两级堰塞坝连溃过程数值模拟及溃口流量演化特征研究

在强震作用下,高山峡谷区易发生滑坡堵江形成串联的梯级堰塞坝,其中一级一旦溃决易引发梯级连溃。本文基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、湍流重正化群模型,以及悬移质和推移质冲蚀方程,并考虑溃口边坡的失稳坍塌,采用有限体积法建立了梯级堰塞坝连溃过程数值模拟方法,用于模拟连溃过程中的水动力特征及梯级堰塞坝的溃口形态演化过程。选择典型的两级堰塞坝连溃概化模型试验作为数学模型验证案例,对比实测值和计算结果发现,上下游堰塞坝溃口洪水流量过程和溃口形态演化过程基本一致,上下游堰塞坝溃口峰值流量、区间洪水演进时间等关键参数的相对误差小于±5%;比较上下游堰塞坝溃口洪水流量过程发现,梯级堰塞坝发生连溃时,溃坝洪水存在级联放大效应。选择上下游堰塞坝距离、河道坡度和下游坝坝高等三个关键参数,研究连溃洪水的放大效应及其影响因素,参数敏感性分析结果表明:下游坝溃口峰值流量随两坝间距和下游坝坝高的减小而增大,随河道坡度的增长呈先增大后减小的趋势;上游坝溃决洪水演进至下游坝时可能产生涌浪翻越并冲蚀坝顶,导致坝顶高程降低,并对下游坝发生溃决的时间以及溃口峰值流量产生影响,因此涌浪对下游坝溃决过程的影响与涌浪翻越坝顶的水量以及坝料冲蚀特性相关。选择小岗剑上、下两级堰塞坝连溃案例,通过对比计算和实测的溃口流量以及溃口形态发现,关键溃坝参数的相对误差小于±10%,验证了模型在实际案例中应用的合理性,本文提出的数值模拟方法可为梯级堰塞坝连溃风险评估和应急处置提供重要技术支撑。

澜沧江流域某水电站危险区域识别及溃决过程模拟

保证坝体稳定是水利水电工程的关键,在洪水及地质运动的作用下,大坝溃坝风险将会增加,一旦发生溃坝将会造成严重的经济、社会损失。以澜沧江某混凝土重力坝为例,开展坝体危险区域识别及溃决过程分析。利用有限元方法对坝体在洪水作用下的应力、应变进行研究,发现当水位漫顶时坝顶中心点位置位移最大,当伴有近场强震时,该区域极有可能发生破坏导致溃坝;利用HEC-RAS软件对该种工况的洪水演进情况进行了分析。

堰塞坝漫顶溃决离心模型试验研究

基于南京水利科学研究院400g·t溃坝离心模型试验系统,利用其高速旋转产生的超重力场的“时空放大”效应,开展离心模型试验研究了堰塞坝漫顶溃决时的溃口演化规律和溃决机理。首次通过离心模型试验研究了坝高、下游坡比、坝料级配对堰塞坝漫顶溃坝过程的影响。试验结果表明:堰塞坝漫顶溃坝过程可划分为表层冲刷、溯源冲蚀、沿程侵蚀和溃口稳定4个阶段;溃口峰值流量对坝高最为敏感,平均粒径次之;达峰时间主要受下游坡比影响,溃坝后相对残余坝高主要受平均粒径影响。

西南某特高心墙堆石坝溃坝概率研究

针对我国西南地区拟建的某特高心墙堆石坝,基于工程资料分析得到了大坝风险要素,采用FMECA法分析确定了大坝主要溃坝模式为漫顶溃坝和渗透破坏溃坝,其中,漫顶溃坝有5种溃坝路径,渗透破坏溃坝有3种溃坝路径;利用事件树法计算这8种溃坝路径的溃坝概率,最终计算得到综合溃坝概率。该计算结果可为编制应急预案和工程建成投运后的突发事件监测预警及应急处置提供科学依据。

连续分布超径粗粒土的级配缩尺方法与适用条件

结合国内若干座典型高坝,分析堆石料和砂砾料的填筑级配特性;在此基础上,结合大石峡和长河坝坝料室内相对密度试验和大型压缩试验,研究超径粗粒土级配缩尺方法的合理选择问题。结果表明:(1)Weibull模型对于反映筑坝粗粒土的级配构成具有较好的适应性,也可以反映级配的分形特性;(2)连续分布的粗粒土级配,剔除法、等量替代法、相似级配法等常见缩尺方法可采用统一的级配缩尺公式表示,可以准确计算缩尺试验级配;(3)使用最优颗粒充填关系对应的临界P5值,代替规范建议的小于5 mm颗粒质量百分含量P5不大于15%的标准,作为相似法的使用条件,即可避免过度使用混合法带来的缩尺试验误差,也不会出现相似法导致缩尺级配的'砂化'问题,可最大限度地保证缩尺前后级配的几何相似,有效提高缩尺试验结果的精度;(4)利用临界分形维Dc与最大粒径无关的性质,对于不同分布类型级配的超径粗粒土,可采用分形级配公式计算缩尺级配的临界P5值,并根据原级配参数确定相应的缩尺方法。研究成果可用于超径粗粒土的缩尺试验,具有较强的应用价值。