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某溢洪洞水力特性模型试验与数值模拟研究

某溢洪洞水力特性模型试验与数值模拟研究

作者：岑嘉豪大连理工大学

学位级别：硕士

步入新时代,我国水利事业发展方兴未艾,随着我国东部地区水利工程建设的基本完成,人们逐渐把目光转移到崖壑峥嵘的西部地区。在水利工程中,溢洪洞是一种十分重要的泄水建筑物,发挥着向下游宣泄洪水,保证枢纽安全的重要作用。因此,溢洪... 详细信息

步入新时代,我国水利事业发展方兴未艾,随着我国东部地区水利工程建设的基本完成,人们逐渐把目光转移到崖壑峥嵘的西部地区。在水利工程中,溢洪洞是一种十分重要的泄水建筑物,发挥着向下游宣泄洪水,保证枢纽安全的重要作用。因此,溢洪洞设计的安全、经济和有效,不仅关系到水利工程各项技术指标的确定,更是直接与工程的安全运行和造价控制相关联。但在实际工程建设中,溢洪洞内水流的流动形式会因边界条件的不同而千变万化。如何提高泄洪能力、如何有效保护洞身等问题日益凸显,因此有必要针对溢洪洞泄流能力与体型优化进行研究。本文以新疆某水利工程溢洪洞为研究背景,采用模型试验与数值模拟结合的方法,研究溢洪洞不同设计方案在不同库水位工况下的水力特性并进行优化。本文主要研究内容与成果如下:(1)运用弗劳德数相似准则制作比尺1:50水工模型,在不同特征水位工况下开展试验研究,观测溢洪洞水流流态,测量沿程各断面水深及流速,采集沿程各测点压力,并对其中水力学现象进行分析。(2)为改善溢洪洞渐变段及掺气挑坎下游流态,对渐变段及掺气段进行优化。适当延长渐变段长度、调整掺气挑坎型式及尺寸。优化后,掺气挑坎下游水流的紊乱流态得到有效改善,斜井段下游边墙的水翅大幅减少,水流可平稳进入洞身段。(3)针对掺气挑坎高度降低后掺气减蚀效果不理想的问题,增设楔形掺气槽,并通过研究掺气设施内部水流的流态、水深、压力、流速、通风井风速及流量、空化数等,验证掺气设施的合理性。优化后的掺气设施可有效改善溢洪洞掺气不足以及掺气槽内积水严重等不利现象,空化空蚀的发生概率得到极大降低。(4)利用商业软件Ansys Fluent中的RNG k-ε湍流模型对溢洪洞原型中的复杂湍流运动进行模拟仿真,得出溢洪洞原方案及优化方案不同典型工况的水力特征,并分析溢洪洞整体流态、水深、流速及压力的沿程分布规律。通过比对分析模型试验与数值模拟结果,验证数值模拟方法与湍流模型的合理性与可实施性,结果表明二者水力要素基本一致,数值模拟可有效应用于溢洪洞的仿真模拟。本文针对某溢洪洞实际工程水力特性开展了较深入研究,旨在为实际水利工程提供设计思路、理论基础与参考经验,同时也验证所使用数值模型的科学性与合理性。

关键词：泄水建筑物溢洪洞数值模拟模型试验掺气减蚀

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江坪河水电站溢洪洞围岩稳定性仿真分析

岩土力学 2009年第8期30卷 2431-2435,2441页

作者：吴家冠段亚辉武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

以江坪河水电站溢洪洞进口段为工程背景,基于大型有限元分析软件ANSYS,模拟地质地形,包括不同岩层、断层条件,采用弹塑性有限元模型和Drucker-Prager屈服准则,对溢洪洞施工全过程进行非线性数值仿真计算分析,得到了不同岩层围岩的应力... 详细信息

以江坪河水电站溢洪洞进口段为工程背景,基于大型有限元分析软件ANSYS,模拟地质地形,包括不同岩层、断层条件,采用弹塑性有限元模型和Drucker-Prager屈服准则,对溢洪洞施工全过程进行非线性数值仿真计算分析,得到了不同岩层围岩的应力和位移分布规律。通过对位移、应力场,特别是拉应力大小、深度的分析,以及塑性区和点安全系数分布等的综合分析,对溢洪洞进口段在开挖未支护和开挖后及时支护两种工况下的稳定性进行了评价。计算结果表明,隧洞进口段围岩开挖未支护时,洞顶下沉位移大,有大面积塑性区和超过岩体抗拉深度的区域,稳定性差。及时支护后,洞顶塑性区和超过岩体抗拉深度的区域减小,稳定性明显提高,但CK2强风化层支护区的点安全系数略大于1.0,且内部仍有小于1.0的区域。因此,建议CK2强风化层加强支护,最好采取钢拱架强支护措施,其结果为设计和施工提供了重要参考。

