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)值模擬技術求解基坑降水問題，不但可以提高計算結果的可靠性，而且具有直觀、清晰和應用靈活等許多優(yōu)點。本文提出了進行基坑降水方案三維非穩(wěn)定滲流數(shù)值模擬的技術要點。

壩基滲流是威脅觀音巖水電站安全運行的主要問題之一。針對觀音巖水電站壩區(qū)復雜的地質(zhì)條件和多重滲控措施,建立較為精細的壩區(qū)三維整體計算模型,采用基于計算流體力學(cfd)的三維非穩(wěn)態(tài)水氣兩相流滲流模型,對正常蓄水位下的壩基三維滲流場進行了數(shù)值模擬,并重點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,壩基滲流場中的水頭、水力梯度、揚壓力、滲流量等基本都在正常范圍內(nèi),不會對壩基滲流安全穩(wěn)定構成較大威脅;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的分布,滲控布置方案合理有效。

應用有限單元法對大壩蓄水后的三維滲流場進行數(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，首次對具體工程雙道防滲墻局部損壞—開裂和開叉后滲流場的影響進行了分析，并提出了允許縫寬和開叉高度

針對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性,并結合水巖相互作用及水化學場、水溫場、水動力場等方面的分析研究,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,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。

利用標準k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應用瞬態(tài)piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結構化網(wǎng)格并在溢流壩頂進行網(wǎng)格加密,模擬計算了七孔溢洪道流場的三維水力特性,得到了設計工況的泄流能力、水面曲線、速度場。通過物理模型試驗驗證,兩者結果吻合較好。

第四紀松散沉積層深基坑降水三維非穩(wěn)定流數(shù)值模擬——目的探討長江三角洲巨厚第四紀松散沉積層深基坑非完整井降水模擬計算的理論．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合存在、含水層最深底板埋深達149m...

以k-ε湍流模型封閉reynods方程,采用vof法追蹤自由水面,對緬甸dapein水電站表孔溢流壩的水流流動進行了三維數(shù)值模擬。結果表明,溢流壩的泄流能力、水面線、壓力分布與流速分布等數(shù)值模擬結果與模型試驗實測結果吻合,數(shù)值模擬結果可信,選擇的紊流模型合理,求解方法可靠,可為工程設計提供全面、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邊坡高達1o00m，屬特高工程邊坡，對工程有重大影響。本文有針對性地從壩址區(qū)地應力場分布特征及其對工程高邊坡的影響、高邊坡整體穩(wěn)定性以及局部穩(wěn)定性等方面對壩址區(qū)工程特高邊坡的穩(wěn)定性進...

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

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

在對江坪河水電站區(qū)域地應力場特征進行實測分析的基礎上,通過對三維模型施加不同的邊界載荷,對比分析應力擬合點處的計算應力與實測應力,采用三維數(shù)值分析方法對水電工程壩址區(qū)初始地應力場進行反演分析。結果表明:江坪河水電站壩址區(qū)初始地應力場量值較低,最大主應力為2.5mpa,方向為n45°w;最小主應力為1.5mpa,方向為n45°e。應力擬合點處應力計算值與實測值較為接近,表明反演得到的壩址區(qū)初始地應力場是合理的,符合壩址區(qū)地質(zhì)構造歷史背景。

拉西瓦水電工程壩址區(qū)為高山峽谷地貌,受地質(zhì)構造應力、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)地應力場及其空間分布特征與多期地質(zhì)構造運動及河谷演化歷史等因素有關,要合理確定其三維地應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合的方法對工程區(qū)域初始地應力場進行了詳細反演。在此基礎上,深入研究了河谷區(qū)地應力場的空間分布特征與規(guī)律,并就其形成機理開展了多因素影響效應分析,可供我國高地應力區(qū)水電工程建設參考。

