北川-汶川地区泥石流拦砂坝运行效果分析

2018年7月通过野外实地考察,选取北川-汶川地区15条泥石流沟中的23座拦砂坝进行运行效果分析.结果表明,研究区域内拦砂坝以窗口坝为主,且多数处于满库或半库状态,仅4座拦砂坝运行状态良好.对其余受到破坏的拦砂坝依据其损毁特征进行分类,其中坝基掏蚀-倾倒型占37%,坝基掏蚀-错落型占11%,渗透-侵蚀型占47%,块石冲击-碎裂型占5%.通过对该地区泥石流拦砂坝沟床的调查,建立了北川和汶川地区泥石流拦砂坝回淤坡度经验公式.对该地区泥石流拦砂坝上、下游的堆积物进行实验分析,引入上、下游堆积物粒径比,发现拦砂坝对于泥石流粒径具有一定的分选作用.对过坝前后泥石流的容重进行分析,发现拦砂坝对泥石流容重具有明显的调节作用.     

基于水槽试验的泥石流拦挡坝泄水涵洞调控性能

拦挡坝体上布设泄水涵洞对泥石流破坏力的调控能力问题长期未得到强有力的证实。为此,采用室内水槽试验模拟泥石流对3种类型拦挡坝(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)的作用过程,从中获取拦挡坝坝后泥位、振动加速度、体积含水率和孔隙水压力等力学参数的变化数据,对比分析泥石流拦挡坝泄水涵洞的调控性能。结果表明：拦挡坝布设泄水涵洞会促使泥石流快速完成水石分离,减轻泥位的剧烈变化;加设拦挡坝后,泥石流的振动加速度会大幅减弱,且3种类型拦挡坝的坝后振动加速度数据比较接近,说明拦挡坝是否布设泄水涵洞对其遭受泥石流冲击力的大小几乎无影响,拦挡坝布设泄水涵洞并不会明显降低坝体安全性;Ⅰ型拦挡坝对体积含水率影响大,Ⅱ型、Ⅲ型拦挡坝体积含水率瞬间增大后又快速回落,说明布设泄水涵洞对减小坝前雍水的效果明显;预留泄水涵洞后,可以明显减轻下游坝体的孔隙水压力破坏,达到保护下游坝体的目的。以上试验现象说明,拦挡坝增设泄水涵洞可显著降低泥石流的破坏作用。     

横丹水电站下游冲刷坑二维数值模拟

采用二维数学模型,对横丹水电站泄水建筑物下游冲刷过程进行了二维数值模拟.以泥沙起动拖曳力作为泥沙起动判据,在二维流场计算的基础上,提取每个时间步后床面各节点水流剪切应力,通过比较水流剪切应力与泥沙起动拖曳力的大小来控制床面高程的变化;采用动网格模型、弹簧光顺模型和局部重构模型较好的完成了计算过程中网格的移动和动边界局部网格自动调整,实现了冲刷坑冲刷过程的二维数值模拟.结果表明,模拟计算的冲刷坑形态和深度与模型实测值吻合良好.在冲刷起始阶段,床面剪切应力下降较快,之后下降较慢.与冲刷坑起始冲刷较快,之后冲刷较慢具有良好的一致性.     

桩式丁坝局部冲刷深度试验研究

针对桩式丁坝局部冲刷特性及其最大冲刷深度,在总结前人研究的基础上,进行了桩式丁坝清水冲刷动床试验.试验中挑角范围在30—135°之间,透水率范围在0—40%之间,通过试验分析了其冲刷坑形态,冲刷深度影响因素和机理.研究结果表明:桩式丁坝局部冲刷坑呈"V"形槽状,最低点位于桩根附近,整个冲刷槽最大冲刷深度位于坝头,由绕坝水流所导致.冲刷深度随河宽缩窄率增大而增大,随透水率增大而减小,正挑时丁坝的冲深最大,同时还与Fr和床沙级配有关.最后,通过量纲分析建立了非淹没桩式丁坝局部最大冲刷深度的计算公式,该式将桩式丁坝冲刷深度与其影响因素直接联系起来,能够定量反映其影响规律,其计算结果与试验数据符合良好,可为实际工程设计提供参考依据.     

