预测气垫式调压室运行中漏气量的数学模型

针对气垫式调压室运行过程中气压室内的气体沿单裂缝向黏土夹层渗漏的水-气二相渗流过程,建立了基于多相流理论的水-气二相流模型。模拟了不同的围岩孔隙水压力与调压室内气压力比值情况下的气压室漏气情况,结果表明,当该比值增大时,漏气量将迅速减少,验证了设置水幕防漏措施的有效性。所建立的水-气二相流模型可以充分考虑调压室地质条件,水幕的压力,气室气压及围岩性质等因素的影响,为空气损失评估、水幕设计及对漏气严重的调压室进行修补提供了依据。     

Torpa气垫式调压室设计施工和运行经验

Torpa电站是Dokka工程的两个电站之一。该电站的气垫式调压室的总容积为17400m^3，气体体积为10000－12000m^3。气垫式调压室区内的岩石覆盖率达225m，水头为450m。在气垫式调压室上方修建了一个防止漏气的水幕。水幕压力比气垫式调压室压力大2－5bar。必须遵循的主要设计准则之一是水幕压力必须小于岩体内的最小主应力，以防产生水力劈裂，因此进行了大量水力劈裂试验。气垫式调压室为环形结构。从气垫式调压室上方的洞室内钻水幕孔。空气压缩机的容量为940Nm^3/h。同时设置了两套不同的气垫式调压室水位监控系统。经过两年运行后测试表明，只要水幕超压大于2bar，则气体就不会经岩体泄漏。     

气垫式调压室热力学特性及其对围岩应力变形的影响

为了解气垫式调压室气室内压缩气体温度和压力变化规律及其对调压室围岩的应力变形特性的影响,基于水位波动方程和能量守恒方程,提出了考虑传热影响的调压室压缩空气热力学过程的计算模型,并进行合理性分析。采用裂隙岩体单向热力耦合数值方法,将调压室内空气的压力和温度作为瞬时变化边界条件,对调压室围岩的应力变形特性进行了深入分析。结果表明：在调压运行工况条件下,调压室内的空气压力和温度将发生大幅度波动变化,进而会导致围岩温度也出现相应的改变,且围岩温度呈现出显著的不均匀分布特点;节理裂隙处的岩石温度变化相对较大,且出现了较大的拉应力。     

气垫式调压室及其工程实践

介绍了挪威已建气垫调压室的基本状况，包括平面布置、工程主要参数、运行经验、存在问题及其补救措施．在一定的地形地质条件下，气垫调压室的选择是经济的，它与不衬砌隧洞、地下厂房相结合，具有明显的优越性：避免在山体中开凿深度很大的开敞式调压井或修建地面调压塔，厂址及洞线布置灵活．气垫调压室可用于大、中、小各类电站，已建气垫调压室的电站，装机容量从3．5万～124万kw，水头变化范围从180～1158m．除一个电站之外，其它电站的气垫洞室体积均小于20000m3，室内气压变化较大，从0．3～7．77MPa．运行经验表明，气垫调压室可以满足反射水击波、改善机组运行条件的各项要求．增甩负荷期间，室内压力变化很少达到静水头的10％～15％，波动过程一般延续10个周期，一个周期从1～5min不等．10座调压室中，有4个出现了漏气现象，除一个电站进行灌浆予以补救外，其余均采用高压水幕（其中一个水幕是原设计中就有的），没有发现气垫压力所诱发的围岩稳定问题．     

带有气垫式调压室和溢流式调压井的引水系统的水力计算

介绍带有气垫式调压室和溢流式调压井的有压引水系统的数值解法。针对某一实际工程计算了调压井及气压室的水位波动、调压井溢流量、气压室的压力变化及高压管道的水击压力，讨论了气垫式调压室内的初始气体压力及体积对压力及水位波动的影响。结果表明，气压室内初始气压（或水位）的选择对系统的安全运行至关重要。     

