河道阶梯形丁坝冲刷形态和冲坑特征的研究

为了减小洪水对河道阶梯形丁坝的影响,防止河道汛期积淤。本文采用数值模拟法对河道阶梯形丁坝的冲刷特性进行分析。结果表明：恒定水流作用下,阶梯形丁坝的水流冲刷深度、冲刷面积和冲刷量随时间增加均快速增大,后逐渐趋于平稳。随着丁坝相对高度的增加,最大深度和平均深度逐渐减小。以上研究可为河道治理工程提供参考。     

丁坝局部冲刷深度的计算

局部冲刷深度是丁坝工程设计中的一个关键参数,本文在对丁坝局部冲刷的过程和影响因素分析的基础上,根据国内外公开发表的试验资料,采用量纲分析和多元线性回归的方法,建立了清水冲刷条件下丁坝的局部冲刷深度的计算公式,并分析了丁坝与水流夹角、丁坝边坡和非均匀沙对局部冲深的影响系数,得出的公式可供在确定丁坝基础埋深时参考。     

恒流条件下丁坝的水流特征和冲淤形态分析

为了防止丁坝在湍急水流的冲刷下受到侵蚀,避免丁坝出现水毁破坏,模拟丁坝水流冲刷试验,在恒流条件下,对丁坝的水流特征和冲淤形态进行研究。结果表明,恒流条件下,丁坝阻挡水流时水位上升,水流从坝头绕过后水位逐渐降低;随着水流持续运动,离坝轴线越远,水流流速减小,泥沙沉积越多;在恒流条件下,离坝头越近,水流流速越快,冲刷深度越大。研究成果可为河道治理提供参考。     

非均匀河床上的丁坝局部冲刷问题

对丁坝局部冲刷问题进行研究,采用坝头绕流挤压流动模式,建立非均匀河床上的丁坝局部冲深公式.     

台阶式丁坝水动力特性及防冲效应

丁坝是航道整治工程中广泛采用的一种整治建筑物,然而丁坝坝头复杂的水流结构,常导致坝头局部冲刷,易诱发丁坝水毁。为减弱坝头的水流动力,提出了设置台阶式坝头的新型丁坝结构形式,并通过水槽试验研究了台阶式丁坝的水动力特性及冲淤特征。研究表明,台阶式坝头能逐级分散坝头的集中绕流,消弱坝头脱离涡的涡量强度,而台阶的台面也能逐级阻挡坝头下潜流,消弱其对床面的直接冲击;同时,台阶台面具有挑流作用,使得最大流速或最大紊动强度区相应外移,也有利于坝头的稳定。试验还研究了台阶级数、宽度以及坝身下游边坡是否设置台阶等对控制局部冲刷坑的影响。试验发现,台阶级数相对越多,宽度越宽,其减小局部冲刷的效果越好;坝身下游边坡设置台阶增大了台阶台面阻挡下潜流及挑流的面积,也有利于控制局部冲刷的发展。     

透水框架在改进丁坝结构型式上的应用

丁坝坝头绕流呈复杂的三维结构,常导致坝头局部冲刷,易诱发丁坝水毁。为改善丁坝坝头的水流条件,利用四面体透水框架对常规丁坝结构型式作了有益改进,即将常规丁坝的实体坝头改成由四面体透水框架铰接而成的透水坝头,并通过水槽试验研究其水动力特性及冲淤特性。研究表明,透水坝头能有效分散坝头集中绕流,减弱坝头脱离涡的形成条件,并阻滞下潜流,相应地,坝头局部冲刷坑深度也得到有效控制。此外,试验还研究了透水坝头透空率以及长度对局部冲刷的影响。研究发现,存在一个最优透空率,使得透水坝头控制坝头局部冲刷的效果最好,透水坝头的透空率过大或过小时,透水坝头对局部冲刷坑深度的控制有限。另外,在坝头绕流的影响范围内,随着透水坝头长度的增加,其减小坝头局部冲刷的效果越好,当透水坝头长度超过这一范围后,透水坝头长度的增加对减小坝头局部冲刷的效果不再明显。     

潮流作用下桥墩局部冲刷研究

为明确潮流与恒定流条件下桥墩局部冲刷深度的关系,通过长时间序列潮流作用下桥墩的局部冲刷试验,观测不同特征参数的潮流条件下桥墩局部冲刷最深点的发展趋势,分析往复流造成的冲刷坑内泥沙反复冲淤对冲刷坑发展过程的影响,涨落潮最大流速和历时决定了冲坑的发展的速率和达到最大冲深的可能性,在潮流速度值较大或历时占优的情况下,将取得与恒定流一致的局部最大冲深。     

