龙开口水电站的泄洪消能防冲试验

龙开口水电站泄洪流量大且坝址处主河床狭窄,泄水建筑物布置在主河床,电站置于右岸紧靠泄水建筑物.对于此类工程,消能防冲是主要问题.以水工模型试验为手段,通过多个试验方案,研究了溢流坝和泄洪中孔的消能效果、挑射水流消能后与下游河道水流衔接问题、下游河床及两岸的冲刷情况以及电站尾水出口水面波动情况.经对比分析并综合考虑消能防冲与发电相互影响因素,提出最优枢纽布置方案和泄水建筑物结构型式,另外也为岸坡防护提供了一定的依据.研究成果对大流量窄河床条件下的重力坝泄洪消能工程设计和同类型模型试验具有一定的借鉴意义.     

宽浅导流明渠渠首进口型式试验

以新集水电站施工导流工程为对象,通过物模试验研究了宽浅导流明渠渠首位置的进口型式对明渠泄流能力及明渠内部水流特性的影响.试验结果表明,在不增加(如加筑顺坝)或不改变(如偏转上游纵向围堰)导流建筑物的前提下,明渠渠首底部的河床形状是影响明渠泄流和渠内水流特性的主要因素.试验中提出了两种不同的渠首河床开挖方案,通过对比明渠泄流能力和水流流态、流速、水面线等水力参数,确定选用局部疏挖加深槽的开挖方案,获得了较好的效果.对相似工程具有一定参考价值.     

高水头深孔平板门门槽水力特性研究

平板闸门门槽内的水流流态十分复杂,容易因空化空蚀而破坏门槽。以卡基娃水电站放空洞工程为实例,采用水工模型试验探讨门槽附近水流流态、压力、空化数的变化规律。研究结果表明:有压式门后连接段能较好地改善门槽及门后连接段水流的流态;闸门全开时,各个区域没有负压出现,水流发生空化的可能性也较低;闸门局开时,门槽及门后连接段会出现负压,最大负压出现在门槽的底板处,水流发生空化的可能性也较大;水流的脉动表现出明显振幅大、频率低的强紊流脉动压力的特点。研究成果对于高水头深孔闸门门槽的设计具有一定的借鉴意义。     

高水头窄河道多洞联合泄洪模型试验研究

某水电站泄水建筑物由多条泄洪洞整体联合泄流,具有下泄流量大、水头高、出口位置河道狭窄等特点,且下游水垫塘所在位置即为河道的转弯处,因此会有下泄水流的能量集中和挑流水舌的归槽偏离问题。针对上述2个突出问题,以大比尺水工模型试验为基础,提出了与实际情况相对应的挑坎布置方案,经过多方案的分析比选并综合考虑整体联合泄洪消能的因素,提出了最优的推荐布置方案,可为同类型工程枢纽的消能防冲设计提供借鉴。     

基于非线性规划的岩质边坡有限元塑性极限分析下限法研究

结合塑性极限分析下限法理论、有限元离散技术以及非线性数学规划手段,将有限元塑性极限分析法运用于岩质边坡的稳定性分析。基于非线性Mohr-Coulomb屈服条件、平衡条件、边界条件以及间断面应力连续条件,提出塑性极限分析中无厚度节理单元、等厚度节理单元的有限元模式,建立带节理单元的有限元塑性极限分析非线性数学规划模型,并提出非线性规划的求解策略。最后对3个岩质边坡的稳定性进行分析,验证该方法的可行性。     

节理岩质边坡的块体元塑性极限分析下限法

结合块体元和塑性极限分析,并利用数学规划的方法,提出了一种新的岩石边坡稳定分析方法-块体元塑性极限分析下限法。针对节理岩体的力学特性,将岩体离散为块体–结构面组成的块体系统,假定块体为刚体;以结构面应力为未知量,根据塑性极限分析下限定理,构造了满足平衡方程、边界条件和屈服条件的静力许可应力场;建立了边坡稳定的下限法数学规划模型,并通过非线性规划方法寻求问题的下限解。最后对三个典型的算例进行分析,结果表明:采用本方法不需要逐个计算可能的滑动形式,而直接得到边坡稳定安全系数,结果同刚体极限平衡法十分接近。     

拱坝三维h-型自适应有限元应力分析

提出了一种适用于h-型自适应有限元计算的后验误差估计方法——迭代法,通过对拱坝应力及计算误差分布特点和相互关系的研究,归纳出基于坝体中面误差的误差控制准则,并给出了相应的坝体系统误差、中面平均误差和中面最大误差的容许参考值,总结出以迭代法、误差控制准则、容许误差3者所构成的误差度量体系为核心的拱坝三维h-型自适应有限元应力分析方法,并用实例分析论证了该方法的正确性、合理性和有效性.     

龙开口水电站挑流消能方式

龙开口水电站坝址处河床窄、泄洪频率高、流量大,是典型的大单宽流量高混凝土坝,此类工程对泄水建筑物的消能防冲效果和运行安全性都有很高的要求.以水工模型优化试验为手段,通过对各典型工况消能防冲效果以及流态的研究,得出宽尾墩挑流方案的不足之处,同时探讨并论证了大差动-舌形坎挑流方案的优越性.研究成果对同类型工程枢纽的消能防冲设计有一定的借鉴意义.     

平面闸门有压出口段突扩突跌三维流场数值模拟

高水头平面闸门后接平坡明流段,且出口采用突扩突跌的掺气设施,其水力特性复杂,实际工程中研究及运用较少.结合设计采用该形式的龙开口水电站冲沙底孔,应用标准双方程紊流模型和VOF多相流方法对其流道流场进行了三维数值模拟,对闸门出口突扩突跌段特性、平坡泄槽段水力特性进行研究,并将部分结果与模型试验成果进行比较,两者符合较好.通过数值模拟与模型试验相互验证对其体型进行优化,提出闸门段压力分布均匀的出口收缩方式、出口加挑坎的跌坎掺气体型,在平坡泄槽上取得了良好的掺气效果,为工程设计提供参考.     

溢洪道中墩水翅的数值模拟

采用Realizable k-ε模型和VOF多相流方法,对溢洪道引水渠、溢流堰和泄槽段进行三维数值模拟.分析了中墩尾部水翅的成因与影响因素.对平尾墩、半圆形尾墩、椭圆形尾墩和斜尾墩4种中墩尾部体型设计方案的数值计算结果进行对比分析,确定斜尾墩设计方案为最优方案.对平尾墩、斜尾墩体型设计方案,采用物理模型试验进行验证.结果表明,数值模拟结果和物理模型试验结果相符,增设斜尾墩的优化方案能够较好地解决溢洪道中墩水翅问题.