关键词：溢洪洞围岩稳定弹塑性模型数值仿真

阿尔塔什表孔溢洪洞控制段三维有限元静力分析

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水利规划与设计 2022年第12期 17-21,45页

作者：孟涛郭荣福田茂刚刘涛新疆新华叶尔羌河流域水利水电开发有限公司新疆喀什844000 新疆水利水电勘察设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐830000

溢洪洞控制段的结构安全直接影响到溢洪洞的正常工作,对整个枢纽工程的安全运行至关重要。为真实反映阿尔塔什表孔溢洪洞控制段底板、边墙、顶部大梁、后胸墙之间的受力影响关系,采用区别于传统结构力学法的有限元法,对控制段闸室的应... 详细信息

溢洪洞控制段的结构安全直接影响到溢洪洞的正常工作,对整个枢纽工程的安全运行至关重要。为真实反映阿尔塔什表孔溢洪洞控制段底板、边墙、顶部大梁、后胸墙之间的受力影响关系,采用区别于传统结构力学法的有限元法,对控制段闸室的应力、位移和抗滑稳定等进行三维有限元分析。结果表明:控制段各部位结构强度、变形和稳定性均满足规范要求,真实反映了控制段的受力状态。可为类似的溢洪洞控制段结构稳定计算提供借鉴。

关键词：溢洪洞控制段三维有限元分析

温泉水利枢纽溢洪洞挑流鼻坎优化模型试验研究

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红水河 2022年第1期41卷 61-66页

作者：赵姗姗新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830000

挑流鼻坎是比较常见的水力消能设施,其合理的体形结构是确保减小下游冲刷坑深度、改善水流条件、减小下游雾化影响的先决条件,通过模型试验对比分析是验证挑流鼻坎结构体形的有效手段之一。笔者通过模型试验验证挑流鼻坎原设计体形,观... 详细信息

挑流鼻坎是比较常见的水力消能设施,其合理的体形结构是确保减小下游冲刷坑深度、改善水流条件、减小下游雾化影响的先决条件,通过模型试验对比分析是验证挑流鼻坎结构体形的有效手段之一。笔者通过模型试验验证挑流鼻坎原设计体形,观测水流流态及下游冲刷坑深度,逐步调整挑流鼻坎的结构体形,统计分析下游冲刷坑范围及深度,最终确定推荐采用转向扩散斜切挑流鼻坎结构体形。该形式的挑鼻坎达到了挑距差大、挑射水流纵向和横向扩散效果良好、下游水垫波动较小、消能效果显著的目的。

关键词：溢洪洞挑流鼻坎模型试验优化温泉水利枢纽

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狭窄河谷溢洪洞出口挑坎体型优化研究

四川水利 2023年第6期44卷 20-25,30页

作者：龚汉忠李小英李振华孙先仍长江设计集团有限公司武汉430010 重庆市水利电力建筑勘测设计研究院有限公司重庆401121

某水库工程溢洪洞出口采用挑流消能,采用水工模型试验方法系统对比研究了斜切挑坎、双差动斜切、燕尾挑坎和斜切燕尾挑坎等四种优化方案,综合分析了水舌形态、落点、冲刷强度和消能率等水力指标。研究结果表明:斜切燕尾挑坎和圆弧形边... 详细信息

某水库工程溢洪洞出口采用挑流消能,采用水工模型试验方法系统对比研究了斜切挑坎、双差动斜切、燕尾挑坎和斜切燕尾挑坎等四种优化方案,综合分析了水舌形态、落点、冲刷强度和消能率等水力指标。研究结果表明:斜切燕尾挑坎和圆弧形边墙方案能够使挑流水舌呈“T字型”分布,实现了增大水舌落点范围、减小入水单宽功率和改善局部冲刷的效果,继而增加河道消能区的整体消能率,从而解决工程面临的河道狭窄、地质条件差、单宽流量大等制约问题。相关研究成果可为类似工程提供参考和技术支撑。