一种气垫式调压室防漏新方法

气垫式调压室具有良好的水击波反射功能,能有效降低水电站负荷急剧变化时压力管道的水击压力,但运行过程中的漏气现象制约了气垫式调压室的推广应用。提出了一种防止气垫式调压室漏气的新方法,即在传统气垫式调压室内放置橡胶芯袋作为盛气装置,实现调压室盛气和结构承载功能的分离,利用橡胶材料柔软、弹性模量小、密封性好等特点,从根本上解决了盛气密封薄壳容易开裂渗漏的问题。根据力学平衡原理、材料的应力应变关系和调压室结构的变形协调条件,结合流体力学理论和调压室内水位波动的变化规律,构建了橡胶芯袋变形与受力本构关系,并分别推导出了单个、多个橡胶芯袋预灌气压的计算式,为调压室结构设计与工程控制提供了理论依据。     

气垫式调压室的运行特性

介绍了气垫式调压室水力过渡过程计算的数学模型，给出了具体水电站的数值计算实例。研究结果表明：随着气体多变指数m值的增加，调压室内的水位波动幅值将减小，气体压力变化幅值将增大；初始水深恒定时，随着初始气压的增加，水位波动幅值将减小，气室内气压变化幅值将增大；初始气压恒定时，随着初始水位的增加，水位波动幅值将减小，气室内气压变化幅值将增大。     

基于水—气二相流模型的土坡稳定性分析

为了研究孔隙气压力和负孔隙水压力在土坡稳定分析中所起的作用,基于多相流理论建立水-气二相流模型,利用此模型对稳定渗流情况和降雨情况下的土体边坡内水相和气相的渗流状态进行模拟,根据模拟得到的孔隙气压力和孔隙水压力值求出土坡安全系数。计算结果表明,土坡非饱和区负孔隙水压力的存在较大地提高了土坡稳定性,在稳定渗流情况下,孔隙气压力对土坡稳定的影响可忽略,在降雨情况下,非饱和区产生的孔隙气压力使得安全系数减小,滑动面与地下水位的距离越大,非饱和区的孔压对土坡稳定的影响越大。     

气垫式调压室压缩空气热力学分析研究

为了解气垫式调压室气室内温度和压力变化过程,在水位波动方程和能量守恒方程基础上,提出了考虑传热影响的调压室内压缩空气温度和压力的计算方法,并进行了合理性验证.研究结果表明,调压室在运行工况条件下,气室内气体温度可能出现大幅度的变化,并且气室内压缩空气有可能出现负温现象;气室初始高度、初始压强、气体初始温度和水体温度对气...     

钢罩式气垫调压室在金康水电站的应用

国内外已建的气垫调压室都是利用经过处理的围岩自身或再辅以在其周边设置的水幕来防止气室漏气。但据国内外的工程实践,即使对岩体采取了复杂而昂贵的工程处理措施,也难以确保气室的气密性。金康电站的地质条件较差,气垫室采用钢板防止气室漏气,克服了气室闭气难的问题,实现了工期省、投资省、调压室运行可靠的目标。钢罩式气垫调压室在金康电站的成功应用,将对引水式电站具有较大的推广价值。     

3-D simulation of transient flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber based on computational fluid dynamics

The 3-D characteristics of the water-air flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber during hydraulic transients need to be considered in the shape optimization. To verify the reliability of the water-air two-phase model, namely, the volume of fluid model, the process of charging water into a closed air chamber is successfully simulated. Using the model, the 3-D flow characteristics under the load rejection and acceptance conditions within the air-cushion surge chamber of a specific hydropower station are studied. The free surface waves, the flow patterns, and the pressure changes during the surge wave process are analyzed in detail. The longitudinal flow of water in the long corridor-shaped surge chamber is similar to the open channel flow with respect to the wave propagation, reflection and superposition characteristics. The lumped parameters of the 3-D numerical simulation agree with the results of a 1-D calculation of hydraulic transients in the whole water conveying system, which validates the 3-D method. The 3-D flow structures obtained can be applied to the shape optimization of the chamber.     

