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

【文章來源】：長江科學院院報. 2020,37(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

計算水深云圖與試驗現(xiàn)場照片

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

為了進一步驗證模型的準確性,本文對Aureli等[12]開展的局部潰壩物理模型試驗進行數(shù)值模擬。試驗布置如圖5所示,長2.6 m、寬1.2 m的樹脂玻璃水槽分為上、下游2個部分,上游水庫為0.80 m×1.2 m,有一0.3 m寬的閘門。與Al-Faesly等[10]的物理模型試驗相似,通過滑輪系統(tǒng)快速拉起閘門來產生潰壩波。下游構筑物為經(jīng)鋁板加固的PVC箱,寬0.30 m,長0.155 m,高0.20 m,位于水槽中心線,距閘門0.5 m位置處。對該物理模型試驗進行數(shù)值模擬,采用2.5 m×2.5 mm的矩形網(wǎng)格對計算區(qū)域進行剖分,時間步長采用自適應時間步長,總模擬時間為3 s。水槽四周均設置為閉邊界,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 計算水深云圖與試驗現(xiàn)場照片

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3591959