胡文兵中期報告課件

混凝土壩潰口在不同潰決方式下水力特性研究導師：郭紅民教授級高工報告人：胡文兵專業(yè)：水利工程研究背景國內外研究進展目前已完成工作試驗設計后期工作安排匯報內容一、研究背景目前，我國已成為世界上水庫數(shù)量最多的國家。當前修建的混凝土壩也是越來越高，承擔的水頭越來越大，但潰壩事件也是時有發(fā)生，其對下游造成的損失是不可估量的。關于混凝土壩潰決這一方面目前研究較少。隨著時間的推移，由于工程老化以及地震、極端氣候現(xiàn)象帶來的暴雨洪水等自然災害頻發(fā)，混凝土壩安全問題仍然存在。一、研究背景近年來，國內外對混凝土潰壩問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基礎上，并未考慮壩體潰決過程的影響。堤防決口是損失最嚴重、影響面最大、搶險最艱難的。決口搶險需要的是以決口現(xiàn)場的水力學特性參數(shù)為依據(jù)快速決斷有效的搶險技術措施，因而通過研究不同工況下堤防決口的水力學特性，并據(jù)此制定快速的準確有效的搶險封堵措施具有重要的意義潰口潰決過程的研究很有意義研究背景國內外研究進展目前已完成工作試驗設計后期工作安排匯報內容二、研究進展圣維南提出的明渠非恒定流控制方程，為潰壩水力學分析奠定了理論基礎（1871）Ritter在考慮一維平底、無阻、矩形斷面棱柱形的無限長明渠等簡化條件下，利用淺水方程特征理論獲得了著名的Ritter瞬間潰壩問題解（1892）Stoker把潰壩連續(xù)波和不連續(xù)波的理論結合，得到潰壩波Stoker解（1957）Dressler利用攝動法得到了考慮摩阻作用下的平底矩形明渠瞬時全潰問題的一階攝動解，并隨后將其應用到斜底渠道（1952-1958）林秉南應用特征線理論和Riemann方法獲得了有限長棱柱體水庫的潰壩波對稱（1980）謝任之利用分離變量法獲得了有限長棱柱體水庫潰壩波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河道形狀、初邊值條件簡化的基礎上獲得，相關成果對描述潰口水力特性具有指導意義，但難以弄清潰口水力參數(shù)的具體情況。二、研究進展?jié)嗡餮芯?0年代以前國外開展的潰壩洪水試驗研究主要以驗證潰壩波理論解為主。90年代后期研究以潰壩洪水機理和實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，水庫水深、水庫形狀及河道水深等各種因素對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，實際地形方面開展了三峽、小浪底、板橋水庫、卡特里娜颶風等不同地形的潰壩洪水試驗研究。潰壩洪水研究手段也發(fā)生了根本性的變化，21世紀前的測量技術以接觸測量為主，近十幾年來，圖像采集系統(tǒng)、PIV、PTV等新的測量儀器的使用，使?jié)魏樗芯渴侄伟l(fā)展為以非接觸測量為主。試驗研究

壩址水位流量過程潰壩波水力特性潰壩洪水演進規(guī)律

二、研究進展?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潰壩洪水動力演進模型、BREACH土壩潰口侵蝕模型、SMPDBK簡化潰壩模型二、研究進展本文主要研究內容以往的潰壩水流研究多忽略潰決過程，開展考慮潰決過程的潰口水力特性研究，為水庫防汛搶險應急預案制定提供技術支撐（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倒塌造成潰壩（3）壩體以開門式向下游打開造成潰壩測量壩體潰決時間研究潰口水位、流速、流態(tài)，得到不同潰決過程對流速分布、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內外研究進展目前已完成工作試驗設計后期工作安排匯報內容水庫電站梯級開發(fā)3研究方法模型試驗設計模型設計圖物理模型模型總體長15米，寬8米上游河道長約22.3米,平均河寬0.58米下游河道長約6米上游可潰庫容約6.5m3水庫電站梯級開發(fā)3研究方法模型試驗設計上游1號水位測點上游2號水位測點上游3號水位測點下游水位測點1號水位測點(4.2m)2號水位測點(7.16m)3號水位測點（11.29m）下游水位測點水庫電站梯級開發(fā)3研究方法模型試驗設計實驗壩型選取重力壩型，壩高50cm假設潰口尺寸30×50cm，潰口位與壩體中心潰決條件：壩前水位50cm，下游無水潰口斷面前設3條測線，9個流速測點研究背景國內外研究進展目前已完成工作試驗設計后期工作安排匯報內容水庫電站梯級開發(fā)4.1壩體滑移潰決水力特性分析潰口水位潰口潰決過程水位變化圖潰口水位變化圖水庫電站梯級開發(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)時間為2.5s水庫電站梯級開發(fā)4.1壩體滑移潰決水力特性分析流態(tài)水庫電站梯級開發(fā)四壩體滑移潰決水力特性分析流量過程線流量最大值為80.126L/s出現(xiàn)時間為2.5s與水力學計算手冊給出的計算公式所得最大流量（98L/s）相差約22%水庫電站梯級開發(fā)4.2壩體旋轉潰決工況下水力特性分析潰口水位水庫電站梯級開發(fā)4.2壩體旋轉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)時間0.4s潰口流速時間圖水庫電站梯級開發(fā)4.2壩體旋轉潰決工況下水力特性分析流量過程線流量最大值為43.39L/s出現(xiàn)時間為0.4s與水力學計算手冊給出的計算公式所得最大流量（48L/s）相差約11%4.3論文的框架結構1.緒論1.1研究背景及意義1.2國內外潰壩研究進展1.3國內外研究現(xiàn)狀分析1.4問題的提出1.5本文的研究內容、方法及創(chuàng)新點2.流體力學的基本理論和方法2.1經(jīng)驗公式及簡化水力計算方法2.2試驗方法2.3數(shù)值計算方法3.混凝土壩潰口潰決過程的試驗方案設計3.1地質概況和物理模型介紹3.2試驗方案的提出3.2.1壩體滑移潰決工況方案設計3.2.2壩體以建基面中線為軸向下游旋轉潰決工況方案設計3.2.3壩體開門式向下游打開潰決工況工況方案設計4.混凝土壩不同潰決方式下潰口水力特性研究4.1.試驗相關儀器設備4.1.1多普勒超聲流速儀4.1.2高像素攝影儀4.2試驗結果計算及分析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