防汛抢险训练场渗透破坏段设计方案试验分析

建设仿真性的防汛抢险训练场,提供有实战氛围的防汛抢险演练环境,在国内外尚属首次。为支撑江苏省防汛抢险训练场渗透破坏段方案设计,基于土体渗透破坏的基本理论并考虑到防汛演练的实际需求,首先确定用于堤坝填筑土料的料源,并对此进行了物理力学特性试验研究,根据粒径分布曲线推求非饱和渗流分析参数。然后开展两种不同比尺的水工模型渗透破坏试验,并与数值计算结果进行对比,验证数值分析的可靠性和合理性。最后对演练模型进行数值分析,根据上述试验和数值分析结果对设计方案提出相应的建议。上述设计方案基于均质土,实际填筑过程中土料的不均匀性较大,其合理性尚有待于实际工程的进一步验证。     

急弯段闸孔出流的弯道水流特性研究

在河弯处修建水工建筑物时,研究弯道水流特性对水工建筑物布置的影响十分重要。采用RNCκ-ε紊流模型对急弯段闸孔出流的弯道水流进行了三维数值模拟。通过模拟计算,比较分析了急弯段不同闸位、不同流量条件下闸孔过流时的流速分布、紊流动能、压强分布和环流等相关水流特性与变化规律。分析研究结果表明,闸坝位于弯道上游时,弯道对闸坝过流的影响最小,但需对闸坝下流弯道凸岸岸坡附近区域采取一定的防护措施;闸坝布置在弯道中游时,过闸水流受弯道的影响最小,闸室水流的稳定性、闸门的工作安全以及闸墩的空蚀破坏都是实际工程中需要注意的重点。数值模拟验证与物理模型试验结果吻合较好,计算精度较高,能够满足相关计算研究要求。     

巢湖兆河分洪闸泄流特性试验研究

受周边地形条件及环境限制,巢湖兆河分洪闸与河道呈垂直布置,进流条件不利。针对分洪闸与河道垂直布置这一特征,分别对开敞式和涵洞式分洪闸进行了水工模型进口流态试验分析,结果表明涵洞式分洪闸进流流态优于开敞式分洪闸,能更好地保证各闸孔的均匀进流。针对涵洞式分洪闸方案,研究了分洪闸敞泄和控泄的泄流能力,指出敞泄状态下进口行近流速对流量计算影响明显,在水闸规划设计中,应计入行近流速影响。为改善消能效果及出口水流与下游的衔接,进行了多方案消能防冲改进试验,结果表明尾坎作为一种冲击式消能工布置在挖深式消力池末端,可使出口水流流速分布更加均匀并与下游水流衔接更为平顺,明显增强消能防冲效果。     

软黏土不排水循环应力应变关系的数值模拟

对程星磊等提出的总应力形式增量弹塑性本构模型进行二次开发,以模拟复杂应力状态下软黏土的响应。通过Newton-Raphson算法,对材料非线性问题进行迭代求解;针对本构模型中应力反向等一系列关键性问题,应用欧拉切线算法编写了有限元程序,并结合子增量方法提高了计算精度。预测了软黏土在轴对称应力状态下的响应,得到了应力应变关系曲线,将其与单元预测结果进行比较,二者趋于一致,从而验证了有限元程序编写的合理性。利用该程序模拟三轴不固结不排水试验,模拟结果与试验吻合良好,表明该本构模型有限元程序可以反映轴对称应力状态下软黏土的不排水应力应变特性,可应用于更加复杂边值问题的模拟计算。     

小长宽比鱼道池室水力学试验研究

鱼道水流条件是影响其过鱼效果的重要因素。在分析鱼道类型及其特点的基础上,针对应用最为广泛的竖缝隔板式鱼道,通过1∶4的大比尺局部物理模型试验,研究了各级水池长宽比小于1.0条件下的隔板布置及竖缝宽度,对比了3种布置方案,分析评价了竖缝流速指标以及池室流速分布、流态和消能特性,提出了适合小长宽比池室条件下的鱼道隔板布置型式。通过1∶12.5的鱼道整体水力学模型试验,对运行水力指标进行了验证分析,确立了减小隔板前局部水位壅高及提高竖缝流速沿程均匀性的设计原则;为适应鱼道进、出口水深的变化,从生态明渠引水补充鱼道流量,最小补水流量为0.22 m~3/s。试验结果表明,这种鱼道布置型式可推广应用到其他类似鱼道工程中。     

