基于TELEMAC与SISYPHE耦合模型的围堰附近砂床局部冲刷的三维数值模拟

通过进行围堰附近砂床的局部冲刷物理试验,提供各测点的冲刷深度数据,该数据可用于后续的数值模型验证中。提出将TELEMAC与SISYPE进行耦合,根据该耦合模型对该试验进行了三维数值模拟,并与试验值进行对比。结果表明,模拟所得的冲刷深度分布规律与试验结果基本一致,期相对误差在10%以内,证明了该方法的有效性与适用性,为提高围堰附近的河床局部冲刷预测能力提供了参考。     

广佛过江隧道工程冲刷试验研究

介绍了一项沉管式隧道的最大冲深物理模型试验。沉管式隧道修筑过程中需要先开挖后回填,隧道覆盖层与原河道之间存在软硬交界面,在河道发生冲刷时可能形成拦河潜坝,导致局部冲刷加强,影响堤防及隧道本身的安全,开展物理模型试验是论证隧道工程合理性的有效技术手段。针对位于珠江三角洲东平水道上的广佛过江隧道工程实例,根据抗冲性的要求选用不同模型沙以模拟河道分层地质和隧道覆盖层,开展隧道河段在极端洪水作用下冲刷试验,根据试验成果优化埋深和覆盖层冲刷防护措施,为过江隧道方案设计和施工提供合理依据。     

近年汉江皇庄河段水位变化特征及其成因分析

2017年汉江秋汛期间,在同流量下,皇庄站水位有所抬高,对河段的防洪形势影响较大。为此,分析了皇庄河段2000~2017年实测数据,包括皇庄河段水位变化、水面落差变化、冲淤变化以及附近工程影响。根据水位分析结果发现:2016~2017年与2000~2015年相比,汉江皇庄河段高水位抬高约1. 47 m,中水位抬高约0. 13 m;一般枯水位时,2016~2017年与2010~2015年水位基本一致,与2000~2009年比较,水位降低0. 28~0. 41 m。根据水面落差分析发现:转斗湾-皇庄段水面落差呈降低趋势;皇庄-大同河段水面2016~2017年5 000 m3/s流量以上落差增加较大,其他时段和流量情况下整体呈降低趋势;大同-沙洋河段在2014~2015年5 0003/s流量以下时落差降低较大。碾盘山-马良河段固断冲淤计算分析表明:河段整体呈冲刷趋势,局部河段有所淤积。桥梁工程附近实测水位数据分析表明:桥位附近落差较大。综上分析表明:枯水位降低,主要是由于河道整体冲刷,过流能力增强导致;中、高水位抬高主要是由于桥梁工程施工影响和局部河段淤积所致。     

坝岸根石冲刷坍塌数值模拟

根石走失一直是黄河坝岸中较为突出的工程问题,直接影响着坝垛工程的基础稳定与整体安全。基于Flow-3D软件建立了根石冲刷坍塌走失数值模型,并采用物理模型试验算例进行验证。数值模拟结果中泥沙面计算值和物理模型试验实测值吻合度高,说明数值模型可用。随后基于数值模型计算了实际坝垛工程的河床冲刷过程。计算结果表明:坝前头处冲刷坑出现的时间最早,冲坑最深,随着水流的持续淘刷冲坑向上跨角和下跨角区域发展,此2处的冲刷坑深度相近,部分泥沙在坝裆间由于水流漩涡作用形成堆丘。坝垛工程中容易出险的部位为坝前头和上跨角,实际工程中应主要对这两处进行防冲加固。     

桥墩局部冲刷动态模拟及不同截面的冲刷特性

为了获得桥墩局部冲刷随时间的演变过程,探讨不同截面桥墩的冲刷特性,采用计算流体动力学软件FLUENT的自定义函数功能和动网格更新技术,考虑湍流涡增强效应的床面剪应力和坡度影响的临界剪应力,得到床面的输沙率,通过输沙率与床面高程的变化关系实现床面地形随时间的动态变化,并利用泥沙坍塌的调整来克服床面坡度超过泥沙休止角造成的模拟失真及数值不稳定。结果表明:局部冲刷最大深度、冲坑形态及流场结构的模拟结果与试验结果较为吻合;在最大墩宽一致的情况下,流线形桥墩的冲坑深度比圆柱形桥墩降低约45%,比尖角形桥墩降低约40%,冲坑范围也有所下降。     