青草沙水库北堤丁坝群保滩工程冲刷特性试验研究

该文采用定床试验和动床试验相结合的研究方法研究青草沙水库北堤丁坝群的坝田区流态和坝头区冲刷特性,分析软体排对丁坝坝头及坝田区的防冲刷效果。结果表明,丁坝群护岸保滩作用效果良好;在丁坝坝头近区局部流速较大,极易造成坝头局部冲坑深度较大,不利于坝头稳定;在坝头区设置软体排可以保护丁坝坝头,使其有效避免冲刷破坏影响。     

丁坝绕流流场及局部冲刷三维数值模拟研究

精确模拟丁坝附近流场信息,预测冲刷形态对丁坝的设计和安全运行具有重要的意义。本文采用一种基于多相流模式的悬移质输沙与传统推移质输沙相结合的模型模拟丁坝局部流场与冲刷过程,而河床变形则通过填充层体积份数的变化来模拟,VOF法处理自由面。泥沙冲刷侵蚀模型主要分为三个模块:悬移质漂流模块、泥沙挟带模块以及推移质输运模块,通过模拟在水流作用下的泥沙运动来预测泥沙侵蚀、对流扩散以及沉积等过程,同时考虑床面坡度对泥沙输运以及临界希尔兹数的影响。模拟得到了丁坝附近局部流场、地形冲淤变化以及冲刷坑形态等,并把计算结果与试验资料进行了对比分析,二者吻合较好,证明该模型能够很好地反映丁坝附近流场信息和床面变形特征。     

黄河宁夏青石河段丁坝间距研究

通过对丁坝防护弯道的效果分析,认为丁坝间距不仅会影响坝头的局部冲刷深度,而且会影响丁坝防护弯道的效果。据此,借助模型试验及理论研究成果,分析不同工程边界条件下施工期流量、整治流量及20 a一遇设防流量下的水流流态、局部冲刷和河势演变,并从丁坝间距与丁坝所在河段的位置有关的角度出发,分析了凹岸丁坝群的丁坝间距与丁坝坝长的关系。研究表明:1.1倍坝长丁坝间距和1.5倍坝长丁坝间距对水流流态、局部冲刷和河势演变的影响差别均较小,结合理论研究认为来流方向与坝迎水面的夹角为60°～75°的坝段,丁坝间距应优先采用1.1倍坝长;来流方向与坝迎水面的夹角为20°～30°的坝段,丁坝间距宜采用2.0～2.6倍坝长。     

丁坝群附近流场及局部冲刷的三维数值模拟

为探索丁坝群附近水流流场,揭示其局部冲刷的形成机理,该文采用Flow-3d软件,选取RNG k-ε湍流模型和以希尔兹(Shields)数为基础的泥沙推移质输沙率模型对上挑丁坝群的周围流场分布和局部冲刷进行了三维数值模拟。研究发现,丁坝群间涡系结构复杂,第一座丁坝坝头处有一对反向的旋涡和下潜水流,切应力达到最大值,使得该位置有较大冲刷坑发生,解释了冲刷机理。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝群及相关河道整治工程的流场和冲刷坑计算。     

阶梯形丁坝下游回流规律分析

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,其回流规律与船舶通航、坝田淤积及堤岸稳定等系列问题密切相关,但目前研究很少。应用三维水流数学模型研究双级阶梯形丁坝几何尺度及来流条件对回流规律的影响,结果表明:①回流长度随一级丁坝相对长度ε₁及高度ψ₁、二级丁坝相对长度ε₂均呈递增变化趋势,随弗劳德数Fr呈先增大后减小的变化趋势;②回流宽度随ε₁,ε₂和ψ₁变化相对明显,而随Fr变化总体较小;③回流正、负流区宽度比沿程变化曲线总体为上凸状,负流区宽度相对较大,在靠近丁坝部位可达正流区宽度的2.5倍;④回流曲线形态与ε₁,ε₂和ψ₁有关,ε₁和ψ₁主要影响回流曲线长度,ε₂影响回流曲线的整体形态;⑤回流流量一般小于来流量的10%,沿程分布曲线不对称,增流区回流流量变化相对缓慢,而减流区变化相对剧烈。     