泄水建筑物下游波浪特性的实验研究

泄水建筑物下游波浪特性的实验研究何建京，马法三，水利学报，１９９３年第９期本文研究了泄水建筑物下游波浪的统计特性和频率特性，在对实验数据做了大量统计计算工作的基础上，对泄水建筑物下游波浪与海浪的有关特性进行了比较与分析，对泄水建筑物下游几种主要流态在...     

二元混合流初步研究与试验(基本消能方式的综合研究报告之一)

一、引言一般熟知的局部水力现象——水跃和跌水的研究,已有百余年的历史。但认真分析其所依据的边界条件(指边界几何要素,下同)后,便不难发现,所谓水跃和跌水,只不过是特殊边界条件下的局部水力现象而已。泄水建筑物出口轮廓与下游河床之间可能构成种种不同的边界条件,因此单纯研究任一特殊边界条件下的局部水力现象,缺乏普遍适用性。为此,本文初步探讨了一般边界条件下的局部水力现象;并将此现象定名为混合流,即射流与水跃流的混合流动。希望最终能为不同泄水建筑物下游的局部水力现象及相应的消能防冲问题,提供合理的解释途径和普遍可行的解决方法。     

水电站建筑物防止和减免空蚀的措施研究

我国是世界上建坝最多的国家，在水工建筑物破坏中，泄水建筑物的破坏最为普遍。泄水建筑物承担着卸或上游来水的作用，同时它受到下泄水流．特别是高速水流的冲刷作用。本文对水电站建筑物防止和减免空蚀的措施进行了研究。     

观音岩碾压混凝土重力坝动力分析

在VII度设防烈度下,按《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073—2000)的标准和方法对观音岩碾压混凝土重力坝泄水坝段进行三维有限元动力计算。分析其地震动力响应,泄水坝段坝趾、坝踵及进水口、泄水口的应力、应变状况。计算结果表明,坝体满足抗震设防要求,是安全可靠的。     

拦砂坝工程对吐峪沟千佛洞崖体稳定性的影响

在吐峪沟修建拦砂坝对吐峪沟石窟造成了严重的破坏,崖体崩塌、倾倒在短时间内频繁发生.拦砂坝在修建过程中,导致原来强烈风化的基岩松动,诱发了崖体坍塌；拦砂坝修成以后,由于水的冲蚀和浸泡,使崖体基座的泥岩软化、崩解,造成基岩松动或局部垮塌,严重影响了上部土体和洞窟的稳定性,导致崖体在拦砂坝修成以后崩塌、倾倒频繁发生；拦砂坝内水位的频繁变化是影响崖体稳定性的重要因素.不当的水利工程是河谷地貌类型石窟寺破坏的原因之一.     

基于FLO-2D的联合溪沟泥石流运动特征及防治对策

湖南省岳阳县联合溪沟无泥石流灾害历史,但于2011年、2012年连续两年暴发特大型泥石流。在实地调查中取得了该泥石流沟的地形、物源、水源等基础资料,并重点分析沟内堆积物颗粒粒径分布规律,总结了该泥石流的发育特征:在地形因素的主导下,沟道水动力条件不断变化,泥石流呈现出冲刷—淤积—运动—堆积的特点。利用FLO-2D模拟泥石流的活动范围及掩埋深度,并进行灾情验证,结果表明FLO-2D模拟计算结果与实际灾情基本一致。针对该泥石流沟的复杂性、独特性,提出以拦挡坝、桩林式格栅坝、清淤护岸工程相结合的泥石流工程治理措施。     