山区河道斜交桥梁的防洪计算分析

山区河道弯曲狭长,洪水期峰高流急,而受地形和线位制约,很多桥梁不得不采用斜交方式跨河,进一步增加了阻水面积,给河道防洪造成很大压力。以拟建兰江特大桥为例,通过二维数值模型计算分析斜交桥梁扭转桥墩和增大桥跨两种结构优化方案对山区河道防洪和河床冲刷的影响效果。结果表明:扭转桥墩轴线与水流方向平行可以减小斜交桥梁对河流的阻水效应,并且可以改善桥墩的挑流作用,减小河道冲刷;增大桥跨(减少桥墩阻水面积)也是减轻桥梁阻水的有效措施,再结合扭墩对桥梁结构进行优化,可以显著减轻桥梁阻水作用,改善桥墩的挑流作用,并且减轻对河道的冲刷。     

基于河床下切边界条件的引黄闸改建闸址比选

小浪底水库运用以来,受水库拦沙和调水调沙影响,黄河下游河道河床持续冲刷下切,同流量水位降低,对引黄涵闸引水能力产生了不利影响。受下游河床边界条件变化影响,对部分涵闸进行改建十分必要。下游涵闸改建工程中闸址比选是工程设计的重点及关键,在研究黄河下游大河引水流量水位变化及影响的基础上,以位山闸为例,从地质、水流条件、引渠淤积情况、引渠清淤临时占地及生态环境影响、对原建筑物影响、对施工工期影响等因素综合分析论证,并确定闸址比选结果。     

水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究进展

在水利枢纽尤其是水库的拦蓄与调节作用下,下游河道的来水来沙条件显著变化,将导致下游河道不平衡输沙,引起河床冲刷与再造。水利枢纽下游河道的河床冲刷与再造过程,兼具床沙冲刷—粗化—交换—悬移质恢复等多过程耦合的微观水沙运动特性,以及泥沙冲淤—床面形态变化—纵比降改变—河型河势调整等多尺度复杂响应的宏观形态变化。国内外相关研究主要通过实测资料分析、理论研究、实体模型试验和数值模拟等手段,从微观机理和宏观规律2个主要方面开展。归纳和总结了国内外水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究成果,对河床冲刷与再造实体模型试验和数值模拟中的模型沙选择、泥沙恢复饱和系数等关键技术问题的研究进展进行了分析,并指出了需要进一步研究的重点和亟待解决的科技难题。     

柴坪水电站溢流坝下游河床冲刷试验

柴坪水电站坝址距离河床弯道较近,地质条件相对较差,大坝采用的消能方式为面流消能,使得水电站下泄水流流态比较复杂,下游河床冲刷剧烈,因此需要对水电站进行整体水工模型试验,证明水电站设计能够满足工程运行要求。研究发现溢流坝下泄水流的主流偏向右岸,对水电站下游右岸河床产生严重冲刷,对大坝的稳定性与工程安全运行造成影响,需要对水电站体型进行优化。研究采用在水电站右导墙处增加贴角,延长溢流坝左边孔左闸墩,同时去掉溢流坝左侧导墙的方式,迫使溢流坝下泄水流主流偏向河道中间。优化方案使下游河床冲刷减弱,降低了河床冲刷对大坝整体稳定性的影响,满足水电站工程运行要求,可以为类似工程提供设计参考。     

喷嘴间距对双股平面射流冲刷的影响

喷嘴间距是影响射流冲刷效果的关键参数。利用FLOW-3D软件对双股平面射流的沙床冲刷进行了数值模拟。固定沙床粒径和冲刷靶距,比较了不同喷嘴间距下冲刷沙坑的形状、深度和面积,分析了冲刷形成的流场和浓度分布。研究发现,两股射流之间会形成漩涡,这种漩涡会消耗射流的能量,但同时又促使中间区域沙床的泥沙残留减小。在某一喷嘴间距下冲坑的深度会出现极小值,设计喷射机具时应避免此种布置。同时存在最佳喷嘴间距,可确保冲刷区域无残留浅点条件下冲坑深度和面积达到最大,获得较佳的冲刷效果。