【摘要】：汛期洪水引起的堤防潰口嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè),交通運(yùn)輸,生態(tài)環(huán)境及社會(huì)安全與穩(wěn)定,研究堤防潰口的發(fā)生機(jī)理和搶險(xiǎn)堵復(fù)新技術(shù),具有極其重要工程應(yīng)用價(jià)值和急迫的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前依靠沉船、沉車堵復(fù)的應(yīng)急方法亟待改進(jìn)提高,快速、安全、高效的堵口技術(shù)必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問題:堵口拋投物迅速生根與拋投體迅速擴(kuò)展。本論文通過一系列理論分析和模型試驗(yàn)研究,分析論證了基于陣列火箭錨的潰口搶險(xiǎn)堵復(fù)新技術(shù)的可行性。主要進(jìn)行以下工作:(1)堤防潰口特征值概化分析與典型潰口水力邊界要素的確定。利用100多組國(guó)內(nèi)外堤防/土壩中后期潰口實(shí)例和試驗(yàn)數(shù)據(jù),基于聚類分析方法研究了潰口水力邊界特征值間的相關(guān)性,對(duì)缺失值進(jìn)行了關(guān)聯(lián)擬合補(bǔ)值;同時(shí)通過對(duì)潰口無量綱化特征值的概率密度統(tǒng)計(jì)分析,得出概化典型潰口水力邊界參數(shù)與相關(guān)擬合方程。分析表明:潰口寬多在20~100 m,口門水頭多在4~12 m,口門流速多在2~8 m/s,分布概率均在64%~71%。潰口寬深比B/H和弗勞德數(shù)Fr的概率密度均服從正態(tài)分布特征,潰口寬深比取3~8的分布頻率約為55%,潰口弗勞德數(shù)為0.4~0.8對(duì)應(yīng)的分布頻率約為60%。(2)典型潰口水力特性的模型試驗(yàn)研究。利用典型潰口特征值概化研究成果,在實(shí)驗(yàn)室建立了1:50的典型潰口物理模型;根據(jù)不同設(shè)計(jì)工況,進(jìn)行了潰口流態(tài)及特征值(堤內(nèi)外水位差、潰口中心流速、潰口水深等)的觀測(cè)試驗(yàn)。研究分析了當(dāng)量水位差分別與單寬水流功率和當(dāng)量水深的相關(guān)關(guān)系,以及潰口上下游水位~流量、水位~流速的變化規(guī)律;利用VDMS流場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)河道、潰口口門和洪泛區(qū)進(jìn)行了流場(chǎng)流態(tài)及表面流速場(chǎng)的測(cè)量,針對(duì)堤防潰口發(fā)生時(shí)潰口周圍的復(fù)雜流態(tài),對(duì)中后期潰口流場(chǎng)的變化特征進(jìn)行了相關(guān)分析,表明潰口口門處流速最大,流速一般在4.81-5.80m/s(相對(duì)誤差均在4%以內(nèi));潰口下游兩側(cè)洪泛區(qū)存在大范圍渦流現(xiàn)象,回流流速一般在0.64~0.92m/s。(3)開展系列模擬試驗(yàn),研究潰口堵復(fù)新技術(shù)的可行性。在提出基于陣列錨堵口新技術(shù)設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上,提出了堵口新技術(shù)的施工流程;對(duì)新技術(shù)的可行性進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。分析了利用錨索滑投石籠的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,得到了不同規(guī)格石籠的起動(dòng)流速;在水槽中進(jìn)行了單錨索拉力試驗(yàn),研究分析了錨索拉力與石籠重量、錨索水平夾角和潰口流速之間的相關(guān)關(guān)系,提出了這些關(guān)聯(lián)要素間的依存關(guān)系:F~f(G’,v,θ);基于陣列火箭錨堵口新技術(shù)思想,提出“上挑式交錯(cuò)錨固點(diǎn)陣”優(yōu)化錨陣布置方法,并在潰口模型中開展相應(yīng)的模擬試驗(yàn)研究與分析。試驗(yàn)表明,利用新技術(shù)進(jìn)行有錨索精準(zhǔn)堵口,可以快速形成堵口中流砥柱,投放物料損失率可以控制在4%以內(nèi),堵口效率十分顯著;試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)堤內(nèi)外水位差、潰口流速和拋投體下游側(cè)水深對(duì)利用錨陣進(jìn)行快速堵復(fù)的時(shí)間有一定的相關(guān)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV871

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本文編號(hào)：2770742