洪水巨大的沖擊力對(duì)壩區(qū)及堤岸構(gòu)筑物造成很大的破壞,準(zhǔn)確計(jì)算潰壩洪水對(duì)構(gòu)筑物的沖擊荷載對(duì)于建筑物的安全設(shè)計(jì)是十分必要的。采用有限體積法和中心迎風(fēng)格式建立了二維數(shù)值模型,用于計(jì)算潰壩洪水對(duì)構(gòu)筑物的作用力,并將該模型應(yīng)用于全局潰壩和局部潰壩的物理模型試驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明:該模型能夠準(zhǔn)確地模擬全局潰壩工況下洪水對(duì)構(gòu)筑物沖擊荷載的變化情況,而對(duì)于局部潰壩工況,本模型的計(jì)算結(jié)果較為平滑,無法模擬實(shí)際水流紊動(dòng)的過程,但其最大沖擊荷載的計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)量值相接近。相比于三維數(shù)值模型,本文所建立的二維數(shù)值模型程序簡(jiǎn)單、計(jì)算效率高、計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果總體吻合較好,能夠有效地用于預(yù)測(cè)潰壩洪水對(duì)構(gòu)筑物的沖擊荷載。 

【文章來源】：長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào). 2020,37(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

計(jì)算水深云圖與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

式中:n為樣本序號(hào);m為樣本總量;Fe,n和Fs,n分別為第n號(hào)樣本試驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬的沖擊荷載; F e ˉ 為試驗(yàn)測(cè)量的沖擊荷載的平均值。經(jīng)過計(jì)算,本模型計(jì)算結(jié)果的變異系數(shù)<10%,表明該模型能較好地模擬全局潰壩波對(duì)構(gòu)筑物的沖擊荷載。為了評(píng)估模型參數(shù)對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的影響,本文以上述計(jì)算結(jié)果作為參考值,分別對(duì)網(wǎng)格尺寸和曼寧系數(shù)進(jìn)行敏感性分析。表1為敏感性分析計(jì)算結(jié)果,其中Fmax為最大沖擊荷載,ta為潰壩波到達(dá)構(gòu)筑物時(shí)間。由表1可知,使用0.005 m×0.005 m的矩形網(wǎng)格計(jì)算得到的Fmax與0.01 m×0.01 m的矩形網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果比較接近,ta的計(jì)算結(jié)果較之試驗(yàn)數(shù)據(jù)和0.01 m×0.01 m的矩形網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果稍有提前;而使用0.02 m×0.02 m的矩形網(wǎng)格,計(jì)算得到的Fmax結(jié)果偏大較多,將在一定程度上降低模擬的準(zhǔn)確性。此外,曼寧系數(shù)越大,最大沖擊荷載越小,潰壩波到達(dá)構(gòu)筑物上游面的時(shí)間越長(zhǎng)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,本文對(duì)Aureli等[12]開展的局部潰壩物理模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬。試驗(yàn)布置如圖5所示,長(zhǎng)2.6 m、寬1.2 m的樹脂玻璃水槽分為上、下游2個(gè)部分,上游水庫(kù)為0.80 m×1.2 m,有一0.3 m寬的閘門。與Al-Faesly等[10]的物理模型試驗(yàn)相似,通過滑輪系統(tǒng)快速拉起閘門來產(chǎn)生潰壩波。下游構(gòu)筑物為經(jīng)鋁板加固的PVC箱,寬0.30 m,長(zhǎng)0.155 m,高0.20 m,位于水槽中心線,距閘門0.5 m位置處。對(duì)該物理模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,采用2.5 m×2.5 mm的矩形網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行剖分,時(shí)間步長(zhǎng)采用自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng),總模擬時(shí)間為3 s。水槽四周均設(shè)置為閉邊界,底床曼寧系數(shù)取為0.007 s/m1/3,上游初始水深h0為0.10 m,下游為干河床。圖6 計(jì)算水深云圖與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]具有守恒特性的二維潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模型[J]. 吳鋼鋒,賀治國(guó),劉國(guó)華.  水科學(xué)進(jìn)展. 2013(05)
[2]二維潰壩洪水波傳播的高精度數(shù)值模擬[J]. 劉玉玲,王玲玲,周孝德,戎貴文.  自然災(zāi)害學(xué)報(bào). 2010(05)
[3]二維潰壩波數(shù)值模型及其應(yīng)用[J]. 潘存鴻,魯海燕,鄭君,于普兵.  水力發(fā)電學(xué)報(bào). 2010(04)
[4]《蓄滯洪區(qū)建筑工程技術(shù)規(guī)范》的特點(diǎn)和主要內(nèi)容[J]. 王開順.  建筑科學(xué). 1995(01)



本文編號(hào)：3591959