基于CFD的防淘墙河床冲刷模拟方法

基于CFD技术,通过建立冲刷坑底部水流流速与床面颗粒临界起动流速之间的平衡关系,控制数值计算中的冲坑底部边界的变化,探讨了防淘墙周边深覆盖层河床冲刷模拟的方法。采用该方法对丁坝模型进行局部冲刷数值模拟,结果表明该方法可以较好地反映冲刷坑的位置、深度及底部轮廓。更多还原     

丁坝坝头冲淤的三维数值模拟

本文对洪水条件丁坝近体的局部冲淤进行了三维数值模拟。开发了与全三维紊流模型连接计算的泥沙模型。泥沙推移质的计算考虑了床面坡度对推移质输沙率和临界启动剪切力的综合影响。模型经丁坝淹没绕流实验的充分验证。结果详尽讨论了局部冲刷随时间的动态变化过程和动平衡下的河床平面形态特征。     

长江口典型丁坝坝头冲深计算模式选择与验证

根据长江口的水文泥沙特性和丁坝的特征 .探讨了适合于长江口典型丁坝坝头最大冲深计算的模式 ,为丁坝坝头冲刷坑深度计算和判断冲刷坑的稳定性提供依据 .并给出了适合于长江口典型丁坝坝头床沙起冲流速的估算式 .     

水力插板透水丁坝群累积效应减轻局部冲刷效果的试验研究

水力插板透水丁坝是一种新型丁坝。本文以水力插板透水丁坝群、井柱桩透水丁坝群和实体丁坝群为研究对象进行动床模型试验。用测针测量各丁坝群附近地形,并用Surfer8.0绘制各丁坝群附近的地形图。结果表明:水力插板透水丁坝群累积效应减少局部冲刷的性能最好,其次是井柱桩透水丁坝群,实体丁坝群性能最差。最后详细地分析了各丁坝群减少局部冲刷差异性产生的机理。     

水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度模型试验

为探索水力插板透水丁坝减小坝头冲刷坑深度的最佳设计参数和布置方案,通过改变流量、丁坝挑角、丁坝透水率、丁坝长度进行单因素影响试验,得出坝头冲刷坑深度与各单因素的回归方程。从每组单因素试验结果中选择最佳试验水平,利用L9(34)正交试验设计表设计4因素3水平的正交试验。试验结果表明:4个单因素对水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度的影响从大到小依次为:丁坝透水率、流量、丁坝长度、丁坝挑角;在一定流量条件下,水力插板透水丁坝最佳布置方案的设计参数为丁坝透水率30%、丁坝长度30 cm、丁坝挑角60°。     

泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟

对巨亭水电站泄水建筑物下游局部冲刷过程进行了二维数值模拟。采用RNG k-ε湍流模型封闭N-S方程、有限体积法在计算网格上离散求解、VOF方法追踪自由水面;采用C语言编写用户自定义函数,以泥沙起动切应力作为床面泥沙起动判别标准,通过分析比较水流剪切力与泥沙起动切应力大小,用以控制冲刷坑底部边界变化;采用局部重构模型和弹簧光顺模型更新计算区域和网格质量,藉以模拟和追踪局部冲刷坑边界变化。研究表明,模拟结果与实测资料符合良好。在冲刷坑的冲刷过程中,床面剪切应力随着冲刷的进程急剧减小,湍动能随着冲刷的进程减小缓慢;床面剪切应力和湍动能沿程变化均较为剧烈,床面剪切应力沿程先增大后减小,床面湍动能则沿程减小。冲刷坑的纵向平衡形态或床面泥沙起动主要决定于床面剪切应力,床面湍动能对泥沙起动也具有重要影响。     

植物生态护岸技术的效果分析——以漳河下游陈村险工为例

根据植物护岸机理,以漳河下游河道陈村险工为具体研究对象,通过数学模型模拟,分析了植物根部的加筋作用和植物地面以上部分对水流拖曳力的分担作用,及其对减缓丁坝冲刷的贡献。研究发现:种植植物后水流对丁坝附近土壤的有效拖曳力虽然随流量的增大而增大,但增幅减缓,说明植物的阻滞作用也随流量的增大而增大;在研究的流量范围内,种植植物后丁坝的冲刷深度比种植植物前减少了40～126cm。