溃口近区二维数值模拟与溃坝洪水演进耦合

基于黏土心墙砂石坝的溃决过程,以及溃坝洪水传播和运动的特性,建立黑河金盆水库大坝溃口近区二维数值模型和下游地区溃坝洪水演进耦合数学模型。使用DAMBRK法计算逐渐溃坝,并应用其结果进行后续模拟。采用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解一维模型,采用单元中心的有限体积法求解二维模型方程。采用侧向连接方式,将黑河两岸计算水位点与二维网格单元相连,实现一、二维模型的耦合。采用所建立的二维模型对溃口近区进行计算与模拟,得到计算区域某一时刻的水深及流速分布。应用所建耦合模型对黑河金盆水库万年一遇入库洪水漫顶致溃坝洪水进行数值模拟,得到一维河道内各断面的水位和流量变化过程,以及二维计算区域内不同时刻的水深分布图、流速矢量图和淹没范围变化过程。溃口的形成过程不仅包括漫顶水流的直接作用,同时包括溃口形成过程中两侧漩涡状水流的反冲刷作用。耦合模型可以同时兼顾河道内的水流变化以及河道外计算区域内的洪水演进过程,从而减少由于计算结果偏大或偏小所带来的防洪资源浪费和防洪措施不利等不良影响。     

高原河流生态保护模式初探——以地震灾后重建“两河”生态保护为例

与平原河流相比,高原河流具有独特的水动力、地质地貌和生态特点。以青海省玉树州结古镇2010年遭受的地震为背景,在对现状进行充分调研、分析的基础上,查找存在的问题,立足治理需求,在满足防洪排涝要求的基础上,提出生态环境改善和景观水文化重建模式,为结古镇未来的经济社会发展和人民生活提供安全、舒适的水利支撑。将生态水力学与工程水力学相结合,根据扎西科河和巴塘河的特点(水文、地理和气候特征),以当地鱼类为保护目标,采用近自然修复技术,确定了河道的平面形态和断面型式。结合《结古镇地震灾后重建总体规划》,对滨水空间进行了划分,并根据有关规范对三线进行了界定。同时对河道的管理提出了一些建设性意见,可对扎西科河和巴塘河的可持续发展提供参考,对流域的治理和保护工作提供借鉴。     

土坝在设计和运行中防治白蚁危害的研究

以往在水库大坝发生白蚁危害病情后,方采取工程措施进行除险加固。为把白蚁控制在危害之前,本文结合工程典型实例,根据气候、土壤、植被等建坝外部环境条件和白蚁生存需具备的土、水、食料基本因素,考虑白蚁具有喜温好湿、畏光避风、蔓延等生物特性,通过填筑坝料土质分析,研究了水库蓄水坝体浸润性、坝土级配及湿度与白蚁生存之间的关系,并提出相应对策以达到防患于未然。结果表明,坝体结构设计时,通过截断白蚁吸水水源,增加坝体干燥区,缩限白蚁生存空间;通过调整坝料级配,防止白蚁筑巢;合理采用护坡,切断白蚁食源。同时,结合水库运行管理,采取"预防为主,综合防治"的措施,使坝体周边一定范围内成为无蚁区,防止白蚁蔓延至坝,维护水库大坝的安全。     

折板跌落式竖井设计约束条件研究

结合国内深层隧道排水工程-广州市东濠涌深层排水隧道,通过物理模型试验探讨了不同折板间距情况下折板竖井消能规律,并根据竖井中水流在折板间需满足的过流能力及充分消能的约束条件,研究了折板竖井消能的最大过流流量及稳定消能边界,提出了折板竖井设计应同时满足的约束条件以及折板通气孔的推荐位置。研究表明,在折板间距与折板宽度的比值小于0.408时,约束条件只有最大过流能力;当比值大于0.408时,只需考虑充分消能的约束条件。     

内陆核电液态流出物排放口型式优化研究

液态流出物排放方式优化是内陆核电重点关注的问题之一,本文针对国内某内陆核电厂址液态流出物排放口型式进行优化研究,以提高初始稀释度,降低液态流出物排放对环境水体的影响。选取CORMIX软件作为优化工具,采用河道实体模型试验近区稀释度测量结果对CORMIX断面概化合理性进行了验证分析,在此基础上对单喷口和多喷口排放的出流水平方位角、垂向仰角、出流流速,多喷口间距等参数进行了优化,提出了各参数适宜的取值范围。研究表明,本厂址水深有限,采用水平深层排放加强垂向掺混能获得更好稀释效果,同等环境流速、水深,采用相同的排放仰角、排放流速和排放位置等设计参数,多喷口排放型式稀释效果优于单喷口。本文结果可供工程设计和相关研究参考。