胡文兵中期报告讲述.ppt

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、Lattice Boltzmann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