浅谈乱石坝根石走失的成因与防护措施

一、根石走失的原因 （一）水流条件的关系 （1）乱石坝周边水流形态与冲刷坑深度。黄河下游乱石坝大多数是非淹没的下挑丁坝,丁坝对近岸水流流速场干扰很大,由于水流在坝前受丁坝所阻,迎水面水位升高,形成上回流及下降水流。下降水流与主流合并成为螺旋流,这是造成坝前冲刷坑的主要原因。下回流的形成是水流过坝时的扩散离解造成的,水流过丁坝以后,由于单宽流量和近底流速的加大,在最大底流速区形成冲刷坑,     

消力池的水力计算

水利工程的溢流重力坝和溢洪道等泄水建筑物中,需要设计消力池设施来消除高速水流对下游河床的冲刷作用。消力池设计计算的主要内容包括确定消力池池深,坎高、消力池入口收缩断面水深和消力池的长度等。消力池的水力计算实质上就是解联立方程。本文编制了 BASIC 语言和 FORTRAN 语言源程序,该程序是采用迭代法进行逐步逼近求解的,而且在 PC—1500机和 PE—3220小型机上进行实例计算,列出了运算的操作使用指示说明,可供实用中参考。     

闽江竹岐至侯官河段河床演变规律与整治初探

近年来,竹岐至侯官河段冲淤变化快,局部河段流态恶化,时有船舶搁浅,甚至出现翻船事故,航道整治迫在眉睫,本文根据大量实测的水文、泥沙和地形资料,分析该河段近年来的演变规律和影响因素,发现受水电站泄水、采沙和特殊水文年水文动力因素等综合影响,该河段总体演变趋势是冲刷,但浅滩淤积,且整治建筑物对河床冲淤有较大影响,在此基础上,从水流动力基本理论出发,用二维数值模拟方法,进一步研究整治建筑物对流场的影响,揭示了局部河段流态恶化的原因,提出修建N18坝束水归槽,修建S15坝调整局部河段流场改善流态的整治方案,模拟计算表明,这一措施效果良好,研究成果可供工程实践参考。     

波流共同作用下大直径圆柱局部冲刷试验研究

海上风电大直径单桩基础周围海床在波流共同作用下会发生剧烈的泥沙运动与局部冲刷,预测此类建筑物周围局部冲刷深度的经验公式尚不完备.采用中值粒径为0.22 mm的均匀沙,在波流水槽中铺设平底沙床,对波流共同作用下大直径圆柱周围局部冲刷特性进行试验研究.基于无量纲特征冲刷时间尺度的分析,探讨Ucw及KC数对局部冲刷影响.结果...     

高拱坝表深孔碰撞泄洪消能水力特性

高拱坝坝身宣泄洪水产生高速水流,水流下泄时会对水垫塘底板产生极大的冲击压力.为保证下游冲刷安全,在有足够的深水垫消刹能量的同时,还需通过水舌在空中消耗部分能量.通过表深孔同轴碰撞的泄洪消能布置方式,研究不同表深孔流量比工况下水流特性及底板动水压强等水力特性.结果表明,表深孔上下水舌在空中碰撞、掺气,削弱射流的集中强度,...     

铺前大桥群桩基础冲刷特性分析

为了探明跨海大桥群桩基础的冲刷特性，选取铺前跨海大桥桩径4.3 m的大直径34^#主墩，研究其群桩基础665 d的海床面变化过程.采用现场测试和数值分析方法，对基础的冲淤变化特征和流速场对冲刷深度的影响开展研究，探讨了基础局部冲刷影响因素.基于75组现场数据的线性回归模型，提出了一种估算最大局部冲刷深度的计算公式，并采用38^#桥墩实测结果来验证公式的合理性.结果表明，铺前海湾在洋流影响下，桥墩迎水面和背水面同时出现海床面冲刷现象，且迎水面冲刷坑范围与冲刷深度均比背水面大，背水面在1.2倍桩径外为倒三角形状绵长的浅冲刷区，迎水面为深冲刷区.考虑冲刷防护时，应结合水文条件在迎、背水面和没有输沙来源的侧面对桥梁基础进行防护.     

