷以枯水边界作为脱离体,可将该模式延伸于天然河道。能够计算冲刷过程及终期河床冲刷纵剖面和不同流量下的水位降落。     

垂直射流冲刷砂床的喷嘴间距试验研究

疏浚工程中常利用射流进行河道清淤和冲砂施工。为探究喷嘴间距对射流冲刷的影响,开展了一系列不同靶距、速度和间距的双喷嘴冲刷粗砂、中砂砂床试验,分析了冲刷坑形、冲坑深度和冲坑截面积的变化特性,得到了各工况下的最优喷嘴间距L_B和不利喷嘴间距L_N。结果表明,对于同一粒径砂床,改变靶距和速度冲刷时的L_B和L_N值变化较小,而与粗砂砂床相比,冲刷中砂砂床时的L_B和L_N值均有所增加。研究成果可供疏浚工程中射流系统设计作为参考。     

射流冲刷沙床初始阶段的SPH方法数值模拟

针对射流移动清淤时短时间内的冲刷效果问题,采用无网格光滑粒子动力学方法(SPH),对平面垂直淹没射流冲刷沙床的初始阶段进行了模拟计算。探讨了SPH中淹没环境和沙土材料的建立方法,研究了射流冲刷初始阶段动态冲坑深度的发展趋势,分析了射流速度对冲坑深度发展的影响。结果表明:采用SPH方法可以有效地模拟射流冲刷的过程;在初始阶段,冲坑深度随时间线性增加,而且随着射流速度的增加,坑深增加的速率加快。本文研究可为探讨疏浚射流破土效果提供数值方法参考。     

曲线型重力坝下游消能试验研究

某水利枢纽的溢流坝为曲线型重力坝，由两边各２孔（高挑坎）和中间４孔（低挑坎）组成。选取了两种不同粒径的散粒体模拟基岩研究下游消能，试验测了水舌入水形态和相关的一些水力学参数，试验结果表明，该工程坝的基础、右侧电厂和尾水渠导墙未受到冲刷破坏，溢流坝的泄流能力满足设计要求。     

Scour process caused by multiple subvertical non-crossing jets

The scour process induced by plunging jets is an important topic for hydraulic engineers. In recent decades, several researchers have developed new strategies and methodologies to control the scour morphology, including different jet arrangements and structures located in the stilling basin. It has been found that multiple jets can cause less scouring than single plunging jets. Based on this evidence, this study aimed to investigate the equilibrium morphology caused by multiple non-crossing jets. A dedicated laboratory model was built and experimental tests were carried out under different combinations of jet inclination angles, by varying the tailwater level and the virtual crossing point location, which was set below the original channel bed level. It was experimentally shown that the equilibrium scour morphology depends on the jet discharge, the differences in non-crossing jet inclination angles, the downstream water level, and the distance of the virtual crossing point from the original channel bed level. In particular, the last parameter was found to be one of the most influential parameters, because of the resulting flow patterns inside the water body. Furthermore, the analysis of experimental evidence allowed for a complete and detailed classification of the scour hole typologies. Three different scour typologies were distinguished and classified. Finally, based on previous studies, two novel relationships have been proposed to predict both the maximum scour depth and length within a large range of hydraulic and geometric parameters.     

超高压水射流冲击岩石的流固耦合分析

根据流固耦合理论，建立了超高压水射流冲击破岩系统的数值分析理论模型。水射流采用标准k-ε双方程模型和控制体积法，岩石采用各向同性弹性介质和有限元法，给出了水射流与岩石耦合的数值算法。并按建立的理论模型计算了岩石在水射流速度为316.2m/s、447.2m/s、547.7m/s、632.5m/s冲击下流场规律和岩石内部的应力分布，为超高压水射流破岩机理的研究提供一种新的数值方法。     

FLOOD DISCHARGE AND ENERGY DISSIPATION BY JETS FROM OUTLETS IN HIGH ARCH DAM

ＢＲＩＥＦＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＯＦＴＨＥＰＡＰＥＲ :　Ｓｕｒ ｒｏｕｎｄｉｎｇｔｈｅｂｅｄｒｏｃｋｓｃｏｕｒｄｏｗｎｓｔｒｅａｍａｒｃｈｄａｍａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅａｐｒｏｎｓｌａｂｏｆｔｗｏｆｏｒｍｓｏｆｃｕｓｈｉｏｎ ｐｏｏｌ,ｔｈｅｆｌ