基于水气两相模拟的薄水舌、大落差水力特性分析及结构影响分析

对高拱坝深孔小开度泄流时,薄水舌、大落差条件下的水力特性及对水垫塘底板结构影响进行分析。通过水力学规范公式、刘培清等人总结的经验公式对不考虑空气阻力、掺气作用时的临底水力特性进行分析;并考虑水气两相作用,采用数值模拟方法对比研究薄水舌、大落差条件下,空气对水舌的阻力及掺气作用,分析临底水力特性及结构影响,为通过坝身孔口实现水垫塘反充水的思路提供支撑,为类似研究和工程应用提供借鉴和参考。

双液灌浆在某水电站防渗帷幕工程中的应用

某大型水电站水垫塘廊道防渗灌浆工程中出现灌浆孔无压无回的异常问题,通过孔内摄像、岩芯分析、示踪法等方法确定灌浆孔内存在渗漏通道。结合工程实际并参考同类案例,拟采用水泥-水玻璃双液灌浆进行防渗堵漏。现场生产性试验表明:水泥水灰质量比选用1.0、水玻璃选用模数3.2及浓度40°Be′、水玻璃掺量为水泥浆的8%,选用单液式、自下而上、孔口封闭、纯压式灌浆工艺,对地质异常孔具有较好的防渗堵漏效果,能够明显降低廊道渗流量,可为类似工程提供技术参考。

峡谷区高拱坝射流入射水垫塘冲击压力特性的试验研究

表深孔下泄水流的横向收缩及垂向和纵向扩散效果显著,射流在空中相互交错、基本不发生碰撞;射流纵向拉伸明显,水垫塘强紊动剪切区增大,有效减轻了水垫塘底板冲击动压。同时,对4种不同流量比的表深孔射流进行研究表明,随着上下游射流流量比的逐渐增大,在不同的下游水位下底孔射流产生的最大冲击压力均相应减小。

高拱坝坝身泄洪规模探析——以白鹤滩水电站为例

坝身泄洪规模对于高拱坝工程的泄洪安全有重大影响,是高拱坝水力设计中关键的技术参数之一。本文基于白鹤滩水电站坝身泄洪水工模型试验成果与水垫塘底板最大冲击压强宜小于15.0×9.8 kPa的技术基准,给出了该工程坝身泄洪规模的具体量值,并从水垫塘单位水体消能率角度与同类型工程进行了对比。试验研究表明,坝身泄洪规模与水垫塘底板冲击压强之间有显著相关性:在表孔单独泄洪运行工况下,随坝身泄流流量的增加,水垫塘底板最大冲击压强以幂函数的形式增大,且增幅十分明显;而在表深孔联合运行工况下,水垫塘底板最大冲击压强则主要取决于表孔与深孔泄流流量之比,基本上为线性关系。

关于水垫塘底板受力控制标准的探讨

我国高拱坝采用水垫塘消能的工程大多沿用 １５×９８ ｋ Ｐａ 作为水垫塘底板所受动水压力的标准。通过分析这一标准的合理性及不足， 发现它不是底板失稳的直接原因， 而且也与溢洪道规范建议的计算公式不接轨， 建议采用动水压差代替动水压力。水垫塘底板所受动水荷载的标准应与水垫塘的地质情况、结构设计、施工控制标准相联系。建议通过深入的研究， 分几种典型的设计条件， 分别制定水垫塘可承受的动水压差的控制标准。

长潭岗反拱形水垫塘衬砌结构的非线性静动力分析

反拱形底板的稳定主要靠拱座和锚固钢筋维持.利用接触问题处理底板与基岩、拱端与拱座、边坡与基岩的接缝,用杆单元模拟底板与基岩之间的锚固钢筋,对长潭岗反拱形水垫塘衬砌结构进行了非线性静动力计算,得出了水垫塘衬砌结构在接触状态下的位移、应力和拱端推力等.该计算方法对其他大型水垫塘设计计算可提供一些参考.

水垫塘底板稳定水力要素的试验研究及数值模拟

以已实施sk拱坝为研究背景,通过模型试验从泄水建筑出口体型优化的角度对影响水垫塘底板稳定的水力要素冲击压力P进行分析。研究表明,通过优化泄水建筑出口体型,可以使入射水舌在空间更加分散,从而达到减小消能塘底板压力的效果。通过数值模拟对水垫塘底板压力分布及允许值、失稳位置进行研究,物模试验和数模分析均表明最不利板通常位于水舌落点之后,由于表底孔全开联合泄洪,底孔泄流时在一定程度上抵消了表孔泄流对于底板的冲击作用。

