高壩塊體護(hù)底水墊塘水動(dòng)力特性研究.pdf

1、　　高壩泄洪消能防沖是我國(guó)水電開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,高壩多采用挑流消能方式,在挑流消能中,挑射水流作用于下游河床,無(wú)論是自然形成的沖刷坑還是人工修建的水墊塘,都是利用下游一定厚度、一定體積的水墊來(lái)消耗跌落水流的能量,同時(shí)依靠沖刷坑或水墊塘底部抗沖層護(hù)底,達(dá)到消能防沖的目的。然而在實(shí)際工程建設(shè)中,由于對(duì)水墊塘內(nèi)復(fù)雜流動(dòng)認(rèn)識(shí)不足,產(chǎn)生設(shè)計(jì)不合理,或由于施工缺陷,導(dǎo)致沖刷破壞事件時(shí)有發(fā)生,危害水工建筑物安全。因此進(jìn)一步深入研究水墊塘的消能機(jī)理,

2、改進(jìn)現(xiàn)有水墊塘防沖層結(jié)構(gòu)形式存在的不足,提出創(chuàng)新性的水墊塘體型及有利的水墊塘邊壁條件,對(duì)于從根本上解決造價(jià)高,破壞后修復(fù)難度大等問(wèn)題有重要的實(shí)用意義。
　　為了在水墊塘消能防護(hù)理念上有所突破,在搜集整理國(guó)內(nèi)外有關(guān)水墊塘消能研究成果的基礎(chǔ)上,以萬(wàn)家口水墊塘為研究對(duì)象,采用 RNG k~?紊流模型,利用 VOF 方法追蹤自由表面,采用標(biāo)準(zhǔn)六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,利用大型流體力學(xué)軟件Flow3d對(duì)萬(wàn)家口水墊塘模型進(jìn)行三維數(shù)值模擬,得到水流流

3、態(tài),水面線,流速等水力參數(shù)的分布規(guī)律,并將數(shù)值模擬成果與物理模型試驗(yàn)成果進(jìn)行了對(duì)比分析,其結(jié)果基本上一致。數(shù)值計(jì)算結(jié)果信息量龐大,全面反應(yīng)了水墊塘內(nèi)的水力特性,為后續(xù)研究塊體護(hù)底新型水墊塘提供了計(jì)算方法。
　　借鑒河道、海岸整治工程及消力池下游海漫中大量運(yùn)用碎石,四面體混凝土塊等大粒徑塊體。這些散粒體構(gòu)成的柔性高透水性結(jié)構(gòu)消除了水流的能量,促進(jìn)流速進(jìn)一步調(diào)整,在水墊塘復(fù)雜的流態(tài)中,板所受的作用力也是瞬息萬(wàn)變的,極易被掀起,相比之

4、下塊狀受力要均勻,將這種高透水性的散粒體堆積結(jié)構(gòu)應(yīng)用在水墊塘的防沖消能上,散粒體的透水性對(duì)水能的消散,防止沖坑的擴(kuò)大有重要的作用。本文深入分析了塊體的不同尺寸、形狀對(duì)水墊塘消能效果的影響,選擇四面體、球體、橢球體等基本形狀的塊體,以及不同尺寸的球體,數(shù)值模擬了水墊塘的水流流態(tài)、水面線、流速、底板壓強(qiáng)等水動(dòng)力特性。計(jì)算表明水墊塘內(nèi)平鋪不同粒徑的球體時(shí),4cm球體護(hù)底水墊塘的塊體透水作用最強(qiáng),流速衰減效果最為明顯,沖擊區(qū)的影響范圍最小。同理