天台水库泄洪洞设计水力计算分析

天台水库大坝位于福州市马尾区天台山下游,小(1)型水库,是一座以防洪为主、兼顾供水的综合利用水库.天台水库泄洪洞具有水头高、流速大、空化系数较低的特点,高速水流问题较为突出.设计通过对泄洪洞进水口底高程、过流能力、洞顶压力余幅与空化数、溢流段水面线、挑流消能等整体水力计算,对泄洪洞体形、尺寸进行设计及复核.该文对泄洪洞...     

泄洪洞腔道涡流特性实验测量与数值模拟研究

以模型实验与数值模拟计算结合分析的方式,考虑流动速率、涡流角等重要水力因素,基于侧水位、自由流出和淹没流出三种工况,对泄洪洞腔道涡流特性实验测量和数值模拟计算成果进行专题比对,探究泄洪洞腔道水平涡流段至塞阻均匀段的涡流特性.研究结果认为,不同工况下,腔道直径呈现出先降低后加大的演变趋势,在塞阻均匀段出口达到了最大.当上...     

泄洪洞整体三维紊流数值模拟

利用实用、高效的泄洪洞整体三维紊流数值模型,对滩坑水电站泄洪洞进行了数值模拟,该模型采用引入VOF方法的k-ε紊流模型,结合通用性强、易扩展的非结构混合网格。为克服网格扭曲给计算精度带来的影响,用一种改进精度的格心格式计算通量,使之具有非结构网格剖分的灵活性,程序的通用性和可扩展性,又有较高的计算精度。数值模拟结果和模型试验数据的对比分析表明,该模型是实用可靠的。     

西藏满拉水利枢纽泄洪洞进口高边坡稳定分析及处理

西藏满拉水利枢纽泄洪洞进口边坡高度６０～１００ｍ,地质条件较复杂,断层及顺坡向节理均较发育,岩体完整性较差,在边坡加固处理中要用挡墙、喷锚、挂网喷锚、锚索等。从而达到了稳定边坡的目的。     

乌东德水电站泄洪洞进口边坡特殊岩体工程地质性状及稳定性研究

金沙江乌东德水电站左岸泄洪洞进口正面坡最大坡高150m, 边坡结构为反向坡。边坡主要位于中元古界会理群因民组第二段第一亚段(Pt22-1y)薄层状陡倾大理岩化白云岩地层中, 层面附绢云母薄膜, 层间劈理发育。岩体完整性较差, 岩体质量主要为Ⅳ级。本文通过岩石及充填物镜鉴、室内及现场物理力学试验等手段相结合的方法对该段岩体的岩性特征、结构特征、物理力学特性进行研究。以此为基础, 分析与评价由该岩体构成的边坡的稳定性与变形破坏模式, 为支护设计提供依据。通过变形监测成果分析, 说明边坡支护措施的有效性与及时支护的必要性。本文对由特殊地质体构成的边坡的稳定性研究工作具有重要的借鉴作用。     

弯道取水口河冰运动特性及导冰筏优化设置

采用DynaRICE二维河冰模型模拟弯道及其取水口附近的水面冰运动和堆积过程,探讨弯道取水口导冰筏的优化设计。该模型耦合了水动力方程和冰动力方程,分别采用有限元法和光滑粒子流体动力学法对水动力方程和冰动力方程进行求解。模拟得到弯道取水口处水流水力特性、不同角度导冰筏下河冰运动规律及其受力情况。结果表明河冰靠弯道凹岸一侧运动,并在取水口附近及其下游堆积,横向环流对河冰运动影响可忽略,取水口上游设置角度和长度合理的导冰筏可有效阻止河冰进入引水渠。但是,下游也需设置导冰筏来防止河冰在取水口下游堆积及向上游延伸到取水口。     

弯道取水口河冰运动特性及导冰筏优化设置

采用DynaRICE二维河冰模型模拟弯道及其取水口附近的水面冰运动和堆积过程,探讨弯道取水口导冰筏的优化设计。该模型耦合了水动力方程和冰动力方程,分别采用有限元法和光滑粒子流体动力学法对水动力方程和冰动力方程进行求解。模拟得到弯道取水口处水流水力特性、不同角度导冰筏下河冰运动规律及其受力情况。结果表明河冰靠弯道凹岸一侧运动,并在取水口附近及其下游堆积,横向环流对河冰运动影响可忽略,取水口上游设置角度和长度合理的导冰筏可有效阻止河冰进入引水渠。但是,下游也需设置导冰筏来防止河冰在取水口下游堆积及向上游延伸到取水口。     

