烏東德水電站壩址區(qū)地下水滲流三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬

基坑降水的三維非穩(wěn)定滲流數(shù)值模擬——采用可視化三維滲流數(shù)值模擬技術(shù)求解基坑降水問題，不但可以提高計(jì)算結(jié)果的可靠性，而且具有直觀、清晰和應(yīng)用靈活等許多優(yōu)點(diǎn)。本文提出了進(jìn)行基坑降水方案三維非穩(wěn)定滲流數(shù)值模擬的技術(shù)要點(diǎn)。

壩基滲流是威脅觀音巖水電站安全運(yùn)行的主要問題之一。針對(duì)觀音巖水電站壩區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件和多重滲控措施,建立較為精細(xì)的壩區(qū)三維整體計(jì)算模型,采用基于計(jì)算流體力學(xué)(cfd)的三維非穩(wěn)態(tài)水氣兩相流滲流模型,對(duì)正常蓄水位下的壩基三維滲流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并重點(diǎn)分析了典型剖面的滲流特性和滲控措施的滲控效果。分析表明,壩基滲流場(chǎng)中的水頭、水力梯度、揚(yáng)壓力、滲流量等基本都在正常范圍內(nèi),不會(huì)對(duì)壩基滲流安全穩(wěn)定構(gòu)成較大威脅;防滲帷幕和排水系統(tǒng)的滲控效果顯著,有效改善了壩基滲流場(chǎng)的分布,滲控布置方案合理有效。

應(yīng)用有限單元法對(duì)大壩蓄水后的三維滲流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，比較了各種滲控措施的效果，并提出了優(yōu)化方案。提出了能迅速精確模擬廠房周圍排水井列的新方法——附加滲徑元法，首次對(duì)具體工程雙道防滲墻局部損壞—開裂和開叉后滲流場(chǎng)的影響進(jìn)行了分析，并提出了允許縫寬和開叉高度

針對(duì)金沙江烏東德水電站壩址區(qū)左右兩岸地下水中so42-含量的差異,尤其是左岸so24-含量普遍高于右岸的特征,通過巖礦和水化學(xué)成分分析,采用聚類分析法分析了地下水中so42-與其他離子成分的相關(guān)性,并結(jié)合水巖相互作用及水化學(xué)場(chǎng)、水溫場(chǎng)、水動(dòng)力場(chǎng)等方面的分析研究,發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)地下水中so42-的來源主要與地層中的黃鐵礦有關(guān),左右兩岸地下水中so42-含量的差異主要由于二岸地下水循環(huán)不同所致。

利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應(yīng)用瞬態(tài)piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并在溢流壩頂進(jìn)行網(wǎng)格加密,模擬計(jì)算了七孔溢洪道流場(chǎng)的三維水力特性,得到了設(shè)計(jì)工況的泄流能力、水面曲線、速度場(chǎng)。通過物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證,兩者結(jié)果吻合較好。

第四紀(jì)松散沉積層深基坑降水三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬——目的探討長(zhǎng)江三角洲巨厚第四紀(jì)松散沉積層深基坑非完整井降水模擬計(jì)算的理論．方法采用三維有限元數(shù)值模擬理論，以上海環(huán)球金融中心深基坑降水為例，模擬了在多層含水層復(fù)合存在、含水層最深底板埋深達(dá)149m...

以k-ε湍流模型封閉reynods方程,采用vof法追蹤自由水面,對(duì)緬甸dapein水電站表孔溢流壩的水流流動(dòng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。結(jié)果表明,溢流壩的泄流能力、水面線、壓力分布與流速分布等數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合,數(shù)值模擬結(jié)果可信,選擇的紊流模型合理,求解方法可靠,可為工程設(shè)計(jì)提供全面、合理的參考。

烏東德水電站壩址區(qū)特高邊坡穩(wěn)定性研究——金沙汀鳥東德水電站壩址風(fēng)邊坡高達(dá)1o00m，屬特高工程邊坡，對(duì)工程有重大影響。本文有針對(duì)性地從壩址區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)分布特征及其對(duì)工程高邊坡的影響、高邊坡整體穩(wěn)定性以及局部穩(wěn)定性等方面對(duì)壩址區(qū)工程特高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)...

