戧堤截流主要在河道截流和堤壩潰口封堵等水利和防洪減災(zāi)工程中得到應(yīng)用,戧堤周圍的水力沖刷直接影響工程的安全性。由于戧堤進占過程表現(xiàn)出較強的三維非恒定性,因此目前采用三維數(shù)值模型全面細致地模擬進占過程中戧堤周圍的三維水流結(jié)構(gòu)和沖刷特性較少。該文基于有限體積法和非結(jié)構(gòu)化的計算網(wǎng)格構(gòu)建了以水動力學(xué)模型、泥沙沖淤和河床變形方程為基礎(chǔ)的三維局部沖刷數(shù)值模型,從室內(nèi)明渠截流工程實驗中得到的龍口平均流速、上下游水位落差、底床切應(yīng)力分布與地形變化的關(guān)系等結(jié)果驗證了數(shù)值模型的可靠性。利用該數(shù)值模型模擬了截流戧堤單向進占方式下不同進占長度時戧堤附近和龍口處的三維水流特性,以及戧堤周圍局部沖刷地形的發(fā)展。通過分析水流特性與沖刷坑發(fā)展的關(guān)系,闡述了戧堤周圍局部沖刷的物理成因。研究結(jié)果表明:渦旋和下潛水流是戧堤附近河床劇烈淘刷的主要原因;單向進占時戧堤對水流具有偏移效應(yīng);在初始階段,沖刷趨勢表現(xiàn)為沿堤頭的上游至裹頭下游形成的斜向軸線沖刷;在沖刷發(fā)展過程中,龍口中部出現(xiàn)泥沙淤積,主要沖刷區(qū)位于戧堤和裹頭繞流后的底床。研究成果進一步表明數(shù)值仿真技術(shù)可應(yīng)用于工程截流實踐中,能預(yù)測截流中可能出現(xiàn)嚴重堤腳淘刷的位置與趨勢。

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