罗索夫斯基弯道环流公式的统一

在弯道环流理论和工程应用研究中,罗索夫斯基公式具有重要意义,但对于光滑和粗糙床面,该公式分别用两个式子来表示,通用性不强,且卡门常数取值0 5也显得不合理。对此进行了分析,并针对公式推导中存在的问题,采用底床不可滑动条件,对公式重新进行了推导,得到了统一的弯道环流流速垂线分布公式,同时得到了统一的水面横比降表达式。通过对光滑和粗糙床面条件下弯道环流实验资料的验证,并和原罗索夫斯基公式及修正式比较,结果表明得到的公式不仅与实际值最为符合,而且适合不同粗糙度的床面,是计算弯道环流流速垂线分布的通用公式。     

基于弯道超高计算泥石流流速的探讨

泥石流流速是难以实测和准确推算的重要参数。在分析既有各类弯道超高计算公式的基础上,探讨适用于各类泥石流的弯道超高计算模式,进而改进基于弯道超高的粘性泥石流、稀性泥石流和泥流的流速计算公式,用实例加以验证。     

明渠弯道水流平均运动规律试验研究

利用高频粒子图像测速PIV(Particle Image Velocimetry)系统对明渠弯道水流进行了测量,在两种不同试验方式的配合下,不仅提供了大量高精度的平面二维流场数据,还成功重构了弯道水流的三维平均流速场,为深入研究弯道水流复杂的时均流动结构提供了试验依据。试验结果表明,由于弯道曲率不连续,水流主流区在弯道入口位于凸岸附近,随后在离心力的作用下逐渐转移至凹岸,并一直维持至弯道出口;凹岸顶托及环流运动导致不同横向位置处的纵向流速剖面近床面区域速度梯度及最大流速的位置沿程发生改变;弯道曲率越大,最大水深平均纵向流速转移至靠近凹岸一侧的位置离弯道入口越远;受上游直段二次流的影响,环流运动在弯道入口断面呈三涡结构,随后快速衰减为双涡结构;弯道主环流的强度沿程先增加后减小,涡核位置沿程往复摆动。     

高坝明流泄洪洞掺气减蚀三维数值模拟分析

高坝明流泄洪洞的掺气减蚀问题倍受关注。以溪洛渡水电站3#泄洪洞为研究对象,结合大比尺单体模型试验成果,应用分段计算方法对泄洪洞掺气减蚀问题进行了三维紊流数值模拟分析。结果表明:泄洪洞各道掺气坎布置合理且有稳定掺气空腔,掺气坎体型基本合理,明流段洞顶余幅足够。泄洪洞反弧段及末端一段区域水力特性复杂,应重点关注此部位的设计及施工问题。对于高流速、大梯度泄洪洞水力学问题,采用分段计算能提高计算速度。     

江坪河水电站溢洪洞围岩稳定性仿真分析

以江坪河水电站溢洪洞进口段为工程背景,基于大型有限元分析软件ANSYS,模拟地质地形,包括不同岩层、断层条件,采用弹塑性有限元模型和Drucker-Prager屈服准则,对溢洪洞施工全过程进行非线性数值仿真计算分析,得到了不同岩层围岩的应力和位移分布规律。通过对位移、应力场,特别是拉应力大小、深度的分析,以及塑性区和点安全系数分布等的综合分析,对溢洪洞进口段在开挖未支护和开挖后及时支护两种工况下的稳定性进行了评价。计算结果表明,隧洞进口段围岩开挖未支护时,洞顶下沉位移大,有大面积塑性区和超过岩体抗拉深度的区域,稳定性差。及时支护后,洞顶塑性区和超过岩体抗拉深度的区域减小,稳定性明显提高,但CK2强风化层支护区的点安全系数略大于1.0,且内部仍有小于1.0的区域。因此,建议CK2强风化层加强支护,最好采取钢拱架强支护措施,其结果为设计和施工提供了重要参考。     

高地温隧洞支护结构受力特性

高地温问题严重制约了地下工程的施工和安全运营,结合新疆某水电站引水洞存在的高岩温问题展开研究。根据地质资料设置了6种地温边界,研究隧洞围岩及支护结构在开挖、施做喷层、施做衬砌和过水等工况下的受力及变形特性,并与不考虑温度场时的分析结果进行了对比分析。研究表明：高温对隧洞稳定性有显著的影响,高温下锚杆轴力约为不考虑温度场时的294倍,衬砌环向拉应力约为不考虑温度影响时的2.13倍;保温层作用显著,若不考虑保温层的影响,锚杆轴力和衬砌拉应力会更大;过水对衬砌受力影响较大,过水后衬砌环向拉应力迅速增大为过水前的2.65倍。研究结果为类似工程的设计与施工提供借鉴。     

