高壩塊體護底水墊塘水動力特性研究.pdf

1、　　高壩泄洪消能防沖是我國水電開發(fā)的關鍵技術問題,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、一定體積的水墊來消耗跌落水流的能量,同時依靠沖刷坑或水墊塘底部抗沖層護底,達到消能防沖的目的。然而在實際工程建設中,由于對水墊塘內(nèi)復雜流動認識不足,產(chǎn)生設計不合理,或由于施工缺陷,導致沖刷破壞事件時有發(fā)生,危害水工建筑物安全。因此進一步深入研究水墊塘的消能機理,

2、改進現(xiàn)有水墊塘防沖層結構形式存在的不足,提出創(chuàng)新性的水墊塘體型及有利的水墊塘邊壁條件,對于從根本上解決造價高,破壞后修復難度大等問題有重要的實用意義。
　　為了在水墊塘消能防護理念上有所突破,在搜集整理國內(nèi)外有關水墊塘消能研究成果的基礎上,以萬家口水墊塘為研究對象,采用 RNG k~?紊流模型,利用 VOF 方法追蹤自由表面,采用標準六面體結構化網(wǎng)格,利用大型流體力學軟件Flow3d對萬家口水墊塘模型進行三維數(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成果進行了對比分析,其結果基本上一致。數(shù)值計算結果信息量龐大,全面反應了水墊塘內(nèi)的水力特性,為后續(xù)研究塊體護底新型水墊塘提供了計算方法。
　　借鑒河道、海岸整治工程及消力池下游海漫中大量運用碎石,四面體混凝土塊等大粒徑塊體。這些散粒體構成的柔性高透水性結構消除了水流的能量,促進流速進一步調(diào)整,在水墊塘復雜的流態(tài)中,板所受的作用力也是瞬息萬變的,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構應用在水墊塘的防沖消能上,散粒體的透水性對水能的消散,防止沖坑的擴大有重要的作用。本文深入分析了塊體的不同尺寸、形狀對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、底板壓強等水動力特性。計算表明水墊塘內(nèi)平鋪不同粒徑的球體時,4cm球體護底水墊塘的塊體透水作用最強,流速衰減效果最為明顯,沖擊區(qū)的影響范圍最小。同理