基于Flow-3D尾矿库漫顶溃坝过程数值模拟

尾矿库是一个具有高势能的危险源,一旦发生溃坝,将对下游居民的生命财产造成严重威胁。为了提高尾矿库溃坝灾害预测与应急保障能力,以某尾矿库为工程背景,开展尾矿库溃坝的室内模型实验,并结合Flow-3D数值仿真技术对尾矿库漫顶溃坝后尾砂流的演进过程进行深入研究。将室内模型实验和数值模拟结果相互对比,溃坝过程基本吻合,验证了较小缩比尺模型实验的准确性以及数值模拟的可靠性。数值模拟研究结果表明:溃水的淹没高度和断面流量随溃坝时间的变化整体表现为前期快速增长及后期的较缓下降,且随着演进距离的增加,淹没高度和断面流量峰值都明显降低;下游地形影响溃坝尾砂流的流速和演进方向,溃坝尾砂流在下游弯道处出现“爬高”现象,弯道两岸淹没高度不同,弯道凹岸淹没高度高于另一侧;沟谷与河道的连接处,溃水向河道上下游两边扩散,在河道入口处形成“冲积扇”堵塞河道。

暴雨山洪与山坪塘漫坝多灾害耦合风险分析

为研究强降雨下山洪与漫坝耦合灾害对下游居民的影响程度和范围,应用HEC-RAS软件构建暴雨山洪与山坪塘漫坝多灾害耦合模型。首先,以重庆市巴南区某山坪塘为研究对象,根据巴南区暴雨强度公式设计不同重现期的降雨雨型;其次,借助数字高程数据对山坪塘进行原始构建,采用参数化模型对溃坝楔口参数进行预测,结合物理溃坝机制模拟漫坝过程;最后,选取洪水深度、洪水流速和洪水滞留时间等3个评价指标进行洪水风险分析。研究结果表明,突发强降雨下的山洪形成迅速且山坪塘发生漫坝的机率极大;山坪塘漫坝会加重附近区域的洪水风险等级。

赣州市章江八境湖拦河坝水闸工程结构安全复核分析

赣州市章江八境湖拦河坝水闸工程长时间使用和磨损导致水闸设备老化,对章江八境湖拦河坝水闸工程的拦河闸结构进行安全复核。复核结果表明,拦河闸在部分工况下闸基抗滑稳定安全系数不满足规范要求,应力满足规范要求,闸墩结构强度满足规范要求。因此,亟需对本工程拦河闸进行除险加固。

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。

大盈江四级水电站溢流坝水力特性研究

文章针对大盈江四级水电站设计阶段提出的两种溢流坝布置方案(方案一:溢流坝+右侧泄洪冲沙底孔;方案二:溢流坝+左侧泄洪冲沙闸+右侧泄洪冲沙底孔)进行了计算流体力学数值模拟(CFD),结合水工模型试验结果与CFD数值模拟结果,分析了溢流坝两种布置方案的流态分布规律和消能防冲效果。计算结果表明,在流态规律和流速分布及消能防冲效果方面,方案一优于方案二;方案二较方案一更有利于库区排沙减淤,泄流能力较强。通过控制闸孔启闭模式可调整方案二相应出流流态,能较好地适应大盈江高含沙量的水流条件。

高寒地区细粒尾矿堆坝方案研究

以小兴安岭地区某尾矿库为例,开展了全尾矿湿排堆坝、全尾矿池填法堆坝和旋流器分级堆坝试验。结果表明,旋流器分级堆坝具有对比优势,可有效提高坝前尾矿的排水固结能力、增大干滩长度和坝前区域尾矿的强度,同时可形成较大的沉积滩坡度、保证安全超高,改善坝体渗流条件、提高滩面承载能力和堆坝效率。通过细化旋流器分级堆坝工艺,采用非冬季堆坝、冬季放矿的宽体子坝堆筑方案可在一定程度上解决沉积滩含水量大、承载力低、无法尾砂堆筑子坝等问题,但在粗砂利用率、高等级尾矿库子坝宽度、冻土发育等方面仍存在不足。最终结合旋流器分级宽体子坝和模袋法两种堆坝工艺,有效解决了尾矿库堆坝所面临的主要问题,可作为高寒地区细粒尾矿堆坝的高效方案加以推广。

