胡文兵中期报告课件

混凝土坝溃口在不同溃决方式下水力特性研究导师：郭红民教授级高工报告人：胡文兵专业：水利工程研究背景国内外研究进展目前已完成工作试验设计后期工作安排汇报内容一、研究背景目前，我国已成为世界上水库数量最多的国家。当前修建的混凝土坝也是越来越高，承担的水头越来越大，但溃坝事件也是时有发生，其对下游造成的损失是不可估量的。关于混凝土坝溃决这一方面目前研究较少。随着时间的推移，由于工程老化以及地震、极端气候现象带来的暴雨洪水等自然灾害频发，混凝土坝安全问题仍然存在。一、研究背景近年来，国内外对混凝土溃坝问题的研究已取得丰硕的成果，但大多都基于坝体溃决瞬间完成的假设基础上，并未考虑坝体溃决过程的影响。堤防决口是损失最严重、影响面最大、抢险最艰难的。决口抢险需要的是以决口现场的水力学特性参数为依据快速决断有效的抢险技术措施，因而通过研究不同工况下堤防决口的水力学特性，并据此制定快速的准确有效的抢险封堵措施具有重要的意义溃口溃决过程的研究很有意义研究背景国内外研究进展目前已完成工作试验设计后期工作安排汇报内容二、研究进展圣维南提出的明渠非恒定流控制方程，为溃坝水力学分析奠定了理论基础（1871）Ritter在考虑一维平底、无阻、矩形断面棱柱形的无限长明渠等简化条件下，利用浅水方程特征理论获得了著名的Ritter瞬间溃坝问题解（1892）Stoker把溃坝连续波和不连续波的理论结合，得到溃坝波Stoker解（1957）Dressler利用摄动法得到了考虑摩阻作用下的平底矩形明渠瞬时全溃问题的一阶摄动解，并随后将其应用到斜底渠道（1952-1958）林秉南应用特征线理论和Riemann方法获得了有限长棱柱体水库的溃坝波对称（1980）谢任之利用分离变量法获得了有限长棱柱体水库溃坝波Bessel方程形式解（1984）溃坝水流的理论解研究一维非恒定流基本方程溃坝水流研究溃坝水流理论研究均是在对河道形状、初边值条件简化的基础上获得，相关成果对描述溃口水力特性具有指导意义，但难以弄清溃口水力参数的具体情况。二、研究进展溃坝水流研究90年代以前国外开展的溃坝洪水试验研究主要以验证溃坝波理论解为主。90年代后期研究以溃坝洪水机理和实际地形洪水研究为主。一方面开展了河道坡度、河道糙率、河道形状，水库水深、水库形状及河道水深等各种因素对溃坝洪水波水深及波速的影响研究，另一方面研究了溃坝洪水波作用下，孤立建筑物、建筑群、潜坝、桥墩等障碍物附近的水深、流速及所受冲击力的影响研究，实际地形方面开展了三峡、小浪底、板桥水库、卡特里娜飓风等不同地形的溃坝洪水试验研究。溃坝洪水研究手段也发生了根本性的变化，21世纪前的测量技术以接触测量为主，近十几年来，图像采集系统、PIV、PTV等新的测量仪器的使用，使溃坝洪水研究手段发展为以非接触测量为主。试验研究

坝址水位流量过程溃坝波水力特性溃坝洪水演进规律

二、研究进展溃坝水流研究数值模拟研究离散方法维数特征线法、有限差分法，有限元法、谱方法、有限体积法、有限分析法、边界元法、LatticeBoltzmann方法一维、二维、三维、耦合溃坝数值模拟模型DAMBRK溃坝洪水动力演进模型、BREACH土坝溃口侵蚀模型、SMPDBK简化溃坝模型二、研究进展本文主要研究内容以往的溃坝水流研究多忽略溃决过程，开展考虑溃决过程的溃口水力特性研究，为水库防汛抢险应急预案制定提供技术支撑（1）溃口坝体整体滑移造成溃坝（2）坝体以建基面中线为轴向下游旋转倒塌造成溃坝（3）坝体以开门式向下游打开造成溃坝测量坝体溃决时间研究溃口水位、流速、流态，得到不同溃决过程对流速分布、流量大小、流态、水位的影响规律溃坝波在上下游的传播研究背景国内外研究进展目前已完成工作试验设计后期工作安排汇报内容水库电站梯级开发3研究方法模型试验设计模型设计图物理模型模型总体长15米，宽8米上游河道长约22.3米,平均河宽0.58米下游河道长约6米上游可溃库容约6.5m3水库电站梯级开发3研究方法模型试验设计上游1号水位测点上游2号水位测点上游3号水位测点下游水位测点1号水位测点(4.2m)2号水位测点(7.16m)3号水位测点（11.29m）下游水位测点水库电站梯级开发3研究方法模型试验设计实验坝型选取重力坝型，坝高50cm假设溃口尺寸30×50cm，溃口位与坝体中心溃决条件：坝前水位50cm，下游无水溃口断面前设3条测线，9个流速测点研究背景国内外研究进展目前已完成工作试验设计后期工作安排汇报内容水库电站梯级开发4.1坝体滑移溃决水力特性分析溃口水位溃口溃决过程水位变化图溃口水位变化图水库电站梯级开发4.1坝体滑移溃决水力特性分析溃口流速流速图流速最大值为59.885cm/s出现时间为2.5s水库电站梯级开发4.1坝体滑移溃决水力特性分析流态水库电站梯级开发四坝体滑移溃决水力特性分析流量过程线流量最大值为80.126L/s出现时间为2.5s与水力学计算手册给出的计算公式所得最大流量（98L/s）相差约22%水库电站梯级开发4.2坝体旋转溃决工况下水力特性分析溃口水位水库电站梯级开发4.2坝体旋转溃决工况下水力特性分析溃口流速最大速度31.44cm/s出现时间0.4s溃口流速时间图水库电站梯级开发4.2坝体旋转溃决工况下水力特性分析流量过程线流量最大值为43.39L/s出现时间为0.4s与水力学计算手册给出的计算公式所得最大流量（48L/s）相差约11%4.3论文的框架结构1.绪论1.1研究背景及意义1.2国内外溃坝研究进展1.3国内外研究现状分析1.4问题的提出1.5本文的研究内容、方法及创新点2.流体力学的基本理论和方法2.1经验公式及简化水力计算方法2.2试验方法2.3数值计算方法3.混凝土坝溃口溃决过程的试验方案设计3.1地质概况和物理模型介绍3.2试验方案的提出3.2.1坝体滑移溃决工况方案设计3.2.2坝体以建基面中线为轴向下游旋转溃决工况方案设计3.2.3坝体开门式向下游打开溃决工况工况方案设计4.混凝土坝不同溃决方式下溃口水力特性研究4.1.试验相关仪器设备4.1.1多普勒超声流速仪4.1.2高像素摄影仪4.2试验结果计算及分析4.2.1滑移溃决工况下溃口水力特性分析4.2.2旋转溃决工况下溃口水力特性分析4.2.3开门式溃决工况下溃口水力特性分析4.3本章小结