反拱形水垫塘结构在拉西瓦水电站上的研究与应用

通过自行设计的拉西瓦水电站反拱型水垫塘模型,并通过在模型底板上铺设脉动压力传感器和流速传感器的方法,研究了在不同的上下游水位时反拱形水垫塘的动水荷载特性。研究表明:脉动压强的概率密度曲线与正态分布曲线具有相似的变化规律,最大流速发生在水舌冲击点下游的壁射流区,其结果可为反拱形水垫塘的设计与施工提供参考。

基于光滑粒子流体动力学方法的表中孔泄流模拟

针对表中孔泄流问题,基于光滑粒子流体动力学方法,建立了表中孔泄流冲击水垫塘模型。采用人工粘度、密度近似、镜像虚粒子控制等技术,模拟了双孔同时泄流在空中交汇碰撞、冲击下游水垫塘后产生水舌漩涡、再入水过程,同时验证了溃坝模型验证方法的合理性。结果表明,开始泄流时中孔压强为13.60 kPa,中孔水流冲击下游水垫塘时最大速度为4.57 m/s,数值模型可准确模拟出表中孔泄流过程,说明基于光滑粒子流体动力学方法的数值模拟可准确处理流体大变形问题,可为表中孔泄流分析和坝身优化设计提供参考。

乌东德水电站水垫塘边坡施工期变形和受力特性

乌东德水电站泄洪洞出口水垫塘左侧边坡开挖期间曾出现过较大变形,该边坡的稳定和安全性威胁邻近建筑物、下游河道甚至整个工程的正常运行。结合地质和物探资料等,分析了边坡开挖期间的变形和结构受力特性,阐述了监测量与开挖过程的相关性,揭示了边坡的变形机理。研究成果表明:岩体变形和表面变形具有一致性,主要发生在F 6断层下游侧且岩性质量较差的高程925~985 m范围,其余部位变形量较小。边坡的变形与施工过程紧密相关,最大的岩体变形和表面位移分别达到92.2 mm和312.5 mm,停止爆破开挖后变形逐渐收敛。高陡边坡总体岩体质量较差及大规模开挖卸荷,是引起局部坡体出现较大变形的主要原因。结合地质、监测、物探资料认为,该边坡变形总体上已收敛,不存在整体稳定问题。

碾压薄拱坝泄洪消能布置优化设计

针对云龙河三级水电站初步设计审查咨询意见及消能区地形地质特点,对其泄洪消能布置进行优化设计研究,将原初步设计坝顶表孔跌流鼻坎改为挑、跌流结合形式,实现各孔水流在纵向上分层入水,减小了下游消能区入水单宽流量,从而将原初步设计坝下人工混凝土水垫塘方案改为天然水垫塘消能方案。泄洪消能优化设计方案较好地解决了深窄河谷高落差泄洪消能布置困难的问题,能确保大坝的安全且节约较多工程投资,可供同类工程借鉴。

高拱坝水垫塘底板稳定分析研究

针对高拱坝下的平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定分析,根据水垫塘混凝土块体的受力分析和模型试验结果得出:在相同条件下反拱水垫塘的稳定性优于平底水垫塘,但反拱水垫塘底板的稳定性最终归结为拱座的稳定性,一旦拱座失稳,将会导致整个拱圈失事。

光滑粒子流体动力学方法在拱坝中孔泄流冲击水垫塘模拟中的应用

为验证光滑粒子流体动力学方法的计算程序对自由表面大变形问题的模拟结果是否准确,基于光滑粒子流体动力学方法,建立溃坝模型,通过与物理模型试验结果对比,两者自由液面相似度为91.7%,内部压强分布合理,说明该程序能相对准确模拟流体大变形问题。在此基础上,建立了拱坝泄流模型,模拟了中孔泄流冲击水垫塘过程,结果显示:下泄水流流动连续,未见明显非物理振荡现象;开始泄流时中孔压强为14 kPa;中孔水流冲击下游水垫塘时最大流速为5.1 m/s。数值模型能相对准确地模拟出拱坝中孔泄流过程,未来有望应用于中孔泄流分析及坝身优化设计中。

消力塘内掺气特性试验分析

采用水力学模型试验的方法,通过改变不同水力条件来量测消力塘不同水流结构区掺气浓度值,对试验数据进行对比分析得到不同水流结构区掺气浓度分布规律。试验结果表明:改变不同水力条件中的任一条件,淹没射流区掺气浓度均沿程减小。随着入塘能量的增加,淹没射流区、冲击区、附壁射流区掺气浓度随之增大。随着水垫深度的增加,淹没射流区、冲击区、附壁射流区掺气浓度随之减小。随着泄槽入射角度的增加,淹没射流区和冲击区掺气浓度减小,附壁射流区掺气浓度变化不大。