水下淹没建筑物局部流场数值模拟及河床冲刷分析

谈河床调节建筑物迎水面倾斜度对局部冲刷的影响

根据水流扩散和质点运动理论,水工建筑物的局部冲刷可用新的方法预测。这种方法可适应各种几何和水流条件,冲刷预测的结果比以前凭经验确定的好。

谈河床调节建筑物迎水面倾斜度对局部冲刷的影响

工99o年l2月水电工程研究第2期 论龚嘴水电站坝下游河床局部冲刷 冉隆义赵伟 r攫要l本文根据愿型据删的坤淤地形及洪水资料．分析、论述了龚嚼水电站下游河床局 部冲剐问题。建志了局韶冲深经验公式，并对冲坑形状的特征数进行了验算，可供夸唇工程 设计参考。 一 ，刖舌 龚嘴电站位]=眠江支流渡河巾下游的蛱谷河段上，是一雎发电为主兼顾漂木、 航运的综台性水利枢纽。装机释量7o万 kw龚嘴电站的泄洪建筑物，还承担 了漂术过坝及排沙任务。主泄洪区设在 河床中部，布置有3孔宽12m的漪流坝 (7#、8、9坝段)及两侧各蹬一·5 8m的大底孔(6#、10坝段)。溢流坝 坝顶高程506．0r】l，鼻坎商稚7i．0m， 鼻坎术端在(坝)o+goe1，下游设20 12}＆的短护

选取黄河沙质河床实测资料和模型试验数据,运用图示判断法、相关系数法及相对误差法等方法,对具有代表性的6家丁坝局部冲刷公式进行了验证。结果表明:张红武公式、波尔达科夫公式同黄河实测资料最为符合,计算精度较高,对与丁坝局部冲刷相关的水流泥沙特征因素的反映较为全面,可作为黄河河道整治工程设计的主要依据。

对平底静水池、加设消力坎及两排消力齿的消力池、台阶消力池的水流冲刷。在论证各家计算公式的基础上，推荐了最优计算方法及采用的计算公式，并附有计算用的辅助曲线

建筑物绕流是一种典型的钝体绕流形式,而钝体绕流通常具有非稳态流动特征,本文主要工作是对建筑物绕流的非稳态流场进行数值模拟研究。首先采用了rngk-ε模型对方柱绕流进行非稳态数值模拟研究,通过与实验以及大涡模拟结果进行比较,发现rngk-ε模型可以获得满意结果;接着又对一种典型的建筑物绕流形式进行数值模拟研究,分别采用了稳态和非稳态模拟方法,模拟结果表明了采用非稳态数值模拟方法可以获得与实验以及大涡模拟更为接近的结果。

模型缩尺对水工建筑物下游局部冲刷坑内水流运动的影响

模型缩尺对水工建筑物下游局部冲刷坑内水流运动的影响

高含沙洪水通过黄河下游河道时往往发生严重淤积,因此,数值模拟研究高含沙洪水的演进过程,对理论研究及实际工程需求均具有重要意义。以往的泥沙数学模型通常不考虑高含沙量对水流控制方程的影响,而这将会影响高含沙洪水演进过程的模拟。本文建立了黄河下游高含沙洪水演进过程的一维非恒定非均匀沙数学模型,该模型不仅在水流控制方程组中采用浑水的连续方程与动量方程,而且通过引入滩槽划分及\"二级悬河\"处理等技术考虑黄河下游复杂地形下的水沙演进。以1977年的典型高含沙洪水过程为例,分析高含沙量对洪水演进的影响,并率定出模型中的恢复饱和系数、不饱和系数等关键参数。将率定后的模型参数应用于1992年下游实测洪水的模拟,验证模型的适用性。计算结果表明:考虑高含沙的影响后,洪峰流量、水量、传播时间的模拟误差减小,说明在数值模拟高含沙洪水的演进中有必要采用浑水控制方程。

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟。采用vof水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程。通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信。

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟。采用vof水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程。通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信。

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟.采用vof水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程.通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信.

