坝垛工程根石走失数值模拟

为研究水流作用下坝垛根石的走失,基于Flow-3D软件中GMO模型和RNG k-ε紊流模型建立了根石走失特性研究的数值模型。进行了水流作用于立方块体的数值水槽试验,将水流对立方块体作用力的数值模拟值与公式计算值进行对比,发现两者基本一致,说明数值模型可用。随后对某一实际坝垛工程进行了根石走失的数值模拟计算,计算结果表明:坝垛周围根石走失最严重的区域为坝前头,上跨角次之,坝前头处根石起动的时间最早,拖曳力上升最快,走失的距离最远;上跨角靠近坝前头处的部分根石走失时间早,程度严重,靠近迎水面处根石走失时间较晚,在水流流速进一步加大时逐渐走失;迎水面与下跨角处的根石受水流作用力较小,基本无走失现象。根石走失后并未随水流持续运动,大部分根石散落在坝裆间。     

根石探测技术在黄河整治工程中的应用

黄河河道整治工程在发挥控制主溜、稳定河势作用时,长期遭受洪水淘刷,坝前经常形成冲刷坑,导致根石走失,危及坝垛安全。传统的根石探测方法是采用人工探测,费工、费力,且受水流的影响较大,探测成果不尽准确。2011年5月,引进非接触式仪器（3200-XS浅地层剖面仪、双机RTK移动测量GPS定位仪）进行根石探测,取得了很好的应用效果。     

黄河控导工程抢险方法探讨

1　控导工程出现险情的原因和险情类型1 .1　原因巴盟黄河控导工程 (坝、垛、护岸等 )出现险情 ,是水流和控导工程坝体相互作用的结果。水流遇控导工程坝体受阻后 ,一般分为三股 :沿坝前下泄 (顺流 ) ;沿坝体逆流而上 (回流 ) ;垂直坝体下切 (搜根流 )。后二者相遇后便形成一种具有强大牵引力的环流 ,导致横向输沙的不平衡 ,当环流与河床土质不能维持均衡时 ,河床即遭受破坏而变形 ,形成不规则的冲刷坑 ,冲刷坑的深度和流速成正比 ,与坝体的边坡系数成反比。当冲刷坑的深度到控导工程根石的埋置深度时 ,坝体即下蛰而坝塌 ,护岸坝垛水流形态…     

抽沙充填长管袋褥垫筑坝施工工艺

抽沙充填长管袋褥垫沉排坝是黄河下游河道整治中探索不抢险或少抢险坝的一种新的坝型结构，利用长管袋沉排体护底，护根，是于坝前设计河床范围内覆盖一保护层，以阻止水流在坝前形成较大冲刷坑，或迫使冲刷坑外移，避免河床冲刷坑危害坝基。论述了泥浆泵自滩地或河床抽吸泥沙进行冲填长管袋褥垫施工的工艺流程，分析了其优缺点，对新坝型的推广有一定作用。     

黄河坝岸根石走失原因及防护措施

黄河险工坝岸是抵御洪水、确保黄河安全的重要河工建筑物。坝岸从总体结构来看,可分根石部分和坝身两部分,其中根石是坝岸稳定的基础。根石传统结构是散抛石块裹护根石土胎,这样在水流冲刷下,一部分石块容易离开坝体,被冲刷揭走,这种现象称根石走失。根石走失使根石坡度变陡,严重时使根石发生坍塌,破坏坝岸基础,危及坝岸安全,因此,根石走失是引发坦石变     

截流戗堤单向进占的局部冲刷三维数值模拟

戗堤截流主要在河道截流和堤坝溃口封堵等水利和防洪减灾工程中得到应用,戗堤周围的水力冲刷直接影响工程的安全性。由于戗堤进占过程表现出较强的三维非恒定性,因此目前采用三维数值模型全面细致地模拟进占过程中戗堤周围的三维水流结构和冲刷特性较少。该文基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型,从室内明渠截流工程实验中得到的龙口平均流速、上下游水位落差、底床切应力分布与地形变化的关系等结果验证了数值模型的可靠性。利用该数值模型模拟了截流戗堤单向进占方式下不同进占长度时戗堤附近和龙口处的三维水流特性,以及戗堤周围局部冲刷地形的发展。通过分析水流特性与冲刷坑发展的关系,阐述了戗堤周围局部冲刷的物理成因。研究结果表明:涡旋和下潜水流是戗堤附近河床剧烈淘刷的主要原因;单向进占时戗堤对水流具有偏移效应;在初始阶段,冲刷趋势表现为沿堤头的上游至裹头下游形成的斜向轴线冲刷;在冲刷发展过程中,龙口中部出现泥沙淤积,主要冲刷区位于戗堤和裹头绕流后的底床。研究成果进一步表明数值仿真技术可应用于工程截流实践中,能预测截流中可能出现严重堤脚淘刷的位置与趋势。     