高地应力下深埋隧洞软岩段围岩时效特征研究

“引大济湟”调水总干渠输水隧洞埋深大,地应力较高,其中穿越的洞段Ⅳ、Ⅴ类围岩占有较大的比例,在高地应力作用下围岩开挖卸荷后极可能出现大变形失稳、垮塌等,这些都极大地影响着TBM的掘进效率及施工进度。根据洞室开挖过程中实际揭示的围岩地质条件及变形特征,采用三维黏弹塑性数值方法,对围岩的流变特性与时效变形进行研究;在对实测地应力场进行分析基础上,结合围岩现场变形规律,对围岩蠕变力学参数进行了反演,进而对隧洞开挖区域的软弱围岩进行黏弹塑性数值分析,获得了规律性认识,为动态调整设计提供科学依据。     

弯道出流横向流速的衰减长度

为研究弯道出流横向流速的衰减规律,通过量纲分析建立了量纲一衰减长度的经验公式,采用系列数值试验的结果率定了该经验公式,分析了各因素影响程度以及衰减长度分布规律,并与理论公式进行了对比。试验发现雷诺数Re和弗劳德数Fr对衰减长度影响极小;衰减长度,横向上凹岸区最大,中间次之,凸岸区最小;垂向上近底区最大,近水面区次之,最小值位于中间。典型理论公式计算的衰减长度的垂向分布,与试验结果定性一致,但由于忽略横比降的影响,导致其在近底区偏小。结果表明:该经验公式考虑因素较理论公式更为全面;衰减长度在不同区域不同;采用相似模型研究弯道出流的环流衰减长度时,需要保证阻力相似,但一定条件下,可以放弃Fr和Re相似。     

水平旋流消能工水力学研究方法适宜性

为明晰原型观测、模型试验和数值模拟3种水力学研究方法对水平旋流消能技术的适宜性,基于公伯峡水平旋流洞体型,对比了3种方法的研究成果,得到各方法对不同参数的适宜性。结果表明:3种方法对宏观水流流态、旋流洞壁面压强、消能率的研究结果基本一致;模型试验和数值模拟的环状空腔长度与原型观测存在不同程度的差异,进而影响竖井内其他参数的准确性,工程设计中应对其进行必要的修正;数值模拟和模型试验是研究旋流空腔形态和旋流洞内流速的可行方法,能有效克服原型量测技术的局限,且数值模拟研究更具优势;1∶40及以上比尺的模型是研究起旋室通风井通风特性的有效方法。     

高地温对隧道岩爆发生的影响性研究

新建拉林铁路桑珠岭隧道高地应力、高地温隧道开挖过程中岩爆灾害突出。考虑开挖卸荷与温降共同耦合作用,对隧道开挖过程中不同温度时洞周应力释放过程进行数值模拟,同时对隧道开挖后的二次应力进行现场实测,就高地温对隧道洞周应力的影响进行了比较分析,最后就不同岩爆判据下高地温对岩爆发生的影响性进行了讨论。研究结果表明,采用应力释放率和温降指标反映开挖卸荷与温降共同耦合作用能合理描述高地应力高地温段开挖过程中的应力特征和岩爆发生规律。当温降超过55 ℃,应力释放率大于40%以后, 及 量值随应力释放率增大而线性增长,当应力释放率达到100%时达到最大,不同位置洞周应力拱脚处增长最快,拱顶次之,其他位置较低。在开挖中受高地温影响岩爆发生时间提前,岩爆发生等级亦不断增加。     

深埋隧道层状围岩变形特征分析

层状岩体在地下工程中经常遇到的,它具有明显的各向异性力学性质。结合共和隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对层状岩体的破坏特征进行了分析,研究结果表明：围岩的变形位移、破坏区都主要集中隧道拱顶右侧,即靠河侧大于靠山侧。隧道围岩变形破坏区不在最大主应力方向上,而是在岩体层理垂直方向。层状岩体中洞室变形破坏特征除了因地形产生的偏压影响外,更重要的是受地层结构特征的影响,即与层状岩体的力学性质极大相关,其结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。