泄洪洞补气洞面积对洞内空气流动特性的影响

为研究泄洪洞补气洞面积对洞内空气流动特性的影响,采用数值模拟法,主要分析了补气洞面积对空气流场和风速的影响规律。结果表明,增大补气洞面积,洞内平均风速随之减小,但向洞内补充的空气量反而增大,且能够提升洞内空气的流畅性;补气洞面积的变化对水流自由面上方空气流速的衰减规律影响较小,仅改变流速大小;建立了补气洞内风速与水流流速和面积系数(补气洞面积/洞顶余幅面积)三者之间的关系式,利用锦屏一级原型观测数据进行验证,误差小于10%。研究结果可为水利工程中的补气洞设计提供参考。

驮英水库泄洪隧洞方案比选

驮英水库泄洪隧洞方案选用“龙抬头”连接型式(不共用进水口布置方案)与短斜坡连接型式(共用进水口布置方案)等两种方案。本文从结构安全、运行调度、工程施工、工程投资等方面进行比选,推荐短斜坡连接型式(共用进水口布置)方案为实施方案。

浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口工程地质研究

浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口区围岩岩体单薄,发育有断层,隧洞施工难度大,风险高,运用工程地质分析原理与有限元数值模拟相结合的方法进行研究、分析,围岩类别为Ⅳ类,岩体较破碎,围岩不稳定,不同进洞点工程地质条件相同,边坡及隧洞开挖导致隧洞围岩塑性变化、位移、应力变化大小及规律基本相同,单纯变更进洞点位置的施工方案是不能降低隧洞施工难度的,也不能避免隧洞的施工风险。研究为泄洪排沙洞出口方案确定指明了方向。

驮英水库泄洪建筑物方案比选

驮英水库需进行泄洪建筑物方案布置比选,首先采用“单独溢洪道”与“溢洪道+泄洪洞”联合泄洪等两种泄洪方式从结构安全、运行调度、防汛抢险、工程投资等方面进行比选,确定“溢洪道+泄洪洞”联合泄洪的泄洪方式。从结构安全、运行调度、防汛抢险、工程投资等方面对“左岸溢洪道”及“右岸溢洪道”进行方案比选,最终确定水库的泄洪建筑物的布置方案。

子威水库泄洪方式与洪水调节分析

泄水建筑物是水库枢纽的重要组成部分,是影响大坝特征水位选择和水库防洪安全的重要因素,而泄洪方式的选择和洪水调节计算是设计的重点。为解决水库枢纽所在支沟来水量不足问题,子威水库采用主坝、副坝结合的布置方式,通过库区内的连通隧洞将副坝所在主沟水量引至主坝进行补水。考虑地质条件和工程投资限制,主坝不设泄洪设施,提出了主坝泄洪采用库区内连通隧洞引洪至副坝溢流坝进行下泄的方式,同时结合了水库枢纽泄水建筑物的布置形式,提出了子威水库枢纽主坝和副坝联合洪水调节的计算方法,可为中小型水库泄洪建筑物工程布置与调洪计算提供借鉴。

驮英水库泄洪隧洞水力学计算

驮英水库泄洪隧洞由施工导流隧洞改建而成,考虑到泄洪隧洞兼有水库放空功能和冲沙功用,因此泄洪隧洞兼具三洞合一的功能。水力学计算也考虑了导流隧洞、泄洪隧洞及放空隧洞的要求。泄洪隧洞运行时,水流条件较为复杂,因此建立了水库枢纽1∶80水工整体模型及1∶80施工导流整体模型进行水工模型试验,验证了泄洪隧洞设计的可行性。

福建某县泄洪隧洞工程地质及水文地质条件分析

福建某县炭坑溪呈不规则弯曲、深切状,分布在拟建南三环路与南二环路区段,困扰着该区段的交通路网布置和新区规划建设。为疏畅河道及解决新区规划问题,确定在炭坑溪南三环路上游侧筑坝拦水,拦截上游来水,经新建泄洪隧洞排水至蓝溪。此次设计泄洪隧洞工程是项目的重要组成部分,探究其工程地质及水文地质条件是必不可少的环节。文章以该泄洪隧洞工程为例,通过调查、钻探、野外原位测试、水文地质试验、室内(外)土工试验等方法对其工程地质及水文地质条件进行了深入探究,以期为类似工程提供参考和借鉴。