长管袋褥垫沉排坝抗冲刷机理研究

通过实体模型试验,在一定的水力及边界条件下进行了传统坝与长管袋褥垫沉排坝抗冲刷效果的对比试验,并对长管袋褥垫沉排坝抗冲刷机理进行了分析及描述,指出:长管袋褥垫沉排坝迎水面至坝头的冲刷以水流直接冲淘和螺旋流淘刷形式为主,坝头至下跨角部位主要受绕流冲刷;长管袋褥垫沉排坝前冲刷坑形状与传统坝近似,但冲刷坑尺寸及冲刷坑深度大于传统坝。     

混凝土四面体透水框架群防根石走失技术应用

对混凝土四面体透水框架群在黄河下游桃花峪控导的应用情况进行了分析,结果表明:①混凝土四面体透水框架群具有自身稳定性好、适应河床变形能力强、能削弱水流能量、降低流速、促使泥沙迅速落淤等特点,施工工艺简单;②混凝土四面体透水框架群能够有效地减小坝前冲刷坑的深度,减缓水流对坝体的直接冲击;③混凝土四面体透水框架群不易发生走失,可有效减轻抢险负担,节约大量石料;④利用混凝土四面体透水框架群加固工程基础时,建议在防护部位根石坡面和坡脚外河床一定宽度内抛投,以增强根石防护效果.     

斜交桥墩局部冲刷坑形态试验研究

为研究斜交桥墩在多沙河流上的局部冲刷问题,利用1∶100正态模型水槽对不同斜交角度长方体圆墩进行了系列试验,对桥墩在不同水流强度、斜交角度条件下的冲刷坑形态进行了系统观测和分析。结果表明:斜交桥墩冲刷坑的几何特性与正交桥墩存在较大区别,当单宽流量为10 m3/(s·m)、斜交角度为15°以上时,桥墩会出现共轭冲刷坑;当桥墩斜交时,背水侧会出现顺时针旋涡水流下降区,迎水侧墩尾处受水流顶冲出现局部冲刷坑;桥墩局部冲坑深度、体积、范围等要素均随水流强度及斜交角度的增大而增大,墩尾冲刷坑深度约为墩前的0.7倍,桥墩冲刷坑面积与桥墩投影面积比的最大值为32.4;水流强度较小时规范公式计算值与试验值较吻合,水流强度较大时规范公式计算冲深小于试验值,二者比值为0.66～0.92。     

黄河下游少抢险坝垛结构探讨

黄河下游河道整治工程现有坝垛多采用柳石结构，每年汛期受水流顶冲，需经过多次抢险加固，耗时费力。为了提高坝垛抗洪御险能力，争取汛期少抢险或不抢险，通过对坝垛前水流冲刷机理的分析，提出深基筑坝和修护底沉排坝措施。并对适宜黄河下游特点的少抢险坝垛结构———抽沙充填土工织物长管袋褥垫沉排坝的土工织物反滤布选择、沉排压载和沉排长度等作了设计，沉排水中铺设按水深大小分两种情况施工。     

低水头水利枢纽泄水闸闸前冲刷研究

针对低水头水利枢纽坝前附近的冲刷问题,建立了用于研究闸前三元流的泄水闸物理及数学模型,利用动床物理模型观测了闸前冲坑发展过程,然后采用定床物理模型和三维数学模型研究了闸前冲刷初始时刻、中期时刻及稳定时刻的三维流场.结果表明:冲刷初期水流受挡水闸阻水作用,在闸前近壁区水流下潜形成漩涡,闸前呈现复杂的三元流流态,从而造成闸...     

插板透水丁坝透水孔优化方案数值模拟

针对插板透水丁坝透水孔孔数和布置方式对丁坝作用区水流特性和冲淤变化影响的问题,采用CCHE2D水沙数学模型对塔里木河干流其满河段实体模型水槽插板透水丁坝区进行二维水流数值模拟,分析不同透水孔数和不同布置方式对河槽断面流速分布、水位及河床切应力的影响规律,寻求插板透水丁坝透水孔优化方案。结果表明:在来流量、透空率等因素不变条件下,插板透水丁坝透水孔数越多,流速均匀性越好,丁坝下游河床切应力呈减小趋势。当透水孔数达到4孔时,丁坝上游、下游水位、流速和河床切应力变化趋势均趋于稳定,为最佳的透水孔优化方案。研究成果为进一步研究插板透水丁坝区水流特性与缓流促淤效果奠定理论基础。     

