土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

基于层面参数等效的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析

受施工、龄期、环境及服役期大坝承受的反复静动荷载等多因素影响,坝体和层面出现不同程度的劣化损伤,碾压层本体及层面物理参数呈渐变特性。针对碾压层内力学参数渐变的特性,提出了相应物理参数的等效算法,且给出了耦合性态参数间的数学转换关系,分析坝体应力场与渗流场相互影响机理,据此建立了考虑层内参数渐变的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析模型,并编制了相应的有限元分析程序。工程实例分析表明,耦合作用致使大坝的渗流场发生改变,坝体的应力较未耦合时普遍偏大,坝踵处的应力集中显著;渗流场与应力场耦合作用激励下的不利因素可为大坝的设计、施工及安全运行提供参考。     

Seepage safety monitoring model for an earth rock dam under influence of high-impact typhoons based on particle swarm optimization algorithm

Extreme hydrological events induced by typhoons in reservoir areas have presented severe challenges to the safe operation of hydraulic structures. Based on analysis of the seepage characteristics of an earth rock dam, a novel seepage safety monitoring model was constructed in this study. The nonlinear influence processes of the antecedent reservoir water level and rainfall were assumed to follow normal distributions. The particle swarm optimization (PSO) algorithm was used to optimize the model parameters so as to raise the fitting accuracy. In addition, a mutation factor was introduced to simulate the sudden increase in the piezometric level induced by short-duration heavy rainfall and the possible historical extreme reservoir water level during a typhoon. In order to verify the efficacy of this model, the earth rock dam of the Siminghu Reservoir was used as an example. The piezometric level at the SW1-2 measuring point during Typhoon Fitow in 2013 was fitted with the present model, and a corresponding theoretical expression was established. Comparison of fitting results of the piezometric level obtained from the present statistical model and traditional statistical model with monitored values during the typhoon shows that the present model has a higher fitting accuracy and can simulate the uprush feature of the seepage pressure during the typhoon perfectly.     

蓄水条件下某水电工程坝址区变形体变形 与稳定性研究

库岸边坡在蓄水后的变形和稳定问题一直是水电工程的主要问题, 尤其是坝址区库岸边坡稳定性对水电工程 的正常运营起着至关重要的控制作用。针对黄河上游某水电站库岸一变形体边坡, 在对该变形体边坡基本特征分 析的基础上, 采用数值计算的手段, 对黄河上游某水电站坝址区变形体在自然及蓄水条件下稳定性进行对比分析。 结果表明: 蓄水后变形体边坡的变形具有明显的分区特征, 且坡体的变形受影响较大。同时, 利用强度折减法对变 形体的稳定性系数进行了计算, 变形体的稳定性较好, 考虑到坡体局部稳定性较差, 可能会产生局部失稳破坏, 因 此, 需采取支护措施保证该处坝址区变形体在运营期间的长期稳定性。     

观音岩水电站厂房坝段接缝灌浆工艺

观音岩水电站装机容量 3 000 M W, 为一等大( ? ) 型工程。厂房坝段设置 5条横缝, 分为 6 个坝段。通过接缝 灌浆, 极大的改善厂房坝段受力条件, 提高大坝结构整体性和耐久性。结合观音岩水电站现场施工条件, 从施工角 度论述了接缝灌浆的施工工艺以及施工过程中可能存在的问题及处理方法。     

无限深透水坝基悬挂式垂直防渗体保角变换-边界元渗流计算

无限深透水坝基轮廓复杂,透水层深度大,其渗流计算精度难以保证。本文提出用保角变换-边界元法计算含有无限域渗流计算问题。保角变换将复杂的坝基轮廓线边值问题变换为水平线边值问题,使渗流计算边界问题大大简化;边界元法在求解边界简单的无限域渗流方面优势明显,两种方法联合使用进行求解,能充分发挥保角变换和边界元法各自优点。通过组合法计算结果表明：联合法计算更加快捷、简单,计算结果更加符合无限域的实际情况,可为解决无限域渗流问题提供一条途径。     

面板堆石坝垫层渡汛离心模型试验研究

西北口水库大坝是我国建设的第一座百米级钢筋混凝土面板堆石坝,其百年一遇洪水渡汛水位降落幅度21.63 m,水位骤降速度最大可达3.65 m/h。面板尚未浇筑前的堆石坝体需临时拦洪渡汛,坝体垫层既起面板垫层作用,还要保证堆石坝体安全渡汛,水位骤降对垫层将产生拖拽力作用,影响到垫层的稳定性。本文通过面板堆石坝垫层渡汛离心模型试验,对不同渗透性垫层安全渡汛进行了试验研究,试验研究成果被西北口面板堆石坝工程施工期安全渡汛设计采纳,为面板坝工程建设特别是施工期安全渡汛提供了技术支撑。     

坝体坝基渗水及其析出物对大坝影响分析

坝基坝体渗水对大坝安全运行有不利影响。本文采用现场检查、水样试验、析出物试验、资料分析等手段,对碾压混凝土坝运行期渗水及其析出物对大坝的影响进行了较全面的分析,并提出了运行期需关注的问题。     

拱坝表孔泄流下游消能防冲形式的试验研究

摘 要：针对中型拱坝下游消能防冲形式的选择问题,通过物理模型试验,对比分析了长护坦防护、水垫塘+二道坝和短护坦先冲后护三种布置形式下相应的水力学指标。试验结果表明：长护坦方案时,水垫塘内水流流态较差,底板和护岸易失稳破坏;水垫塘+二道坝方案时,水流流态和各项水力学指标满足要求,但水垫塘和二道坝的造价较高;短护坦先冲后护方案时,冲坑位置及深度均在允许范围内,该方案的应用会受到拱坝下游地质条件的制约。依据短护坦先冲后护的试验成果,提出初步确定短护坦防护范围的方法。本工程下泄的单宽流量较小,根据试验成果及类似工程经验,并结合坝址地质和工程造价因素,推荐消能工布置方案为“短护坦先冲后护”方式。     

对震后沙牌拱坝坝肩动力稳定性的再分析

沙牌RCC拱坝是少数经受了大地震考验的百米级高坝实例之一,对其坝肩动力稳定性的再研究意义重大。本文综合有限元法与刚体极限平衡法的优势,提出极限累积位移公式作为滑块失稳判据,开展了两种地震波作用下的沙牌坝肩动力稳定分析并对5.12地震反演的人工波开展了拱坝坝肩稳定性超载分析。结果表明,在反映5.12地震的人工波（ah=2.05 m/s2）作用下,沙牌左右坝肩稳定,与实际地震效应一致。在设计波（ah=5.31m/s2）作用下,沙牌左岸坝肩将失稳,而右岸仍稳定。进行人工波超载分析时,左岸坝肩滑块L1、L2分别经受3.2、3.6倍人工超载波时会发生滑移失稳;右岸坝肩滑块则在4.2倍超载波作用下滑移失稳。此次沙牌坝肩动力稳定再分析考虑了滑块滑移方向及安全系数瞬态变化对滑块累积位移的影响,更真实地反映了沙牌拱坝坝肩滑块滑移规律,为工程实际中的坝肩动力稳定分析提供了一个新思路。