金沙江烏東德水電站壩址區(qū)邊坡高達(dá)1000m,屬特高工程邊坡,對(duì)工程有重大影響。本文有針對(duì)性地從壩址區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)分布特征及其對(duì)工程高邊坡的影響、高邊坡整體穩(wěn)定性以及局部穩(wěn)定性等方面對(duì)壩址區(qū)工程特高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明,高邊坡穩(wěn)定性較好,對(duì)不穩(wěn)定塊體應(yīng)及時(shí)采取錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)處理。

烏東德水電站建壩巖體為中元古界會(huì)理群落雪組灰?guī)r、大理巖,因其變形模量范圍值與平均值分別高達(dá)18.22～69.69gpa和44.83gpa而受到業(yè)內(nèi)專家質(zhì)疑。為此,從試驗(yàn)方法適宜性分析、試驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)復(fù)核、試驗(yàn)成果分析等方面對(duì)巖體變形特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,從壩址所處地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、巖性巖相等方面對(duì)巖體變形特性進(jìn)行深入的地質(zhì)分析,得出如下結(jié)論:剛性承壓板法與柔性承壓板法在現(xiàn)場(chǎng)巖體測(cè)試中各有利弊,堅(jiān)硬完整巖體宜用柔性承壓板、半堅(jiān)硬和軟弱巖體宜用剛性承壓板;兩種試驗(yàn)方法所得測(cè)試成果雖有差異,但成果相近、量值相當(dāng),均真實(shí)地反映了客觀地質(zhì)條件。

在對(duì)江坪河水電站區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)特征進(jìn)行實(shí)測(cè)分析的基礎(chǔ)上,通過對(duì)三維模型施加不同的邊界載荷,對(duì)比分析應(yīng)力擬合點(diǎn)處的計(jì)算應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力,采用三維數(shù)值分析方法對(duì)水電工程壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行反演分析。結(jié)果表明:江坪河水電站壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)量值較低,最大主應(yīng)力為2.5mpa,方向?yàn)閚45°w;最小主應(yīng)力為1.5mpa,方向?yàn)閚45°e。應(yīng)力擬合點(diǎn)處應(yīng)力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較為接近,表明反演得到的壩址區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)是合理的,符合壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造歷史背景。

拉西瓦水電工程壩址區(qū)為高山峽谷地貌,受地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、自重、地表剝蝕和河流侵蝕卸荷等多因素影響而賦存有高地應(yīng)力,河谷區(qū)鉆孔巖芯餅化與探洞片狀剝落現(xiàn)象明顯。該區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)及其空間分布特征與多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及河谷演化歷史等因素有關(guān),要合理確定其三維地應(yīng)力分布狀況與大小難度較大。為此,采用多元回歸與逐步回歸相結(jié)合的方法對(duì)工程區(qū)域初始地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)反演。在此基礎(chǔ)上,深入研究了河谷區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)的空間分布特征與規(guī)律,并就其形成機(jī)理開展了多因素影響效應(yīng)分析,可供我國(guó)高地應(yīng)力區(qū)水電工程建設(shè)參考。

本文采用k-ε紊流數(shù)學(xué)模型,用vof方法來模擬跟蹤自由水面,求解三維數(shù)值方程,對(duì)不同體形情況下大壩表孔的泄水建筑物水流流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,得出水流流動(dòng)的參數(shù),并計(jì)算出了挑射水流形態(tài)。通過比較分析,優(yōu)化了泄水建筑物體形,為工程設(shè)計(jì)提供參考。

分析了糯扎渡水電站壩址區(qū)地下水化學(xué)成分、水質(zhì)特征和形成機(jī)制,并應(yīng)用圖示法和聚類分析法,探討了壩區(qū)地下水化學(xué)特征及其規(guī)律。認(rèn)為壩址區(qū)各水體有一定的水力聯(lián)系。

建立水電站進(jìn)水前池內(nèi)流動(dòng)的k-ε紊流數(shù)值模型,采用vof方法,對(duì)高水頭小流量引水式電站進(jìn)水前池內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。計(jì)算得出了沖擊式水輪機(jī)在引用設(shè)計(jì)流量1.94m3/s時(shí)前池內(nèi)水流流態(tài),底板壓力分布,及壓力鋼管進(jìn)口流速分布以及在針閥突然關(guān)閉時(shí),前池內(nèi)水面涌高時(shí)水面線形狀。數(shù)值計(jì)算結(jié)果結(jié)合常規(guī)理論分析可以為工程設(shè)計(jì)提供參考。

為研究烏東德水電站大村滑坡群的穩(wěn)定性,運(yùn)用自然歷史分析法和工程地質(zhì)類比法,討論了滑坡的破壞機(jī)理,認(rèn)為該滑坡群的形成和發(fā)展是地質(zhì)構(gòu)造、地形、鲹魚河下蝕和暴雨等綜合作用的結(jié)果。運(yùn)用極限平衡理論中的傳遞系數(shù)法,對(duì)其中一典型滑坡在天然狀態(tài)和暴雨?duì)顟B(tài)2種工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行了綜合分析和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,天然狀態(tài)下滑體穩(wěn)定性較好;暴雨?duì)顟B(tài)下滑體處于極限平衡狀態(tài)。針對(duì)該滑坡的實(shí)際情況,提出了在滑坡內(nèi)開展變形監(jiān)測(cè)工作的建議措施。