库区滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用机理研究

库区滑坡涌浪可能危及大坝及下游安全,基于流体动力学的滑坡涌浪数值模拟可获得完整的分析数据,将成为研究滑坡涌浪与大坝作用过程的重要手段。本文以某大坝上游约1300 m的3#变形体滑坡涌浪为研究对象,建立库区三维滑坡涌浪数值模型,并通过水工物理模型试验对其模拟精度和有效性进行了验证。研究结果表明,数值模拟得出的涌浪高度变化、水面起伏过程与水工物理模型试验结果基本一致,数值模拟能反映滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用的整个过程。最后基于数值模拟获得的数据,分析了滑坡涌浪与大坝作用过程,以及坝面动水头与坝前涌浪高度的变化关系。分析认为,库区水体反复震荡、叠加而形成的涌浪对下游沿岸安全危害可能更大,大坝坝顶及下游有必要采取避险措施;最大动水头小于涌浪高度,若采用静力方法计算分析坝体稳定应力,其结果偏于安全。     

非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性

阶梯形丁坝是常见的航道整治建筑物,天然河道中的水流多为非恒定流,非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性研究,对丁坝结构设计和水毁防护等具有重要意义.采用自回归马尔柯夫模型,将天然来流过程概化为波谷起冲和波峰起冲2种情况,基于平面二维水流泥沙数学模型,探讨非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性.结果表明:① 不同流量过程...     

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。     

进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟

在实施土石堤坝溃口快速封堵、河道截流等水利和防洪减灾工程时,口门或龙口处存在较强的局部冲刷。基于已有的经圆柱、丁坝局部冲刷试验结果验证的三维数值模型,模拟了单向、双向进占方式下龙口宽度B/H=4.3、5.8时堤头和河床的局部冲刷发展。根据水流特性与冲刷发展的关系,分析了加剧局部冲刷的水流结构和进占方式对局部冲刷发展的影响规律。研究结果表明:单向进占时,戗堤对水流和冲刷发展存在偏移效应;冲刷在初始阶段均表现为沿堤头上游、裹头下游形成的斜向轴线冲刷趋势,堤头上游绕流后的边界冲刷在整个冲刷过程中始终剧烈;进占长度对水流冲刷偏移效应产生影响,在B/H=5.8时剧烈淘刷区位于戗堤堤头上游的底部堤脚,但是在B/H=4.3时则位于裹头下游。双向进占时,水流沿龙口轴线对称分布;进占长度影响戗堤局部冲刷的剧烈程度。下潜水流和涡旋是造成戗堤局部冲刷的主要原因。     

透水桩坝前冲刷坑深度影响因素探讨

通过模型试验对透水桩坝前冲刷坑深度的影响因素进行研究.受透水桩坝前螺旋环流淘刷,坝前冲刷坑形状为一近乎平行于桩坝的长条状冲坑,与透水桩坝连线方向一致.在来流含沙量及床沙组成不变的情况下,最大冲刷坑深度一般出现在主流顶冲段或稍偏下游部位.透水桩坝的坝前最大冲刷坑深度主要与来流单宽流量、入流角、桩坝透水率等因素有关,其中单宽流量对冲刷坑深度的影响最大.通过试验实测资料进行回归分析,得到最大冲刷坑深度与来流条件之间的无量纲表达式.     

苏通大桥主塔墩冲刷防护工程关键技术

针对苏通大桥桥址处水深流急、河床易冲刷和大桥主墩桩基结构的特点，采用抛投袋装沙作预防护和运用下沉护坦原理作为冲刷防护设计理念，保证了群桩基础顺利施工，并使由于桥墩防护工程边缘遭破坏及河床深槽变化引起的边坡坍塌得到了有效防护．针对群桩墩处河床局部冲刷的复杂性，运用正态动床物理模型较好地预测了桥墩附近河床局部冲刷，并获得了现场监测结果的验证．通过在水流中现场抛投沙袋群体的试验，较好地解决了在易冲底床处大面积抛投防护材料的技术和施工工艺．在此基础上，提出了在苏通大桥主塔墩冲刷防护的验收计算模式．     

沙坑局部含沙水流特性的数值模拟研究

分析了FLUENT流体商业软件用于河流动力学问题研究的难点和可行性,应用混合物模型对存在矩形沙坑的河道分清水和含沙水流2种情况进行了数值模拟并对比分析。计算结果表明:水沙耦合计算模式的混合物模型可以较好地模拟河道中的水沙两相流输移现象;泥沙相对流体的动量影响明显,且降低了收敛速度;泥沙会抑制水流的内部紊动。沙坑内部拐角处会形成涡旋的次生流,造成向上游的溯源冲刷和下游的淤积。