关键词：溢洪洞消能防冲斜切燕尾挑坎水工模型挑坎优化

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堰型对溢洪洞进口段设计影响的研究

价值工程 2023年第36期42卷 133-135页

作者：薛文斌李宛东杭炯炯中国水利水电第十一工程局有限公司郑州450001

西南地区某水库扩建工程泄水建筑物采用无压溢洪洞型式,控制段采用开敞式溢流堰,泄槽采用圆拱直墙型无压隧洞,消能防冲设施采用挑流消能。泄水建筑物轴线位于大坝右岸山体,岸坡坡角42°~60°,控制段主要受地形、地质和泄流条件限制。本... 详细信息

西南地区某水库扩建工程泄水建筑物采用无压溢洪洞型式,控制段采用开敞式溢流堰,泄槽采用圆拱直墙型无压隧洞,消能防冲设施采用挑流消能。泄水建筑物轴线位于大坝右岸山体,岸坡坡角42°~60°,控制段主要受地形、地质和泄流条件限制。本次通过对堰流水面线分析,采用HEC-RAS建立数学模型,针对不同堰型进行泄流能力、堰后收缩断面水深等研究,选择了合理的堰型和溢洪洞进口段布置,满足堰后泄槽水流衔接、泄洪等要求,可为后续类似工程设计提供借鉴。

关键词：溢洪洞堰型渐变段流态数学模型水力计算

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低气压对某水电站溢洪洞水力特性影响研究

水电站设计 2023年第4期39卷 31-35页

作者：闫旭郑雪玉中电建路桥集团有限公司北京100160 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550081

藏区海拔高、气压低使得水流各项特性较为复杂,目前气压变化对高速水流水力学特性的影响研究较少,现行规范对低气压下水力计算参数没有特别规定,其适用性还有待验证。以某西部水电站为依托,采用数值模拟方法对其溢洪洞泄洪水流特性进行... 详细信息

藏区海拔高、气压低使得水流各项特性较为复杂,目前气压变化对高速水流水力学特性的影响研究较少,现行规范对低气压下水力计算参数没有特别规定,其适用性还有待验证。以某西部水电站为依托,采用数值模拟方法对其溢洪洞泄洪水流特性进行初步探索,得出气压对各项水力要素的影响,既可以为本文实际工程提供设计参考,也可为后续藏区水利工程设计提供一定的借鉴。

关键词：低气压溢洪洞水流特性空化空蚀

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巴拉水电站溢洪洞开挖支护施工设计

四川水力发电 2023年第5期42卷 106-111页

作者：张强杨洋徐琨武四川足木足河流域水电开发有限公司四川成都610041

巴拉水电站溢洪洞“裁弯取直”布置于大坝左岸,洞轴线与坝轴线呈85°04'03″夹角,作为宣泄规划库容所不能容纳洪水的重要泄洪建筑物,具有洞室断面大、水流速度快等特点。进口布置于坝轴线上游约575.0 m处,采用开敞式进口明流泄水隧洞,... 详细信息

巴拉水电站溢洪洞“裁弯取直”布置于大坝左岸,洞轴线与坝轴线呈85°04'03″夹角,作为宣泄规划库容所不能容纳洪水的重要泄洪建筑物,具有洞室断面大、水流速度快等特点。进口布置于坝轴线上游约575.0 m处,采用开敞式进口明流泄水隧洞,由进水引渠段、控制闸室段、泄槽段及出口消能段组成。受地质条件影响,溢洪洞进口段围岩稳定性差、垂直埋深浅,最小垂直埋深仅2.8 m,不足1倍洞径,属于超浅埋洞段,成洞条件差,且位于高寒地区,施工难度极大。为保障施工安全,已在进口段采用预固结灌浆等措施,本文基于溢洪洞进口及浅埋洞身段已处理稳定的基础上就桩号0+074~1+233洞身段开挖支护技术进行分析。

关键词：巴拉水电站溢洪洞洞身开挖支护

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黑河水库溢洪洞进口岸坡连接型式优化选择

水利水电技术 2006年第5期37卷 48-50页

作者：周玉娟霍自民穆志勇刘强河北工程学院河北邯郸056038 邯郸市水利局河北邯郸056038

黑河水利枢纽右岸溢洪洞进口引渠右岸边坡的开挖方案,是影响该工程质量和造价的突出问题。通过水工试验,研究在满足泄洪、水流流态的前提下,优化和确定引渠进口岸坡的连接形式,达到减小开挖量,节省投资,缩短工期的目的。

关键词：溢洪洞进口岸坡连接形式水工试验黑河水库