截流戗堤单向进占的局部冲刷三维数值模拟

戗堤截流主要在河道截流和堤坝溃口封堵等水利和防洪减灾工程中得到应用,戗堤周围的水力冲刷直接影响工程的安全性。由于戗堤进占过程表现出较强的三维非恒定性,因此目前采用三维数值模型全面细致地模拟进占过程中戗堤周围的三维水流结构和冲刷特性较少。该文基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型,从室内明渠截流工程实验中得到的龙口平均流速、上下游水位落差、底床切应力分布与地形变化的关系等结果验证了数值模型的可靠性。利用该数值模型模拟了截流戗堤单向进占方式下不同进占长度时戗堤附近和龙口处的三维水流特性,以及戗堤周围局部冲刷地形的发展。通过分析水流特性与冲刷坑发展的关系,阐述了戗堤周围局部冲刷的物理成因。研究结果表明:涡旋和下潜水流是戗堤附近河床剧烈淘刷的主要原因;单向进占时戗堤对水流具有偏移效应;在初始阶段,冲刷趋势表现为沿堤头的上游至裹头下游形成的斜向轴线冲刷;在冲刷发展过程中,龙口中部出现泥沙淤积,主要冲刷区位于戗堤和裹头绕流后的底床。研究成果进一步表明数值仿真技术可应用于工程截流实践中,能预测截流中可能出现严重堤脚淘刷的位置与趋势。     

工程截流裹头设计及防护

拉哇水电站工程截流采用单戗宽戗堤从左向右单向进占立堵截流,截流戗堤宽度为40 m,龙口布置于右岸,右岸戗堤堤头稳定与否,直接关系到工程截流的成败。针对电站河床深厚软弱覆盖层、地层抗冲能力弱的特点,裹头采用大块石、特大块石、钢筋石笼联组结构防护措施,取得了良好的效果。本文主要对工程截流前右岸戗堤裹头设计及防护进行简述,供类似工程参考。     

官地水电站预进占护底截流难度的试验研究

官地水电站采用宽戗堤截流,水力学指标高,龙口底部流速较大,龙口河床冲刷严重,影响堤头稳定;若采用双戗堤截流,由于上戗堤水舌的影响,下戗堤堤头坍塌严重,截流难以实施。为此,提出采用预进占护底,降低截流难度。模型试验表明,预进占护底对降低截流难度作用是明显的。2007年年底管地水电站成功截流。     

长江口深水航道沿堤冲刷特征与趋势分析

沿堤冲刷是导堤失稳的重要因素之一。利用多波束测深系统、ADCP流速剖面仪,结合历史水下地形数据,对长江口深水航道整治工程水下地形与水动力条件进行了观测。结果表明,北导堤外侧发育有长约19 km、最大深度2.3 m的沿堤冲刷槽;堤头北侧发育有长约190 m,最大冲深7.2 m的局部冲刷坑。落潮时,北港与北槽存在位相差,其形成的南向水流受北导堤阻碍产生的沿堤流是冲刷槽形成的主要原因;堤头北侧的局部剧烈冲刷坑则是在沿堤流与堤头横向扩散水流的共同作用下形成的。分析表明堤头垂线含沙量远小于水流挟沙力,导堤堤头的局部冲刷很可能会继续发展。     

西藏藏木水电站明渠截流戗堤轴线试验研究

结合西藏藏木水电站明渠截流模型试验,对其明渠截流钱堤轴线进行了优化研究。介绍了不采用传统明渠戗堤轴线选在明渠内的方法．而是将战堤轴线设置在明渠进口上游,龙口设置于明渠内侧河道．该布置的主要优点为：截流龙口位于原河床上。进而有效避免了因硬底明渠造成的截流抛投料流失量大的问题;通过截流戗堤自身对水流流向的调整,水流经过龙口后从下游向上游逆向流入明渠,改变了龙口流态,增长了水流流线,从而增加了沿程损失,减小了水力坡降,降低了截流水力学指标。     

长洲水利枢纽工程二期内江截流设计

长洲水利枢纽二期导流围内江,坝址属软基河床,龙口段覆盖层为含泥砂卵砾平均厚度达9 m,上游龙口采用单向从左岸向右岸立堵进占,龙口进占时龙口处河床冲刷较深.右岸预进占段裹头保护,龙口不护底,通过加大抛投强度和抛投特殊料物等措施,达到快速合龙的目的.对软基河床的截流设计与施工有借鉴价值.     