竖井旋流泄洪洞的水力特性研究

为了探究竖井旋流泄洪洞的水力特性,以山东某水利工程的竖井旋流泄洪洞为研究对象,通过压强测点获取泄洪洞的压强数据,并提出基于数值模拟的水力分析数值。结果显示,研究使用的数据获取方法可以有效完成泄洪洞的压强数据收集,且研究所得的水力分析结果与试验值之间误差保持在3%以内。表明研究方法能有效进行数据旋流泄洪洞的水力特性分析,对工程设计具有一定的指导意义。

新建排洪隧洞工程围岩参数及衬砌设计研究

为解决排洪隧道建设过程中地质条件复杂影响稳定性的问题。本文以木里县梭罗沟金矿新建排洪隧洞工程为例,首先对隧洞工程地质条件进行了分析评价,然后将隧洞围岩分级及各级物理力学参数进行了试验分析,以掌握围岩的岩土力学参数,最后根据对新建排洪隧洞洞身进行了设计。该设计可以有效的支撑后续工程施工,保证施工过程的安全。

竖井旋流泄洪洞三维数值模拟研究

竖井旋流泄洪洞作为一种较新的泄洪洞布置形式,用传统的模型试验方法仍难以揭示其复杂的水流特性,为了探索采用数值模拟的方法来研究竖井旋流泄洪洞水力特性的可行性,用Fluent商用计算软件,对某电站竖井旋流泄洪洞进行了数值模拟研究,得到了泄流能力、竖井空腔、井壁压强分布、井壁水流空化数、总消能率等,并将部分计算结果与试验结果进行了比较,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法研究竖井旋流泄洪洞是可行的,在进行体型优化过程中,可以采用数值模拟的方法对体型进行初选。通过对沿程断面的能量的分析计算,竖井旋流的消能主要为两部分,一是沿程能量损失,一是水垫消能。数值模拟暂时不能正确反映竖井底部的掺气及下平段的空气逸出、掺气水深、洞顶余幅等,相关的研究需借助其它手段进行更深入的研究。

高水头水电站“三洞合一”布置的体型优化试验

针对某水电站坝址河道狭窄现状,采用放空洞、旋流竖井泄洪洞与导流洞"三洞合一"技术优化枢纽布置。通过模型试验,分析旋流竖井泄洪洞泄流能力及相关水力特性,评价了结构尺寸设计的合理性。提出在放空洞连接段采用曲线型阶梯消能工的措施,通过试验得到了优化体型。研究表明,采用曲线型阶梯消能工后,连接段流态平稳,水流掺气充分,并且消能效果显著,在单宽流量为54.3 m3/(s.m)时阶梯段的消能率达到了43%。在洞内连接段布置阶梯消能工可有效改善枢纽布置。

小底坡、低Fr数泄洪洞掺气坎体型优化研究

位于小底坡、低佛氏数泄洪洞上的掺气坎,其体型设计往往存在较大难度。为了查明小底坡、低佛氏数泄洪洞掺气坎体型优化设计的一般规律,采用大比尺的模型试验,对三维掺气坎进行了系统研究。小底坡上的掺气坎,可用过坎射流最高点至底板的距离Tmax和空腔回水作为其体型优化的主要目标,良好的掺气坎应使空腔回水最少时Tmax也较小。试验结果表明:Tmax的主要影响因素为平均坎高及掺气坎横断面的型式,平均坎高愈小,Tmax愈小;横断面为凸型的凸型坎,可以减弱出射水流横断面上水面线的凹形分布,能使Tmax相对较小;空腔回水的主要影响因素为平均坎高及坎高差,适当增加平均坎高及横向坎高差,对消除空腔回水有利;在小底坡掺气坎体型优化中,三维掺气坎较二维连续坎有明显的优势,特别是凸型坎,容易达到空腔回水少,同时Tmax也较小的优化目标。