气垫式调压室水位和气室压力波动及状态方程多方指数影响计算研究

气垫式调压室水位和气室压力波动是规划和设计气垫式调压室所关心的问题.笔者使用四阶龙格—库塔法计算了气垫式调压室水位波动过程以及气室压力变化过程,分析了气体状态方程多方指数对调压室涌浪水位和气室压力的影响.指出在水力计算中以控制气垫式调压室最高和最低涌浪水位为计算目的,气体状态方程多方指数宜取1.0,以控制气室最高和最低...     

THE ROLE FORE AIR FLOW IN SOIL SLOPE STABILITY ANALYSIS

In order to investigate the effect of the pore air flow in the soil slope stability analysis, a water-air two-phase flow model, based on the multi-phase flow theory, is proposed and with the model, the water-phase and air-phase seepages of the soil slope in the stable seepage and rainfall situations are simulated. The soil slope safety coefficients are obtained according to the simulated pore air pressure and pore water pressure. The calculation results show that in the stable seepage situation, the influence of the pore air pressure on the soil slope stability can be neglected, while in the rainfall situation, the pore air pressure generated in the unsaturated zone will reduce the safety coefficient, and the larger the distance between the slip surface and the underground water level is, the greater the influence of the pore air pressure on the soil slope stability will be.     

火电厂补给水系统气垫式调压室的数值模拟

火电厂补给水系统具有管道布置受地形影响起伏波折和管道长的特点，在断电停泵时管道上凸点容易产生负压。气垫式调压室是工程中消除管道负压的重要措施之一，文中研究了以气垫式调压室及水泵为边界的管道水力过渡过程，建立了数学模型，并对实际工程的补给水系统进行了计算，结果表明设置气垫式调压室后管道由于断电停泵而产生的负压完全消除，说明气垫式调压室解决火电厂补给水系统管道的负压问题效果显著。气垫式调压室在火电厂补给水系统中已得到成功应用。     

气垫式调压室的布置设计与体会

合理进行气垫式调压室的布置设计,对保证气室及水幕的安全可靠及经济运行具有十分重要的意义。根据自一里、小天都、木座等12座气垫式调压室布置设计资料,对影响气垫式调压室位置选择的控制条件、气垫式调压室与水道立面布置的关系、交通检修洞、空压机室等附属洞室的布置、气室形状及水幕布置设计等方面内容进行总结和讨论,有助于今后设计和建设水平的提高。     

高坝洲水利枢纽基岩渗控设计

高坝洲水利枢纽根据地质情况进行了防渗帷幕灌浆设计和排水幕设计,并对有特殊地质缺陷的部位进行了补充设计。介绍了设计内容,并对帷幕灌浆资料、压水试验资料和渗流监测资料也进行了分析。     

乌江渡水电站坝基水质特征及帷幕性状评价

以岩溶地区乌江渡水电站为典型案例,针对pH值、水化学类型、析出物、渗漏量等坝基防渗评价因素,结合历史、近期水样检测资料及坝址地层岩性和帷幕材料,对比库水与防渗帷幕后水样的pH值和水化学类型的变化,研究析出物成分的来源变化、渗漏量的趋势,分析坝基防渗帷幕性能。结果表明:水化学类型以CO_3~(2-)或OH~-型、HCO_3~-型为主,白色碳酸钙析出物由水—岩—混凝土三者间互相作用而成。水库在蓄水后,库底变为高压缺氧的还原环境,同时有机物的堆积会使得库底水呈弱酸性,侵蚀性CO_2含量会有所增加。这对坝基帷幕体不利。坝基防渗帷幕体的防渗性能整体上仍然完整有效;水的流动是析出物沉淀的必要条件之一。将水的pH值与渗流量或渗透压力及析出物沉淀情况综合分析,可以作为判别防渗帷幕防渗性能的依据。该研究结果可以为其他相似水库判断防渗帷幕性能提供参考。