三峡工程大江截流和二期围堰施工

长江三峡工程大江截流在１９９７年１１月进行，取得了成功。截流方案曾比较了上游单戗立堵和浮桥平堵两种，最后确定采用“上游横向围堰背水侧截流戗堤单戗双向立堵，下游戗堤尾随，预平抛垫底”的截流施工方案。实施中首先对河床高程低于４０ｍ的深槽部位进行平抛垫底施工，并在连接段和预进占段进行防渗墙生产性试验，与此同时进行上、下游戗堤预进占施工，于１９９７年７月形成上、下游戗堤口门。９月戗堤恢复进占，１０月２７日上游戗堤形成４０ｍ宽的小龙口，１１月８日顺利合龙。     

桃源水电站二期工程截流设计与施工

桃源水电站二期工程截流龙口合拢按上游来流量不大于500 m3/s进行施工设计。根据水工模型试验及水力学计算成果,截流方式采用单向双戗立堵法截流,上、下游戗堤同时从右侧向左侧进占,仅上游单戗堤进行龙口合拢施工,取龙口宽度30 m时进行龙口合拢施工。截流施工中克服了分流条件差、准备时间短、备料不足等诸多困难,从截流准备到截流成功,只用了20余天。     

宽戗堤截流龙口水力特性研究

通过模型试验对宽戗堤截流龙口范围内的水流特性进行系统研究。试验结果表明:当宽戗堤宽度与总水头的比值B/H0在3.1~5.7之间时,随着戗堤宽度的增加,戗堤表现出宽度效应,龙口内水面形态由单降型流态变为双降型流态,龙口中下部流速降低明显,龙口前壅水高度逐渐增大;当B/H0>5.7时,戗堤的宽度效应减弱;当B/H0<3.1时,龙口区域没有宽度效应。运用多元回归分析,初步研究了各因素对宽度效应的影响。     

铜街子水电站截流成功

大渡河铜街子水电站是我国能源建设重点项目之一,装机60万千瓦。是以发电为主、兼顾漂木、灌溉和改善通航条件等综合利用的水利枢纽。经过半年准备在一期工程完建时,于1986年11月11日主河道提前19天截流成功。 本工程利用上游围堰的下游侧排水堆石体作为截流进占戗堤。戗堤总长160米,预进占段和龙口段各长80米,顶宽22米。龙口位置设在河床左岸,自右向左采用单戗堤单向立堵法截流。针对河床覆盖层深、纵向坡度大和上游龚咀水电站调峰运行增大了河道枯水期瞬时流量等特点,拟定三个截流措施:(一)龙口护底;(二)先明渠分流,再戗堤进占;(三)合龙阶段,利用龚咀水库调蓄限流。计划于11月29日开始,48小时内龙口断流。     

非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性

阶梯形丁坝是常见的航道整治建筑物,天然河道中的水流多为非恒定流,非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性研究,对丁坝结构设计和水毁防护等具有重要意义.采用自回归马尔柯夫模型,将天然来流过程概化为波谷起冲和波峰起冲2种情况,基于平面二维水流泥沙数学模型,探讨非恒定流作用下的阶梯形丁坝局部冲刷特性.结果表明:① 不同流量过程...     

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响,基于天然河道形状和实际丁坝群布置,提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法,建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε模型模拟计算,用VOF方法进行自由表面的追踪,并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据,数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝,对其长度进行调整,调整后冲坑深度明显改善。     

基于CFD的防淘墙河床冲刷模拟方法

基于CFD技术,通过建立冲刷坑底部水流流速与床面颗粒临界起动流速之间的平衡关系,控制数值计算中的冲坑底部边界的变化,探讨了防淘墙周边深覆盖层河床冲刷模拟的方法。采用该方法对丁坝模型进行局部冲刷数值模拟,结果表明该方法可以较好地反映冲刷坑的位置、深度及底部轮廓。更多还原     