马山东部岩溶洼地谷地内涝特征与治理规划

马山东部约94%的面积为碳酸盐岩分布区,岩溶洼地谷地发育,且封闭性好,内涝频繁发生。据调查,全区经常性发生内涝的洼地谷地多达170余处,受涝面积大于2.1万亩,内涝具有周期性、多发性,以及分布面广、突发性强、治理难度大等特点。统计表明,本区内涝发生少者每年1～2次,多者可达5～7次,内涝淹没时间长的可达1～2个月。分析认为,持续的强降雨、封闭的地形地貌条件、地下管道排水不畅和洼地谷地远离排泄基准面等,是内涝形成的主要原因。在剖析加芳、古寨、古零等洼地谷地已有治涝工程失败教训的基础上,结合本区地理地质环境条件,有针对性地提出了对存在地表排泄基准面的地区宜实施排洪隧道工程治理、对无排泄基准面的洼地谷地区宜修建溶洼成库的洪涝治理方案与建议。

小石峡水电站导流兼深孔泄洪洞消能工优化试验

通过新疆库马拉克河小石峡水电站导流兼深孔泄洪洞原设计方案的消能工试验,发现消力池内发生淹没水跃,水跃旋滚区与闸后射流相叠加,使陡坡段水流剧烈脉动。为了防止护坦段在较大的动水荷载下发生振动和破坏,采用在消力池内设置不同于传统布置方式的悬栅式消能工的方式,即从闸后陡坡末端起布置悬栅,悬栅的安装高度随水跃跃高逐渐抬高,呈台阶式布置。试验表明,台阶式布置悬栅起到了破碎水跃上部剧烈回旋运动的表面旋滚的作用,增大了回流的阻力,从而使水跃向下游移动,由淹没式水跃转化成稍有淹没水跃;在悬栅作用下,陡坡段和消力池内水流脉动明显减弱,浪花溅起高度明显小于加悬栅前的高度,这种悬栅布置方式可为其他同类工程提供参考。

洞室和围岩温度对泄洪洞衬砌混凝土温度和温度应力影响研究

以溪洛渡无压泄洪洞为研究对象,采用三维有限单元方法对不同洞室环境温度和围岩温度情况下的施工过程进行仿真模拟,通过比较底板、边墙和顶拱不同衬砌部位的最高温度、最大内表温差、最低温度、早期和冬季最大拉应力等,对洞室环境温度和围岩温度的变化对泄洪洞衬砌混凝土温度和温度应力,以及温度裂缝发生、发展与控制的影响进行分析。结果表明,洞室气温和围岩温度对衬砌混凝土的温度场和应力场均有明显的影响。在冬季施工衬砌混凝土更容易产生早期裂缝,夏季施工时既要防止早期裂缝,也要注意防止冬季裂缝。围岩温度低时,衬砌围岩侧混凝土拉应力明显增大,但对表面和中心的应力影响很小,因而对温度裂缝的发生影响很小。研究成果为隧洞工程衬砌混凝土的设计和施工提供有价值的参考。

扭曲鼻坎对泄洪洞挑流消能的影响研究

针对某泄洪洞挑流水舌对下游河道产生不利影响等问题,开展了基于扭曲鼻坎调整射流方向的水力模拟试验研究。通过对几种扭曲鼻坎的优化研究,发现采用降低挑坎高程的大转角贴坡扭曲鼻坎布置,可以合理调整水舌方向,理顺下游河道形态,消除了右岸涌浪和边岸淘刷威胁,同时又解决了泄洪洞过渡期洞内水跃闷顶问题。研究成果对泄洪洞出流的消能防冲设计有一定的借鉴意义。

三峡工程泄洪建筑物泄洪消能问题研究

三峡大坝在运行期和施工导流期要求的泄洪能力分别达100 000m3/s和70 000m3/s,设有永久泄洪深孔23个、表孔22个,导流底孔22个。大坝采取深孔、表孔、导流底孔三层孔口相间布置缩短了泄洪前沿,解决了枢纽大泄流能力的世界级难题。深孔是三峡水利枢纽主要的泄洪建筑物,千年一遇以下洪水主要由深孔宣泄,而且还担负三期导流及围堰发电期间度汛泄洪任务。深孔具有数量多、尺寸大、水头高、水位变幅大、运用时间长和操作频繁等特点。通过对四种深孔布置方案的论证及试验研究,三峡工程最终选用短有压管接明渠泄槽跌坎掺气型式。表孔堰顶上游坝面及进口侧采用1/4椭圆曲线,堰面下游接1∶0.7的斜坡段,再接R=30m反弧段,并采用长隔墩布置方案。通过对底孔短有压管和长有压管两种布置方案进行了深入的试验研究和论证比较,三峡工程最终采用长有压管布置方案。

