向家坝右岸电站水轮机低水位运行性能预测分析

以向家坝右岸电站水轮发电机组模型试验数据为基础,对其在初期低水位状态下运行的水力特性进行了初步预测,并通过低水位下水轮机实际运行试验数据与模型试验预测结果的对比分析,验证了模型试验预测的准确性,可以作为向家坝右岸水轮发电机组在蓄水初期低水位下运行情况的初步参考依据。     

深厚覆盖层上复合土工膜防渗体受力特性分析

分析土工膜防渗受力变形特性,有助于了解防渗体系在可能的不良情况下是否能够安全运行,进而掌握大坝结构安全运行状况。研究符合土工膜的受力特性属于材料与边界条件的双重非线性问题,采用非线性有限元对双河水库复合土工膜防渗体受力特性进行分析,对坝体力学特性和变形规律进行研究得出:复合土工膜与粗粒垫层结构面应力-应变关系属于应变软化型,符合一般应力应变规律,在可能的不良情况下,大坝应力、变形都在安全允许范围内,大坝结构安全符合设计要求。     

本构模型对面板堆石坝应力变形的影响

邓肯-张E-B模型,能考虑土体的非线性特征以及应力历史对变形的影响,比较符合土体的受力特征。理想弹塑性D-P模型是在摩尔-库伦模型的基础上考虑了静力压力的影响,广泛应用于岩体材料的模拟。堆石体是介于土体与岩体之间的一种土石混合体,其本构模型的选择一直存在较大的争议。基于APDL二次开发,将E-B本构模型成功引入到ANSYS静力分析中,与理想弹塑性D-P模型的计算成果进行对比分析,并对E-B模型的主要参数进行敏感性分析。研究成果表明:本构模型对堆石体竖向位移影响较大,但对堆石体的应力、面板应力、及面板位移影响较小;E-B模型参数中K,n以及荷载子步对面板堆石坝应力、位移的影响较大。     

孔隙液体对透明土渗透特性影响对比试验

针对熔融石英砂与混合油、溴化钙及蔗糖等孔隙液体制配成的3种透明土试样,开展渗流液体与孔隙液体一致或者不一致两种情况下的常水头渗透试验,测得透明土材料在不同孔隙液体、粒径及相对密实度等情况下的渗透率,以及水在3种透明土试样中的渗透过程;并与福建标准砂相关试验结果进行了对比分析。进而开展透明土试样电渗可视化模型试验,初步探讨孔隙液体、渗透率等因素对电渗过程与机理的影响规律。试验结果表明,透明土试样渗透特性不仅与粒径分布、相对密实度等因素相关,而且与孔隙液体种类相关;混合油、溴化钙溶液制配成的透明土渗透率与天然砂土渗透率最为相近。     

用于确定双吸离心泵Suter曲线的三维内特性法研究

水泵Suter曲线是泵站水锤分析的必备条件之一。现有用于获取双吸离心泵Suter曲线的实测法具有难度大、成本高的特点,而间接插值估算法的精度又比较低,本文提出了一种通过水泵流场三维数值计算确定双吸离心泵Suter曲线的新方法,简称三维内特性法。该方法采用计算流体力学(CFD)技术,对双吸离心泵的水力模型进行三维造型、工况离散、流场计算及结果转化,以快速、准确地获取双吸离心泵Suter曲线,在正水泵工况、正水轮机工况、反水轮机工况、反水泵工况等工况下,计算出相应流量、转速、扬程和转矩关系。定量分析表明,相比于间接插值估算法,采用三维内特性法获得的Suter曲线中,Wh(x)的计算精度平均提高了39.2%,Wb(x)的计算精度平均提高了26.3%;在将采用该方法获得的双吸离心泵Suter曲线用于事故停泵工况水锤分析时,计算得到的系统最大压力降低了15.0%,管线发生汽化压力的范围缩减了81.4%,双吸离心泵的最大倒流量增大了11.9%,最大倒转速降低了6.1%,与实际测试结果更为接近。该方法为提高双吸离心泵站水锤分析精度提供了一种新技术途径。     