安全監(jiān)測(cè)是地下洞室圍巖穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)的重要手段。烏東德水電站右岸地下廠房規(guī)模巨大,主廠房、主變洞、調(diào)壓室三大洞室平行布置。為確保施工期圍巖的安全穩(wěn)定,通過使用多點(diǎn)位移計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、錨桿測(cè)力計(jì)、測(cè)縫計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器,對(duì)圍巖表面和深部的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè),分析了地下廠房三大洞室第ⅰ—第ⅲ層開挖的位移特性與變形規(guī)律。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:開挖引起的上層圍巖變形較小,且主要集中在淺表層;三大洞室?guī)r錨梁高程以上最大變形為16.43mm,主廠房頂拱、上游側(cè)巖錨梁和尾水調(diào)壓室上游邊墻圍巖變形較大;爆破開挖擾動(dòng)、開挖引起的空間效應(yīng)以及較差的地質(zhì)條件是圍巖變形增長(zhǎng)較快的主要影響因素;通過采用加強(qiáng)支護(hù)等措施,能有效控制圍巖變形的發(fā)展。

采用有限元法對(duì)巴底水電站大壩進(jìn)行三維滲流模擬研究,用等參六面體單元精確模擬了壩區(qū)各地層和壩體的空間分布,模擬了不同工況下大壩的滲流場(chǎng)分布規(guī)律,并分析計(jì)算了不同防滲措施下的水頭分布、單寬滲漏量和滲透坡降,以及對(duì)大壩滲流場(chǎng)的影響。結(jié)果表明:壩體采用瀝青混凝土心墻、壩基采用混凝土防滲墻滿足防滲要求。

安全監(jiān)測(cè)是地下洞室圍巖穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)的重要手段。烏東德水電站右岸地下廠房規(guī)模巨大,主廠房、主變洞、調(diào)壓室三大洞室平行布置。為確保施工期圍巖的安全穩(wěn)定,通過使用多點(diǎn)位移計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、錨桿測(cè)力計(jì)、測(cè)縫計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器,對(duì)圍巖表面和深部的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè),分析了地下廠房三大洞室第ⅰ—第ⅲ層開挖的位移特性與變形規(guī)律。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：開挖引起的上層圍巖變形較小,且主要集中在淺表層;三大洞室?guī)r錨梁高程以上最大變形為16.43mm,主廠房頂拱、上游側(cè)巖錨梁和尾水調(diào)壓室上游邊墻圍巖變形較大;爆破開挖擾動(dòng)、開挖引起的空間效應(yīng)以及較差的地質(zhì)條件是圍巖變形增長(zhǎng)較快的主要影響因素;通過采用加強(qiáng)支護(hù)等措施,能有效控制圍巖變形的發(fā)展。

采用k-ε紊流模型模擬某水電站2號(hào)孔板泄洪洞三維水流運(yùn)動(dòng),模擬結(jié)果與原型試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。通過對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果研究,獲得了流速、壓力和紊動(dòng)能等水力要素的分布規(guī)律,三者均在孔板附近劇烈變化,詳細(xì)地反映了孔板泄洪洞的消能特性。數(shù)值模擬結(jié)果表明,用k-ε紊流模型來研究孔板消能的水力特性是可行的,可以與物理模型并用,更為深入地研究?jī)?nèi)部機(jī)理和消能特點(diǎn),并為孔板泄洪洞的應(yīng)用提供可靠的參考依據(jù)。

基于通用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件fluent,建立思林水電站土石圍堰過水流場(chǎng)三維數(shù)值預(yù)測(cè)模型.采用可實(shí)現(xiàn)(realizable)k-ε紊流模型封閉紊流時(shí)均n-s方程,圍堰上自由水面變化采用vof方法捕捉.對(duì)圍堰原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了計(jì)算模擬,并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證.依據(jù)計(jì)算所得的詳細(xì)流場(chǎng)信息,給出了圍堰過水流場(chǎng)的流態(tài)和堰面紊動(dòng)強(qiáng)度分布及大小,以及水躍的形態(tài)和發(fā)生位置.研究表明可靠的三維水動(dòng)力數(shù)值模型可以做為試驗(yàn)研究的有力補(bǔ)充,有助于理解復(fù)雜的過水圍堰三維流場(chǎng)以及沖刷發(fā)生的機(jī)理.

含閘墩溢流壩三維過壩水流數(shù)值模擬——利用有限體積方法對(duì)含閘墩溢流壩過壩水流三維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，采用k-ε兩方程模型模擬湍流，利用流體體積（vof）法確定自由水面線，分別對(duì)兩種墩型過壩水流進(jìn)行計(jì)算，給出了3種水頭下的水面線及壩面壓力，通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果...