混凝土衬砌典型缺陷检测分析与处理

喀浪古尔水库引水泄洪隧洞在两次质量检查中均被评为不合格工程,恢复续建后,隧洞工程的进展成为整个喀浪古尔水库枢纽工程的关键。受该工程建管局的委托,对隧洞衬砌结构进行了全面的检测,查清了衬砌裂缝和顶拱厚度不足等主要缺陷,分析了缺陷产生原因、对结构稳定安全性的影响,提出了处理措施,并经处理确保了隧洞安全稳定运行。隧洞混凝土衬砌的典型缺陷在该隧洞结构中几乎均有体现,并且程度较重。针对不同缺陷分类阐明了检测情况、缺陷产生原因、对结构稳定安全性的影响和处理方案,以期为广大工程技术人员提供参考。

展向凹槽及泄流孔对高超声速平板边界层转捩影响的试验研究

针对展向凹槽和泄流孔对高超声速钝平板边界层转捩的影响,在中国空气动力研究与发展中心F2 m激波风洞(FD-14A)开展了试验及初步的计算与理论研究.试验的来流马赫数为6、单位雷诺数为3.3×107/m,平板的前缘半径为1 mm,攻角为–4°.在距平板前缘110 mm处布置三组不同的二维展向凹槽,凹槽的宽度与深度分别为凹槽1(2.5 mm,1 mm)、凹槽2(3.75 mm,1.5 mm)、凹槽3(5 mm,2 mm),同时凹槽1的两端可以打开泄流孔,记为凹槽4,不含凹槽时的光滑平板情况记为凹槽5或平板.采用热流传感器测量了不同情况下平板中心线的热流分布,测量结果显示,光滑平板情况在x≈340 mm处开始转捩,在x≈425 mm处转捩接近完成.凹槽导致平板边界层的转捩位置提前,且随着凹槽宽度及深度的增加,对转捩的促进作用增强,转捩位置向上游移动.凹槽1增加泄流孔后(凹槽4)其热流分布及转捩位置与光滑平板情况基本一致.边界层流动完全转捩为湍流后,各情况下的热流差别较小,表明不同规格的凹槽只影响转捩过程中的热流分布,对转捩完成后的湍流壁面热流影响较小.数值计算(CFD)结果显示,泄流孔导致了被动抽吸,试验结果显示凹槽两端的泄流孔抽吸效应抵消了凹槽对平板中心线边界层转捩的促进作用.采用线性稳定性理论(LST)及最优扰动方法分析了光滑钝平板情况的流动失稳机制.LST结果显示,本文平板流动不存在Mack第一模态、第二模态失稳,因此传统的模态失稳机制无法解释试验中观测到的转捩现象.最优扰动计算显示,平板流动存在较强的非模态失稳,可以定性解释观测到的转捩现象.

泄洪洞反弧末端掺气减蚀研究

对高水头、大单宽流量、低佛氏数、小底坡长明流泄洪洞,在反弧段末端采用常规的掺气坎往往难以取得理想的掺气效果,同时,反弧段下游边墙易出现空蚀破坏。本文在大比尺模型试验的基础上,提出了竖向、纵向及横向三维均连续变化的新型掺气坎,并对比分析了掺气坎三维体型的变化对掺气特性的影响。试验表明,空间三维连续变动的V型坎能使挑射水流形成连续变化的空腔长度,较二维掺气坎在上述特点的泄洪洞中能形成稳定的空腔形态、减小空腔回水并提高挟气量。试验同时表明,泄洪洞反弧末端掺气坎后空腔段水流动水压强小、水流空化数低,容易出现空化;同时,反弧段下游水流表面自掺气尚不够充分,底部强迫掺气尚未充分扩散,致使反弧段下游附近边墙存在较大范围的掺气盲区,从而容易导致反弧段下游边墙的空蚀破坏。