长江上游铜鱼产卵流速特性分析北大核心

长江上游是国家级珍稀特有鱼类保护区,上游水电工程的运行改变了保护区江段的水文情势,对鱼类产卵行为造成了一定影响。以铜鱼产卵场典型断面为基础,分析流量、水位和流速等指标的变化特性及其与铜鱼产卵规模的相关性认为,铜鱼产卵需要流速上涨刺激,对流速上涨的速率、波动次数、波动幅度等暂无明确要求,每年1月~7月流速最大差值是铜鱼产卵规模的指示性指标,与铜鱼产卵规模正相关。保护区流速受上、下游水库联合调度影响,只有同时采取生态调度,才能更好地满足保护区河道的生态保护要求。     

三维模型在台阶式溢洪道台阶段优化中的应用

采用VOF方法,结合RNGκ-ε紊流模型和单向流体自由追踪界面对台阶式溢洪道台阶段进行三维数值模拟。通过调整台阶式溢洪道平面布置、台阶级数和台阶尺寸对大华水库坝面溢洪道原设计方案进行优化。结合水工模型试验,分析比较原设计方案与优化方案台阶段水力特性,采用31级台阶、45级台阶、62级台阶三种优化体形后消能率增大,不设过渡段则流速最大值减小,流速最大值均不超过15 m/s。数值模拟计算值与水工模型实测值吻合较好,进一步表明VOF方法适用于台阶式溢洪道台阶段水流流动的三维模拟。     

输水隧洞衬砌在膨胀岩地层中的受力特性

以兰州市水源地建设工程彭家坪支线输水隧洞(穿越膨胀性岩层)为例,以荷载-结构模式计算并分析膨胀岩位于隧洞不同位置、在不同等级膨胀荷载作用下,衬砌内力、变形及最小安全系数的变化规律。计算结果表明,膨胀岩位于隧洞拱部时,随膨胀荷载的增加,衬砌墙脚应力集中显著,仰拱内侧弯矩及变形明显增大,属受力最不利工况;膨胀岩位于隧洞边墙及仰拱时,随膨胀荷载等级的增加,内力极值点会由仰拱向边墙转移;膨胀岩位于仰拱位置时,膨胀荷载对其影响较小。     

黄河下游在役桥梁群桩基础冲刷特性

为了探明黄河下游在役桥梁群桩基础的冲刷特性,对郑州刘江黄河公路大桥群桩基础进行了冲刷深度测试。测试结果表明:黄河河道展宽作用使得黄河水流对桥梁群桩基础的冲刷主要表现在侧向冲蚀,而非河道处为垂直向下冲刷,导致跨黄河桥梁群桩基础局部冲刷坑最大深度位置并没有全部出现在群桩迎水侧前方,而是部分出现在顺水流方向的侧面;黄河水流对跨黄河桥梁群桩基础冲刷作用最强烈的位置并不是主河道水深最深或水流流量最大的位置,而是在主河道两侧的位置;一般情况下,在顺水流方向,跨黄河桥梁群桩基础迎水侧冲刷深度大于背水侧,迎水侧的冲刷坑坑壁坡度较背水侧陡;群桩基础冲刷坑边缘大多数在距承台2.25倍桩径处;河道转弯对河床冲刷的影响较大,转弯外侧的河床冲刷更为严重,建议在设计中适当增大河道转弯外侧桩基的最大设计冲刷深度。     

向家坝水电站不同埋设方式蜗壳结构有限元分析

针对向家坝地面电站,采用三维有限元法分析比较蜗壳不同埋设方式下的流道及其外围混凝土结构的静力特性,为蜗壳埋设方式的选择提供依据。研究表明:直埋方案所需配筋最多,不经济,且可能产生贯穿性裂缝;垫层方案应力普遍较小,垫层沿水流向敷设至蜗壳45°断面的组合方案仅局部区域有较大拉应力。推荐采用垫层埋设方式或垫层敷设至蜗壳45°断面的组合埋设方式,但同时应采取有效工程措施避免局部产生贯穿性裂缝。