某水电站溢流坝消力池水工模型试验研究

针对某水电站溢流坝在泄流时二级消力池流态紊乱、水流翻越消力槛对下游产生冲刷等问题,依据重力相似性准则,建立水工模型试验,对现状溢流坝消力池段进行安全评价并分析水流流态、沿程水深分布等水力特性。根据试验结果提出优化思路,即拆除一级消力池内梯形堰,将WES堰替换为增高3m的跌坎,二级消力池内梯形堰增高0.5m;优化后溢流坝消力池段内整体水流流态较好,相较于原设计耗散了溢流坝消力池内多余水流能量,降低了池内整体流速。试验结果可为工程的设计及运行提供理论依据。图5幅,表3个。

严寒地区拱坝溢流表孔三维有限元数值模拟分析

溢流表孔作为拱坝重要的泄水建筑物,对大坝安全运行具有重要的作用。以某拱坝溢流表孔为例,该表孔地处高纬度严寒地区、结构复杂且地震烈度高,通过三维有限元法对表孔在不同工况下的静、动力应力进行计算分析,根据计算结果,对表孔结构进行配筋设计,确定受拉钢筋的布置方式及配筋量,使表孔结构钢筋布置满足承载力及正常使用要求。研究结果可为类似工程配筋设计提供参考依据。

瓦石峡水库工程初期蓄水生态放水方案选择

文章以新疆若羌县瓦石峡水库工程为例,对大坝蓄水期下游生态放水系统的设计进行了研究。通过对比两种方案,最终选择在导流洞旁修建旁洞的方案,该方案具有投资小、运行简便、下闸蓄水后可立即进行生态放水的优势。且该方案已在实际工程中进行了应用,生态放水阀室在下闸蓄水期间表现良好,未对导流洞结构安全产生显著影响,验证了设置旁通洞方案的可行性。

滑模施工技术在溢流坝堰面反弧段的实践分析

随着经济的发展,水利工程建设不断加速。溢流坝作为水利工程的重要构造物之一,具有调节水位、疏导洪水、保护生态环境等重要作用。在实际施工过程中,由于地形、气候和水文等多方因素的影响,溢流坝的建设相对复杂。文章以福建闽江水口水电站枢纽坝下水位治理与通航改善工程主体工程溢流坝堰面反弧段结构为例,主要从工程概况、模板方案对比、滑模主要施工工艺、本项目取得的成果等方面介绍滑模技术在堰面施工中的应用,为日后类似工程施工提供实践经验和参考价值。

门槽充水对塔式进水口工作性态的影响研究

坝下涵管作为重要输水建筑物,在土石坝工程中被广泛应用。其进水口启闭竖井塔柱结构遭遇设计洪水位甚至校核洪水位时,竖井内工作门槽及检修门槽常常会充水,此时结构受力状态与常水位下存在差异。采用有限元法对某工程进行仿真分析,分析门槽充水对塔式进水口工作性态的影响。研究结果表明,各工况下结构位移和应力分布规律基本一致,且数值均较小。校核洪水位下,检修闸门门槽及工作闸门门槽内充满水体,结构位移及主拉应力均小于正常蓄水位工况,门槽充水对结构的稳定性和安全裕度具有增强作用。

极端天气对于溢流坝段温度与应力影响分析

以某水电站为对象,采用数值模拟的方式,模拟了大坝在常规运行期和极端天气下的温度场和应力场分布。研究表明:在常规运行期中主要是夏季大坝温度应力较大,其中变电洞左侧顶部区域的拉应力最大,达2.64 MPa,超过混凝土抗拉强度。在极端天气影响下,高温和泄水的条件下,此处的拉应力将进一步提高,达2.93 MPa,极易产生裂缝。冬季寒潮对于大坝表面混凝土的温度和应力影响较大,其中反弧段附近的混凝土拉应力从1.6 MPa增至4.0 MPa,超过抗拉强度。因此极端天气加剧了温度变化对于大坝的影响,主要改变大坝表面温度场的分布,形成更大的温度应力,危害结构安全,需得到足够重视。