高拱坝表孔及中孔挑流水舌上下碰撞作用下基岩冲刷

分析了表孔及中孔挑流水舌上下碰撞能量损失、 3 -D扩散和漏碰等水力特点 ,用动量方程和水舌空中扩散宽度沿程变化规律导出 3 - D碰撞流速、碰撞效率和碰撞能量损失 ,得出碰撞最佳水力条件。分析碰撞水舌对基岩冲刷特点 ,提出表、中孔水舌上下碰撞作用下基岩冲刷平衡深度估算方法。小湾表孔、中孔碰撞工况下基岩冲刷试验表明 ,预报值和试验值在各级库水位下基本吻合。研究表明预报方法可行的     

涌潮水流引发的桥墩局部冲刷试验

针对河口地区桥墩等桩式建筑物在涌潮水流作用下出现的局部冲刷问题,采用物理模型试验对涌潮水流引发桥墩局部冲刷的机理以及局部冲刷坑形态变化进行研究.试验结果表明:涌潮水流引发桥墩局部冲刷过程中桥墩局部切应力逐渐衰减,潮头水流虽然引发较大的床面切应力,但是由于作用时间短,所以只造成大量泥沙起动,在后续快水阶段桥墩局部冲刷迅速...     

基于河段单元尺度长江中游河床形态调整过程及差异性研究

三峡水库对坝下游河道调整的影响已初步显现,利用1987~2014年长江中游原型观测资料,以河段作为研究单元,探讨了三峡水库蓄水后坝下游河床形态调整时空差异性及成因,研究表明:(1)坝下游河床整体为冲刷趋势,且主冲刷带下移约80km,175m蓄水以来宜昌—枝城及下荆江河段冲刷强度减弱,上荆江、城陵矶—湖口河段增强;(2)宜昌—城陵矶河段冲刷集中在枯水河槽,且集中程度增加,低滩和高滩冲刷所占比例减小;(3)城陵矶—汉口河段由试验性蓄水前的"冲槽淤滩"转为试验性蓄水后的"滩槽均冲",汉口—湖口河段蓄水前为"冲槽淤滩",蓄水初期深槽和低滩冲刷,高滩淤积,试验性蓄水期后为深槽冲刷,高、低滩均略有淤积;(4)试验性蓄水后坝下游中枯水历时增长,冲刷集中在枯水河槽,滩地因高水历时减少和航道整治工程等作用,冲刷速率减小或略有淤积;(5)砂卵石河段断面调整以深蚀为主,砂卵石—沙质过渡段深蚀过程中伴随横向展宽,沙质河段整体为深蚀趋势,伴随边心滩冲淤调整,其展宽、束窄均有发生.     

基于Flow-3D的桩林坝不同布置形式对坝基的冲刷侵蚀

桩林坝是一种以桩为基础的竖向格子坝,既有良好的受力条件,又相对节约材料,同时拥有“拦粗排细”的功效,现有桩林坝的研究,多在冲击荷载、拦截固源和调控泥石流性能等方面构建不同布置形式的桩林坝模型。以杨家沟为例,通过野外现场踏勘和数值仿真计算,基于FLOW-3D软件开展数值模拟研究,建立不同布置形式（单排桩、双排桩、桩间距、排间距）的桩林坝模型,探讨不同影响因素下桩林坝坝基冲刷侵蚀规律。研究结果表明:（1）桩林坝的整体设计中桩林不宜过密,桩间距和排间距以2.5m为宜;（2）单排桩的稳定性较弱,在泥石流冲击下极易发生剪切破坏,且对上游的“固源”作用远不如多排桩,但单排桩的冲刷深度及侵蚀规模均小于多排桩。研究成果对桩林坝的布置形式及冲刷机制提供数据支撑,并为震后泥石流防治工程设计提供参考。