微流场渗流检测技术在水库渗漏处理中的应用研究

渗漏是影响水库大坝整体安全的关键因素,如何有效的检测水库大坝的渗漏点、渗漏通道和渗漏流速等一直是坝工安全领域研究的热点。针对目前水库大坝渗漏点难以精确定位和对渗漏量测量不准确等问题,阐述了声呐流速测量原理,提出了微流场渗流检测技术,并依托板桥水库实际工程展开应用。通过采用“DB-VI三维流速矢量声纳测量仪”,对板桥水库混凝土溢流坝裂缝渗漏通道进行检测,精细地测量出声波在流体中能量传递的大小与分布,同时,结合水下摄像进行了验证,确认了主要渗漏点的位置,为采取针对性的处理措施提供了依据。

堰塞坝渗流稳定性及坝体动力响应研究

堰塞坝是由崩塌、滑坡等堵塞河道而形成的天然坝体。区别于人工坝,堰塞坝具有坝体结构松散、材料分布不均的特点,其一旦形成,极易在短时间内发生失稳破坏(漫顶溢流、渗流破坏及坝坡失稳),威胁下游群众的生命财产安全。堰塞坝的失稳破坏主要受到上游水位、坝体渗流及余震作用的影响,本文以唐家山堰塞坝为研究背景,基于通用有限元软件ABAQUS建立堰塞坝渗流及动力响应分析模型,研究堰塞坝在渗流及余震作用下的稳定性,并进一步分析渗流及坝体余震对堰塞坝溃坝模式的影响。研究结果表明,(1)唐家山堰塞坝坝体发生渗透破坏的可能性较小,但随着上游水位的上升,堰塞坝发生渗流破化的概率增大;(2)堰塞坝内部动力响应特征表现为沿坝高从上到下,坝体的加速度放大倍数逐渐减小,动力响应呈现明显的“表面放大”效应;(3)余震作用下,堰塞坝不会发生整体失稳破坏,但余震使得堰塞坝坝高降低,从而加速其发生漫顶溢流破坏。

溢流坝壅水条件下的弯道水流特性

为探讨溢流坝壅水条件下的弯道水流特性,概化设计了一在出口处布设有溢流坝的连续弯道模型,利用声学多普勒流速仪(ADV)和数字波高仪测得模型特征断面的流速、水位数据。试验结果显示:弯段绝对水面横比降随相对坝高的增大而减小;弯段下半弯的水面纵比降为正,而从直线过渡段进口至下游邻近弯顶的水面纵比降为负,但其绝对水面纵比降均随相对坝高的增大而减小;连续弯道的直线过渡段也存在二次流且其旋转方向与上游弯段二次流的旋转方向相同;当相对坝高增大时,流道各断面的垂线平均纵向流速均不同程度的减小;当相对坝高增大时,各断面最大紊动能减小;纵向脉动对紊动能的贡献最大,横向脉动次之,垂向脉动最小;雷诺应力R uv的正负能近似标示弯道直线过渡段进出口断面的横向水流运动,当雷诺应力R uv为正时,流体将从左侧流向右侧;当雷诺应力R uv为负时,流体将从右侧流向左侧。

基于VOF方法的团山子水利枢纽溢流坝数值模拟

该文以团山子水利枢纽为依托,通过基于VOF的数值模拟对团山子溢流坝的水力特性进行了研究,对团山子溢流坝设计方案进行检验、比较,为优化设计提供依据。

修圆角形过渡阶梯对阶梯溢流坝消能特性的影响

本文以阿海水电站的阶梯溢流坝为原型,应用水气两相流VOF计算方法以及三维RNG k-ε紊流模型,采用PISO耦合的算法计算速度、压力,利用几何重建格式迭代求解非恒定流,对过渡阶梯段的圆角半径R为0.188m、0.219m、0.250m时的修圆角形过渡阶梯进行数值模拟。主要针对阶梯溢流坝的压力场、紊动动能等水力特性进行研究,分析修圆角形阶梯的圆角半径对阶梯溢流坝面消能的规律。模拟结果表明,修圆角形阶梯的半径越大,在阶梯溢流坝面产生的时均压强越小,紊动动能越大,消能效果越好。圆角半径为0.250m时的修圆角形过渡阶梯在阶梯溢流坝面上的时均压强最小,为112.985kPa,紊动动能最大,为9.090m ^(2)/s ^(2)。

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。

基于稳定性计算的牛腿模板在大坝混凝土中的应用

金寨县中河水库碾压混凝土大坝浇筑至高程262.00 m时,需要进行溢流坝段牛腿部位的混凝土浇筑,面临着模板稳定性问题。笔者对牛腿部位采用的直面翻转钢模板进行受力分析,计算其稳定性,并提出稳固措施;详细介绍牛腿部位混凝土施工工艺及施工要求。结果表明,牛腿模板的稳定性符合要求,其安全性能及牢固程度满足现场的施工需要。该研究可为类似项目的施工提供借鉴。