本文采用k-ε紊流數(shù)學模型,用vof方法來模擬跟蹤自由水面,求解三維數(shù)值方程,對不同體形情況下大壩表孔的泄水建筑物水流流動進行了數(shù)值計算,得出水流流動的參數(shù),并計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,為工程設計提供參考。

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

建立水電站進水前池內(nèi)流動的k-ε紊流數(shù)值模型,采用vof方法,對高水頭小流量引水式電站進水前池內(nèi)流場進行了三維數(shù)值模擬。計算得出了沖擊式水輪機在引用設計流量1.94m3/s時前池內(nèi)水流流態(tài),底板壓力分布,及壓力鋼管進口流速分布以及在針閥突然關閉時,前池內(nèi)水面涌高時水面線形狀。數(shù)值計算結果結合常規(guī)理論分析可以為工程設計提供參考。

為研究烏東德水電站大村滑坡群的穩(wěn)定性,運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理,認為該滑坡群的形成和發(fā)展是地質(zhì)構造、地形、鲹魚河下蝕和暴雨等綜合作用的結果。運用極限平衡理論中的傳遞系數(shù)法,對其中一典型滑坡在天然狀態(tài)和暴雨狀態(tài)2種工況下的穩(wěn)定性進行了綜合分析和評價。結果表明,天然狀態(tài)下滑體穩(wěn)定性較好;暴雨狀態(tài)下滑體處于極限平衡狀態(tài)。針對該滑坡的實際情況,提出了在滑坡內(nèi)開展變形監(jiān)測工作的建議措施。

安全監(jiān)測是地下洞室圍巖穩(wěn)定安全評價的重要手段。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,通過使用多點位移計、錨桿應力計、錨索測力計、錨桿測力計、測縫計等監(jiān)測儀器,對圍巖表面和深部的變形進行監(jiān)測,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)測結果表明: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、開挖引起的空間效應以及較差的地質(zhì)條件是圍巖變形增長較快的主要影響因素;通過采用加強支護等措施,能有效控制圍巖變形的發(fā)展。

采用有限元法對巴底水電站大壩進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分布規(guī)律,并分析計算了不同防滲措施下的水頭分布、單寬滲漏量和滲透坡降,以及對大壩滲流場的影響。結果表明: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)測是地下洞室圍巖穩(wěn)定安全評價的重要手段。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,通過使用多點位移計、錨桿應力計、錨索測力計、錨桿測力計、測縫計等監(jiān)測儀器,對圍巖表面和深部的變形進行監(jiān)測,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)測結果表明：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、開挖引起的空間效應以及較差的地質(zhì)條件是圍巖變形增長較快的主要影響因素;通過采用加強支護等措施,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號孔板泄洪洞三維水流運動,模擬結果與原型試驗數(shù)據(jù)基本一致。通過對數(shù)值模擬結果研究,獲得了流速、壓力和紊動能等水力要素的分布規(guī)律,三者均在孔板附近劇烈變化,詳細地反映了孔板泄洪洞的消能特性。數(shù)值模擬結果表明,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,更為深入地研究內(nèi)部機理和消能特點,并為孔板泄洪洞的應用提供可靠的參考依據(jù)。

基于通用計算流體動力學軟件fluent,建立思林水電站土石圍堰過水流場三維數(shù)值預測模型.采用可實現(xiàn)(realizable)k-ε紊流模型封閉紊流時均n-s方程,圍堰上自由水面變化采用vof方法捕捉.對圍堰原設計方案進行了計算模擬,并用試驗數(shù)據(jù)進行驗證.依據(jù)計算所得的詳細流場信息,給出了圍堰過水流場的流態(tài)和堰面紊動強度分布及大小,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力數(shù)值模型可以做為試驗研究的有力補充,有助于理解復雜的過水圍堰三維流場以及沖刷發(fā)生的機理.

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含閘墩溢流壩過壩水流三維流場進行數(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，分別對兩種墩型過壩水流進行計算，給出了3種水頭下的水面線及壩面壓力，通過與實驗結果...