基于数值模拟探讨强透水坝基渗透安全性

为了美化环境和涵养水源,在河道生态治理中一般采取拦河修建多道溢流坝,形成连续的阶梯水面,这些溢流坝大都坐落在土基或强透水地基上,如何确保强透水地基上的溢流坝渗透安全是设计人员首先要解决的问题。对于较深厚强透水覆盖层坝基,将覆盖层清除后再建溢流坝不仅投资较大且不符合生态理念。以山东省青州市南阳河下游坝沟水库溢流坝坝基防渗处理措施为例,运用有限元数值模拟方法,在保障河道生态健康的前提下,对防渗墙深度与坝基渗流量的关系、防渗墙深度与渗透坡降的关系进行了计算分析,对强透水地层上修建溢流坝的防渗方案进行了分析,对渗透安全问题进行了探讨,并对在实际运用中需要注意的问题提出了建议,可供类似工程防渗设计时参考。

台阶式溢流坝消能的水力特性和设计应用

台阶式溢流坝因其外形呈台阶状而得名,其显著特点是溢流时摩阻力大,掺气多,故而消能率高。溢流坝台阶消能水力学计算较复杂,目前国内外各家根据模型试验推出多种计算公式或图表法。文章通过某工程实例,采用各种水力学方法计算,并与水工模型试验成果对比分析,得出各家计算方法的适应性及规律性的基本结论,可为台阶式消能设计提供参考。

溢流面板坝坝体变形抑制施工技术研究

目前国内溢流面板坝尚未形成完整的设计与施工方法,对于修建在堆石体上的溢洪道,最不利的影响因素就是相当于软基的堆石具有沉降变形的特点。大量资料表明,碾压堆石的沉降绝大部分是在施工期完成的,蓄水期沉降量占坝高的比例均小于0.13%,蓄水期沉降只占沉降量的12%,只要采取合理的适应基础变形的技术措施,在堆石坝下游坝坡上布置溢洪道是可行的,坝内溢洪道的泄槽坡度一般较陡,且多修建在以松散介质为材料的人工填筑堆石体上,在泄水期经受高速水流的作用,溢洪道上的水流特性很复杂。通过项目实践,总结了为减少堆石体在施工期和运行期变形量对坝基处理和填筑采取的综合施工技术。

阶梯溢流坝自由表面掺气特性数值模拟

阶梯溢流坝作为泄水建筑物早已出现。实践发现,经过阶梯溢流坝的水流可以大量卷吸空气,从而增大水体的含氧量,因此可以利用它作为水体复氧、改善水质的措施。但对于阶梯溢流坝复氧能力的理论分析至今尚未见报道。本文引入水气两相流模型,用k ε紊流数学模型模拟计算了阶梯溢流坝自由表面掺气的特征量。计算结果与试验资料进行了对比,结果表明,计算值与实测值吻合良好,可以认为本文的数值模拟方法是可行的。这将为阶梯溢流坝复氧能力计算以及从理论上得到阶梯溢流坝的最佳布置形式提供理论基础。

反拱型水垫塘——窄河谷大流量高坝泄洪消能工的合理选择

以某大型水电工程为背景,通过考察其地形、地质、水力学、结构、施工和运行条件,经论证得出反拱型水垫塘与之最为协调,最适宜于做窄河谷大流量高拱坝的泄洪消能工,其优点突出.水弹性模型试验研究证明:反拱型底板抗浮稳定安全系数比平底板大得多,反拱型水垫塘是一种安全性选择.

重力坝深(底)孔断面钢筋混凝土模型试验研究

本文通过７个小尺寸和１个大尺寸的钢筋混凝土断面模型试验，研究重力坝深（底）孔在坝体自重和内水压力以及超内水压力作用下的结构特性和破坏规律．重点探讨混凝土和钢筋应力应变、混凝土开裂、裂缝宽度和裂缝扩展规律。

低Fr数宽尾墩消力池流场3维数值模拟

宽尾墩消力池在许多工程中得到应用,而低Fr数宽尾墩消力池内部流场较为复杂,实验结合数值模拟旨在达到工程中体型优化的目的。针对实验观察难以获得详细的各项水力参数的问题,采用RNGk-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对低Fr数宽尾墩消力池内部流场进行了数值模拟,获得了水流形态、流速分布和紊动能分布特性。两种体型消力池内水位沿程分布、临底流速等水力学参数的计算值与试验值吻合良好,说明该数值模拟是稳定可靠的。对比两种方案的水流形态及流场特性发现,推荐体型消力池流场稳定性较好,水流无横向流动,运行方式灵活,并获得了模型试验难以测量的流场详细信息,结果令人满意。