湖南省芦江水库溢流坝台阶和戽流组合消能设计

为了研究芦江水库工程溢流坝采用台阶+消力戽组合消能的可行性,结合工程特点,经综合分析大坝溢流面台阶+戽流组合消能和台阶+消力池组合消能2个方案,最终选择消能效果好、投资省的台阶+戽流组合消能方案。介绍了溢流坝面消能台阶步高和步长及消力戽尺寸拟定的方法、溢流坝面经过台阶水流流态、消能率及戽流消能等的水力学计算和水工整体模型试验。结果表明:计算和试验结果较为吻合,该工程溢流坝采用台阶+戽流组合消能是合理可行的。

基于美丽河湖建设下的堰坝材料表面粗糙度的影响研究

在浙江省美丽河湖建设行动的推动下,对沿河溢流堰坝的新建和改造十分必要。筑坝材料的选择上,表明粗糙度是影响泄流能力的主要因素之一。为探究溢流堰坝的表面粗糙度对泄流能力的影响,通过数值模拟的方法,研究折线型溢流堰的表面粗糙度大小及其分布和流量系数的关系。结果表明,相对于折线堰的上下游坡面,堰顶的粗糙度是影响整体泄流能力主要因素,在小流量条件下的尤为显著。研究结果对深化溢流堰的认识,促进筑坝材料的研究创新和溢流堰改造工程的进步具有重要的学术意义和实用价值。

河道滚水坝对水体溶解氧及有机物浓度的影响

为定量研究河道滚水坝对水体溶解氧和高锰酸盐指数的影响,选择一城市河道小型滚水坝,在坝前和坝下设监测点,定期监测水质变化。结果表明:污染河水流经小型滚水坝后,水中溶解氧浓度平均增加了1.75 mg/L,夏季增加的最为明显,最大增加值发生在7月,达2.43 mg/L;水中部分污染物的降解使水体的CODMn负荷减轻,滚水坝对CODMn的平均去除率为3.81%。滚水坝对城市河道污染水体可起到一定的净化作用。

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面,形成"宽尾墩+台阶坝面+消力池"联合消能工,是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3 s·m,在应用台阶溢流坝面工程中属最大,经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求,于是提出了一种新型宽尾墩形式———X型宽尾墩,它继承了传统宽尾墩的优势,又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是"X型宽尾墩+台阶坝面+消力池"联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。

乐昌峡水利枢纽工程溢流坝泄洪消能研究

乐昌峡水利枢纽工程坝址处河道狭窄,溢流坝的泄洪落差和单宽流量较大,且电站尾水出水口靠近溢流坝,因此,溢流坝泄洪安全是枢纽工程的关键技术问题。通过溢流坝泄洪消能模型试验研究,对溢流坝堰面曲线、两侧收缩边墙、闸墩、挑流鼻坎等布置和体型进行了优化,改善了其运行水力特性,妥善解决了溢流坝泄洪消能防冲的问题。

台阶式溢流坝的时均压强特性

当yc/h<3时,3种坡度(40°、50°和60°)的台阶式溢流坝试验结果证明,在初始台阶上,作用在水平面上的时均压强均为正值,其最大压强随流量增大,由台阶中部逐渐移向台阶外边缘;跌落水流时台阶竖直面上部范围出现的负压,在进入过渡水流以后全部变为正值。其他各台阶水平面上,除挑射水流越过的数个台阶外,在各级流量下时均压强为正值,其最大值均在台阶外边缘;台阶竖直面上部的时均压强为负,下部的时均压强为正,随流量增加负压绝对值增大,范围缩小。其中跌落水流时负压占台阶高度的75%,进入过渡水流后负压约占台阶高度的60%。

计算溢流坝下游收缩断面水深的方法

溢流坝下游收缩断面水深 hc 的计算对水工消能设计十分重要． 目前常用的方法有试算法、图解法和迭代法，这些方法计算精度不高，人工计算量大或要求较高的计算数学的理论知识等，不便于在生产实际中推广应用． 为此，把 hc 的计算问题归结为非线性优化问题，用作者研制的加速遗传算法 （AGA） 来处理． 应用 AGA 方法的实例计算结果说明 AGA 比常用方法简便 计算精度高且具有通用性．