胡文兵中期報(bào)告課件

混凝土壩潰口在不同潰決方式下水力特性研究導(dǎo)師：郭紅民教授級(jí)高工報(bào)告人：胡文兵專業(yè)：水利工程研究背景國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展目前已完成工作試驗(yàn)設(shè)計(jì)后期工作安排匯報(bào)內(nèi)容一、研究背景目前，我國(guó)已成為世界上水庫(kù)數(shù)量最多的國(guó)家。當(dāng)前修建的混凝土壩也是越來(lái)越高，承擔(dān)的水頭越來(lái)越大，但潰壩事件也是時(shí)有發(fā)生，其對(duì)下游造成的損失是不可估量的。關(guān)于混凝土壩潰決這一方面目前研究較少。隨著時(shí)間的推移，由于工程老化以及地震、極端氣候現(xiàn)象帶來(lái)的暴雨洪水等自然災(zāi)害頻發(fā)，混凝土壩安全問(wèn)題仍然存在。一、研究背景近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土潰壩問(wèn)題的研究已取得豐碩的成果，但大多都基于壩體潰決瞬間完成的假設(shè)基礎(chǔ)上，并未考慮壩體潰決過(guò)程的影響。堤防決口是損失最嚴(yán)重、影響面最大、搶險(xiǎn)最艱難的。決口搶險(xiǎn)需要的是以決口現(xiàn)場(chǎng)的水力學(xué)特性參數(shù)為依據(jù)快速?zèng)Q斷有效的搶險(xiǎn)技術(shù)措施，因而通過(guò)研究不同工況下堤防決口的水力學(xué)特性，并據(jù)此制定快速的準(zhǔn)確有效的搶險(xiǎn)封堵措施具有重要的意義潰口潰決過(guò)程的研究很有意義研究背景國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展目前已完成工作試驗(yàn)設(shè)計(jì)后期工作安排匯報(bào)內(nèi)容二、研究進(jìn)展圣維南提出的明渠非恒定流控制方程，為潰壩水力學(xué)分析奠定了理論基礎(chǔ)（1871）Ritter在考慮一維平底、無(wú)阻、矩形斷面棱柱形的無(wú)限長(zhǎng)明渠等簡(jiǎn)化條件下，利用淺水方程特征理論獲得了著名的Ritter瞬間潰壩問(wèn)題解（1892）Stoker把潰壩連續(xù)波和不連續(xù)波的理論結(jié)合，得到潰壩波Stoker解（1957）Dressler利用攝動(dòng)法得到了考慮摩阻作用下的平底矩形明渠瞬時(shí)全潰問(wèn)題的一階攝動(dòng)解，并隨后將其應(yīng)用到斜底渠道（1952-1958）林秉南應(yīng)用特征線理論和Riemann方法獲得了有限長(zhǎng)棱柱體水庫(kù)的潰壩波對(duì)稱（1980）謝任之利用分離變量法獲得了有限長(zhǎng)棱柱體水庫(kù)潰壩波Bessel方程形式解（1984）潰壩水流的理論解研究一維非恒定流基本方程潰壩水流研究潰壩水流理論研究均是在對(duì)河道形狀、初邊值條件簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上獲得，相關(guān)成果對(duì)描述潰口水力特性具有指導(dǎo)意義，但難以弄清潰口水力參數(shù)的具體情況。二、研究進(jìn)展?jié)嗡餮芯?0年代以前國(guó)外開展的潰壩洪水試驗(yàn)研究主要以驗(yàn)證潰壩波理論解為主。90年代后期研究以潰壩洪水機(jī)理和實(shí)際地形洪水研究為主。一方面開展了河道坡度、河道糙率、河道形狀，水庫(kù)水深、水庫(kù)形狀及河道水深等各種因素對(duì)潰壩洪水波水深及波速的影響研究，另一方面研究了潰壩洪水波作用下，孤立建筑物、建筑群、潛壩、橋墩等障礙物附近的水深、流速及所受沖擊力的影響研究，實(shí)際地形方面開展了三峽、小浪底、板橋水庫(kù)、卡特里娜颶風(fēng)等不同地形的潰壩洪水試驗(yàn)研究。潰壩洪水研究手段也發(fā)生了根本性的變化，21世紀(jì)前的測(cè)量技術(shù)以接觸測(cè)量為主，近十幾年來(lái)，圖像采集系統(tǒng)、PIV、PTV等新的測(cè)量?jī)x器的使用，使?jié)魏樗芯渴侄伟l(fā)展為以非接觸測(cè)量為主。試驗(yàn)研究