“V”形台阶溢洪道的消能特性

针对前人对台阶溢洪道的研究多集中在台阶尺寸、布置形式、流态等问题,没有涉及到对台阶本身的形式的研究,提出了台阶形状在平面上呈"V"形的台阶溢洪道的布置形式,并采用三维紊流数值模拟的方法对比研究了"V"形台阶溢洪道和传统的"一"形台阶溢洪道的消能特性,研究结果表明:"V"形台阶后的漩涡尺度较"一"形台阶小,在中轴面上,"V"形台阶无漩涡存在,台阶面上形成三元水流状态;"V"形台阶上的负压区小,中轴面上无负压;在相同的台阶高度及长度以及同样的来流情况下,"V"形台阶的消能率高于传统的"一"形台阶。所提供的台阶形式可供工程参考。

收缩式洞塞泄洪洞的消能和空化特性

本文结合某大型水电工程,采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了收缩式洞塞泄洪洞的消能特性和空化特性。常压模型试验表明,通过设置两级洞塞及其他附属设施,整个泄洪洞总消能率超过了67.3%,两级洞塞的总消能率达到36.0%,洞塞的消能效果十分显著。减压实验表明,通过对洞塞体型的精细优化,泄洪洞有压段可以避免发生空化,洞塞本身具备一定的抗空化能力。通过数值模拟,揭示了泄洪洞有压段的流速场、压力场特性,直观地表明洞塞的突缩突扩作用形成了大体积的水流紊动,从而达到消能的目的。

阶梯溢洪道不同坡比消能研究

针对实际工程中难以确定阶梯坡比的问题,通过4个水利工程、5个阶梯坡比的模型实验,得出了对工程设计最实用的坡比范围1∶2～1∶3。在相同条件下对4种坡比的阶梯水流进行了数值模拟,进一步论证了上述阶梯坡比的合理性,计算结果直观再现了滑移流中的顺时针水流旋滚,以及旋滚下游水体在剩余阶梯平面长度范围内的贴壁运动,提出的速度分析有助于了解阶梯旋滚消能的成因。研究成果反映出,阶梯坡比小于1∶2,水流旋滚已得到充分发展。在坡比范围1∶2～1∶3内,阶梯消能能够达到60%。坡比超过1∶2,阶梯消能率将明显下降;坡比低于1∶3,消能率增长空间不大。

龙开口水电站溢流坝段动力模型破坏试验研究

采用仿真混凝土材料研究了龙开口水电站溢流坝段在不同因素影响下的动力破坏特征,并通过对6个模型试验结果的分析探讨了溢流坝段的动力破坏机理。试验中考虑了坝体-库水的动力相互作用以及横河向地震动对大坝破坏的影响,采用规范谱波和场地谱波两种地震动激励进行模型超载破坏分析。试验结果为工程设计和评价溢流坝段的抗震性能提供依据。

带有曲线自由水面的阶梯溢流坝面流场的数值模拟

本文利用k -ε紊流模型模拟坝面上的复杂紊流流场 ,并且采用非结构网格来处理复杂的边界形状 ,对自由水面 ,引入水 -气两相分层流理论中的流体体积分数法 (VOF)来迭代求解。通过模拟计算 ,得到坝面水流的水面线、速度场、压力场等 ,并与模型试验实测结果进行对比分析 。

人工加糙溢流坝复氧实验研究

通过对不同流量、不同加糙溢流坝面情况下的溢流坝复氧实验研究,结果表明,在相同模型装置情况下,流量越大,溢流坝水体复氧效果越小;在等流量情况下,坝越高、加糙物越大的溢流坝复氧效果越明显.将水体自身能量—紊动能和流速应用于溢流坝水体复氧过程研究中,得到了水体氧亏恢复率与紊动能、流速的关系表达式.不同工况的实验资料验证了此关系式的合理性和可靠性,为优化选择河流中建筑物形状以便更好地促进水体生态系统的恢复和河流的自净能力具有重要意义.

在冲坑底部岩块上脉动上举力的实验研究

本文以瞬变流模型为基础，在三峡溢流坝断面模型冲坑底部，详细地量测了不同尺寸岩块上的脉动上举力，获得脉动上举力的统计资料，验证了解交流理论的分析成果，为探讨基岩的冲刷机理和水垫塘内混凝土底板块的设计提供了科学依据．