丁坝群附近流场及局部冲刷的三维数值模拟

为探索丁坝群附近水流流场,揭示其局部冲刷的形成机理,该文采用Flow-3d软件,选取RNG k-ε湍流模型和以希尔兹(Shields)数为基础的泥沙推移质输沙率模型对上挑丁坝群的周围流场分布和局部冲刷进行了三维数值模拟。研究发现,丁坝群间涡系结构复杂,第一座丁坝坝头处有一对反向的旋涡和下潜水流,切应力达到最大值,使得该位置有较大冲刷坑发生,解释了冲刷机理。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝群及相关河道整治工程的流场和冲刷坑计算。     

丁坝头冲深和堵口抛石大小的计算

将局部冲刷计算式应用到丁坝头和堵口截流冲坑深度的计算，并引用绕板桩渗流场渗势理论计算水流绕坝头的单宽流量（或流速),而给出了进占堵口丁坝坝头护脚抛石的稳定性计算式，经过验算，冲深与抛石稳定性的计算与实际工程的结果较为一致。     

双戗堤截流时下戗堤的作用分析

立堵截流计算的核心内容是龙口流速的求取，因为龙口流速的大小直接影响到截流时所选择抛投料粒径的大小，可以说是衡量截流难度的一个重要指标。本文在分析单戗堤立堵截流龙口流速变化规律的基础上，着重研究了在双戗堤立堵截流中，当上戗堤最困难的时候，也就是流速最大的时候，下戗堤是否能够壅水，从而降低上戗堤的截流难度这个问题，论证了双戗堤立堵截流水力控制条件的正确性，为双戗堤立堵截流的顺利施工提供判断依据一     

圆柱桥墩局部冲刷机理试验研究

为进一步探索圆柱桥墩局部冲刷机理,分别从桥墩附近水流流速分布特性、桥墩冲刷特性以及冲刷与流速相互关系对圆柱桥墩顺水流向不同布置方式的局部冲刷水力学特征进行了模型试验研究.结果表明:两排10桥墩顺水流(桥墩轴向与水流方向夹角分别为90°,60°,30°,0°)均匀布置时,桥墩轴向与流向夹角越小,流速在桥墩上下游紊动越小,对下游影响范围越大,且流速越大,冲刷深度和范围越大.顺水流布置0°夹角时,冲刷程度最小,在相同流量下,冲刷稳定历时最短;垂直布置(90°夹角)时,冲刷程度最严重,所需冲刷稳定历时最长,且随着流量的增大,桥墩墩前冲刷坑最深位置逐渐向水槽中间偏移.     

植物生态护岸技术的效果分析——以漳河下游陈村险工为例

根据植物护岸机理,以漳河下游河道陈村险工为具体研究对象,通过数学模型模拟,分析了植物根部的加筋作用和植物地面以上部分对水流拖曳力的分担作用,及其对减缓丁坝冲刷的贡献。研究发现:种植植物后水流对丁坝附近土壤的有效拖曳力虽然随流量的增大而增大,但增幅减缓,说明植物的阻滞作用也随流量的增大而增大;在研究的流量范围内,种植植物后丁坝的冲刷深度比种植植物前减少了40～126cm。     

丁坝坝头冲淤的三维数值模拟

本文对洪水条件丁坝近体的局部冲淤进行了三维数值模拟。开发了与全三维紊流模型连接计算的泥沙模型。泥沙推移质的计算考虑了床面坡度对推移质输沙率和临界启动剪切力的综合影响。模型经丁坝淹没绕流实验的充分验证。结果详尽讨论了局部冲刷随时间的动态变化过程和动平衡下的河床平面形态特征。     

裸露穿河管道在压重块保护下的冲刷特性

水流冲刷引起河床变形的不确定性对水下穿越管道的安全运行造成威胁.为了探究裸露穿河管道在压重块保护措施下的冲刷特性,通过水槽模型试验,研究压重块长度、压重块布置间距、水流流速、河道水深等因素对管道周围河床地形和冲刷深度的影响.试验结果表明:水下穿越管道在压重块保护措施下的冲刷过程可分为冲刷坑形成、压重块迎流侧悬空、管道迎...