壩址水位流量過(guò)程潰壩波水力特性潰壩洪水演進(jìn)規(guī)律

二、研究進(jìn)展?jié)嗡餮芯繑?shù)值模擬研究離散方法維數(shù)特征線法、有限差分法，有限元法、譜方法、有限體積法、有限分析法、邊界元法、LatticeBoltzmann方法一維、二維、三維、耦合潰壩數(shù)值模擬模型DAMBRK潰壩洪水動(dòng)力演進(jìn)模型、BREACH土壩潰口侵蝕模型、SMPDBK簡(jiǎn)化潰壩模型二、研究進(jìn)展本文主要研究?jī)?nèi)容以往的潰壩水流研究多忽略潰決過(guò)程，開展考慮潰決過(guò)程的潰口水力特性研究，為水庫(kù)防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案制定提供技術(shù)支撐（1）潰口壩體整體滑移造成潰壩（2）壩體以建基面中線為軸向下游旋轉(zhuǎn)倒塌造成潰壩（3）壩體以開門式向下游打開造成潰壩測(cè)量壩體潰決時(shí)間研究潰口水位、流速、流態(tài)，得到不同潰決過(guò)程對(duì)流速分布、流量大小、流態(tài)、水位的影響規(guī)律潰壩波在上下游的傳播研究背景國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展目前已完成工作試驗(yàn)設(shè)計(jì)后期工作安排匯報(bào)內(nèi)容水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)3研究方法模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)圖物理模型模型總體長(zhǎng)15米，寬8米上游河道長(zhǎng)約22.3米,平均河寬0.58米下游河道長(zhǎng)約6米上游可潰庫(kù)容約6.5m3水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)3研究方法模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)上游1號(hào)水位測(cè)點(diǎn)上游2號(hào)水位測(cè)點(diǎn)上游3號(hào)水位測(cè)點(diǎn)下游水位測(cè)點(diǎn)1號(hào)水位測(cè)點(diǎn)(4.2m)2號(hào)水位測(cè)點(diǎn)(7.16m)3號(hào)水位測(cè)點(diǎn)（11.29m）下游水位測(cè)點(diǎn)水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)3研究方法模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)壩型選取重力壩型，壩高50cm假設(shè)潰口尺寸30×50cm，潰口位與壩體中心潰決條件：壩前水位50cm，下游無(wú)水潰口斷面前設(shè)3條測(cè)線，9個(gè)流速測(cè)點(diǎn)研究背景國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展目前已完成工作試驗(yàn)設(shè)計(jì)后期工作安排匯報(bào)內(nèi)容水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)4.1壩體滑移潰決水力特性分析潰口水位潰口潰決過(guò)程水位變化圖潰口水位變化圖水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)4.1壩體滑移潰決水力特性分析潰口流速流速圖流速最大值為59.885cm/s出現(xiàn)時(shí)間為2.5s水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)4.1壩體滑移潰決水力特性分析流態(tài)水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)四壩體滑移潰決水力特性分析流量過(guò)程線流量最大值為80.126L/s出現(xiàn)時(shí)間為2.5s與水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)給出的計(jì)算公式所得最大流量（98L/s）相差約22%水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)4.2壩體旋轉(zhuǎn)潰決工況下水力特性分析潰口水位水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)4.2壩體旋轉(zhuǎn)潰決工況下水力特性分析潰口流速最大速度31.44cm/s出現(xiàn)時(shí)間0.4s潰口流速時(shí)間圖水庫(kù)電站梯級(jí)開發(fā)4.2壩體旋轉(zhuǎn)潰決工況下水力特性分析流量過(guò)程線流量最大值為43.39L/s出現(xiàn)時(shí)間為0.4s與水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)給出的計(jì)算公式所得最大流量（48L/s）相差約11%4.3論文的框架結(jié)構(gòu)1.緒論1.1研究背景及意義1.2國(guó)內(nèi)外潰壩研究進(jìn)展1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析1.4問(wèn)題的提出1.5本文的研究?jī)?nèi)容、方法及創(chuàng)新點(diǎn)2.流體力學(xué)的基本理論和方法2.1經(jīng)驗(yàn)公式及簡(jiǎn)化水力計(jì)算方法2.2試驗(yàn)方法2.3數(shù)值計(jì)算方法3.混凝土壩潰口潰決過(guò)程的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)3.1地質(zhì)概況和物理模型介紹3.2試驗(yàn)方案的提出3.2.1壩體滑移潰決工況方案設(shè)計(jì)3.2.2壩體以建基面中線為軸向下游旋轉(zhuǎn)潰決工況方案設(shè)計(jì)3.2.3壩體開門式向下游打開潰決工況工況方案設(shè)計(jì)4.混凝土壩不同潰決方式下潰口水力特性研究4.1.試驗(yàn)相關(guān)儀器設(shè)備4.1.1多普勒超聲流速儀4.1.2高像素?cái)z影儀4.2試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及分析4.2.1滑移潰決工況下潰口水力特性分析4.2.2旋轉(zhuǎn)潰決工況下潰口水力特性分析4.2.3開門式潰決工況下潰口水力特性分析4.3本章小結(jié)