某双线盾构隧道近距离旁穿一幢12层高层建筑,为合理评估隧道施工对建筑物的影响,进行了考虑盾构动态施工及排桩加固的的远端(左线)、近端(右线)以及双线均开挖后隧道横断面及建筑物沉降的flac3d数值模拟分析,并对工程现场进行了沉降实测。数值模拟和实测结果表明:不采取加固措施,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为5.2mm,最大水平位移达25.8mm;基地土体出现拉剪破坏;数值模拟分析结果与现场实测结果较为一致;若采用排桩加固,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为2.4mm,最大水平位移不足10mm,基地土体未出现拉剪破坏;排桩加固能有效降低围岩变形及地表沉降,有利于建筑物的保护。

通过广州某地铁车站的施工对周边既有建筑物影响的三维数值模拟分析,探讨了地表钻孔帷幕注浆对既有建筑物的保护作用。实践证明,帷幕注浆起到了阻隔地层变形及地下水渗流的作用,有效地减小了建筑物的沉降量及倾斜度,保证了建筑物的安全。

为了深入地认识泄水建筑物掺气水流的复氧过程,该文应用水气两相流混合模型计算了包括水垫塘在内的泄水建筑物水体的掺气浓度、流速、紊动粘性系数等特征参数。应用气泡界面传质理论建立了掺气水流的溶解氧对流扩散方程。不同试验工况的结果验证了掺气复氧数学模型的合理性和可靠性,表明该模型符合坝身泄流的特点,充分体现了过坝水流对大气的卷吸与紊动混掺。

本文运用已建精细城市pbl模式,用拖曳力法考虑城市建筑物的影响,并以北京前三门地段板房为例,通过8个数值试验具体研究了建筑物对气象场的影响。结果表明:前三门地段板房的有无对风速、湍能和nox浓度的影响较明显。有板房比没有板房时30m处水平总风速减少0.03～0.10m/s,湍能增大0.02～0.14m2/s2。板房对水平总风速的影响大于0.01m/s的范围为:迎风向和背风向约400～500m,侧风向约100～200m;垂直方向的影响高度约为150m,在30m高度附近影响最大。对湍流动能的影响范围与风速的类似。对nox浓度的影响以地面为最大,其影响程度及影响范围和板房与污染源的相对位置以及板房与周围建筑物的距离有关。总之,在高分辨的边界层模式中,用拖曳力法考虑城市建筑物的影响是可行和必要的。

通过考虑社区和楼房内部的容水性,引入侵入水量的概念,建立了能够模拟建筑物密集城区溃堤水流运动的数学模型。该模型采用有限体积法对浅水方程进行非结构离散,通过roe格式计算界面数值通量,给出了侵入水量的合理估算方法。通过物理模型的试验结果验证了本文模型的准确性和稳定性。最后应用该模型对哈尔滨市可能发生的溃堤洪水进行模拟,计算结果表明,该模型能较好地模拟溃堤洪水在城区内的运动过程,侵入系数的变化对计算结果有比较明显的影响。

水工建筑物泄水时，其下游底部旋涡或侧边迥流与主流的分界面上流速梯度最大、紊动最甚，这是下游冲刷坑形成的主要原因。从该分界面上水流的剪应力出发，建立水流动量变化的微分方程，由模型试验确定水流分界面的变化关系，并引用泥砂起动流速关系，略去河床糙率的影响等，得出砂质河床局部冲刷深度的基本公式。该公式已为若干实际工程的冲刷资料所验证。对于粘性土河床，只须求出抗冲等效粒径，即可利用该公式计算冲深。对于挑流或自由跌流情况下的岩基冲刷，在基本公式的基础上考虑了水流入射角和河床糙率的影响。

采用基于非结构网格的有限体积法对建筑物影响下的堤坝溃决水流进行了数值模拟。为模拟建筑物对溃决水流产生的影响,模型采用了三种方法:固壁边界法、真实地形法和加大糙率法。经物理模型验证,当建筑物顶部不过流时,三种方法均能得到较好的计算结果,其中固壁边界法和真实地形法的计算结果基本一致;而加大糙率法由于对反射波的计算不如其它两种方法灵敏,因而在城区内所得的计算水深比其它方法略低一些。

采用正交曲线坐标对赤水河鲢鱼溪码头河段计算域进行了坐标拟合,用有限体积法(simplec程式)对拟合坐标系下的水流基本控制方程进行了离散,在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法。分析了鲢鱼溪码头工程前后河段内水位、比降及水流流速的变化。研究了码头前沿船舶泊稳条件和码头工程建设对洪水位的影响,得出了在赤水河鲢鱼溪弯道凹岸建港可以将岸线适当推向河心的认识。

爆破拆除高耸建筑物时,爆破切口的爆炸荷载必然产生爆破震动,但有关拟爆物自身震动危害的研究较少,一般以经验来估计爆破震动的影响。采用数值模拟,通过分析爆炸荷载引起的拟爆烟囱上部结构的动力响应来研究爆破震动对过早断裂的影响。结合现场爆破观测的结果,其结论是爆破切口产生爆炸荷载对上部结构的断裂有相当影响,是筒体过早断裂及反向倾转的主要原因,爆炸荷载作用下,烟囱简体高度的55%～75%范围内是断裂危险区,对风化严重等强度低的砖烟囱进行爆破拆除时,尤其应控制单响起爆药量与起爆的间隔时间。