均质透水丁坝二维水流模拟研究

透水丁坝具有一定的透水率,其坝头水流分离程度、坝头局部冲深相比于实体丁坝要小,此外坝体的孔隙为鱼类和其余水生生物提供了栖息环境,对环境保护起到积极作用。为模拟均质透水丁坝平面二维水流运动,文章基于正交曲线贴体坐标系下平面二维水流数学模型,引入通度系数的概念考虑丁坝的透水率,并对考虑通度系数后的方程进行离散和求解。采用已有的水槽试验资料,进行了初步验证,模拟透水丁坝作用后的流场和水位场,结果表明计算和实测符合较好。     

基于减小坝头局部冲刷的非淹没式水力插板透水丁坝群优化试验

为了寻找水力插板透水丁坝群减小坝头局部冲刷的最佳设计参数和布置方案。文章在双丁坝布置的情况下,通过改变第二、三个丁坝的间距,第三个丁坝的挑角、透水率、长度进行单因素试验,得出各单因素与第三个丁坝坝头冲刷坑深度的回归方程。再从每组单因素试验结果中选择最佳试验水平,利用L9(34)正交试验设计表设计4因素3水平的正交试验。正交试验结果表明:4个单因素对第三个丁坝坝头冲刷坑深度的影响为:丁坝长度>丁坝间距>丁坝透水率>丁坝挑角。水力插板透水丁坝群减小坝头局部冲刷的最佳设计参数和布置方案:第一个丁坝长度,第二个丁坝长度,第三个丁坝长度与河宽的比值分别为0.25、0.21、0.21;第一个、第二个丁坝透水率为30%,第三个丁坝透水率为20%;第一、二个丁坝间距与第一个丁坝长度的比值为3,第二、三个丁坝间距与第二个丁坝长度的比值为2;第一个、第二个和第三个丁坝挑角为60°。     

澜沧江丁坝坝头冲深的试验研究*

以澜沧江曼厅段的河道特性为典型,建立了山区河道丁坝坝头冲刷坑深度的概化模型试验。在进行长历时丁坝清水平衡冲刷试验的基础上,分析了坝头冲深的影响因素;通过量纲分析和多元回归的方法,建立了以流速v为主要参数的冲深计算公式,并与各家公式进行比较,表明该公式较为合理。采用天然河道丁坝冲深资料对公式进行了验证,计算值与实测值基本符合。研究为确定山区河道丁坝基础埋深提供了参考,也为将来治理同类型河道积累了经验。     

丁坝坝头在水流冲刷下的有效防护

针对丁坝坝头处冲刷的问题,依托孟加拉国贾木纳河右岸丁坝防护项目,研究探讨了丁坝坝头处的冲刷机理和主要影响因素。基于河流动力学基础理论,提出了丁坝坝头处的防护改进措施。采用原型观测方法,进行坝头处的有效防护研究,提出的方法防护效果良好。     

基于坝头水毁程度判别指标的抛石丁坝水毁研究

抛石丁坝是河道中应用十分广泛的整治建筑物,能够束水攻沙,保护岸滩免受水流冲刷,然而抛石丁坝水毁现象时常发生。针对这一现象,利用动床水槽物理模型试验对平原河流丁坝的水毁破坏进行了研究,分析丁坝水毁破坏的常见形式,认为坝头块石的坍塌流失是影响丁坝整体稳定性的主要因素,即抛石丁坝稳定性可基于坝头水毁来研究。在此基础上,定义了坝头水毁程度判别指标,研究指标的求解方法和坝头水毁程度等级划分方法,得到了坝头不同水毁程度对应的指标值,并对丁坝维护时机的选择加以说明。该方法为抛石丁坝的维护提供了解决思路,有利于抛石丁坝整治效果的持续发挥。     

长江中游界牌河段丁坝周围水流特性试验研究

为探求界牌河段丁坝周围水流特性,明晰丁坝周围水流特性与坝头损毁之间的关系,采用清水定床、正态模型试验方法研究长江界牌河段丁坝周围水流结构特点,详细分析流量条件对界牌7#丁坝周围断面测点的流速最大区域及紊动强度最大区域分布的影响,重点分析坝头周围测点三维流速数据。结果表明,从x、z向流速和紊动强度的角度考虑,坝体中部及下游侧是易损区域;随着坝头流速的增大,下潜水流、坝头涡旋系、单宽流量分别成为影响坝头损毁的主因。     

强潮河口排桩式丁坝局部冲刷试验研究

通过对强涌潮作用下单排及双排桩式丁坝局部冲刷的试验研究及钱塘江河口直立式丁坝局部冲刷的调查分析 ,认为在以粉沙土为基础的强潮河口利用抛石护桩可大大地缩短板桩的长度及减小截面尺寸 ,从而达到减少投资和增强排桩式丁坝自身稳定性的目的。通过试验 ,得到了强潮河口排桩式单、双排桩丁坝在块石防护下不同部位的局部冲刷特征。此外 ,半圆形透水坝头可使坝头冲刷坑深度提高 0 5～ 1 0m。     

强潮河口丁坝坝头砂肋软体排护底稳定性试验研究

通过对土工织物软体排护底应用情况以及钱塘江河口潮流特征的分析,认为丁坝坝头砂肋软体排铺设后的稳定性好坏是护底成败的关键。利用长35m、宽4.3m的水槽,对砂肋软体排在不同压载厚度条件下进行不同行近流速、不同坝长、不同水深的多组次室内试验研究,得到砂肋软体排的稳定性主要与压载的块石层厚度有关,铺设在丁坝坝头的砂肋软体排临界块石压载稳定厚度与行近流速、丁坝长度以及水深等因子有关,采用相关因子多元回归分析得到丁坝坝头砂肋软体排临界稳定的压载厚度经验公式,可指导现场施工实践。     

航道整治工程丁坝坝头工程量计算方法初探

以往计算航道整治工程中坝头工程量,往往由于形状复杂而采用经验公式,存在精度不高的缺陷.通过在西江航道整治工程丁坝施工建设的研究分析,运用数学方法推导坝底为平底和倾斜等常见丁坝坝头工程量的通用计算公式,在实际工作中得到广泛的应用.     

基于航槽冲刷效率的丁坝护底宽度确定方法*

考虑丁坝护底可压缩一般性的无效冲刷范围,以达到增加丁坝有效作用效率这一重要功能,提出基于航槽冲刷效率的丁坝护底宽度确定方法。通过理论分析、数值模拟和物模试验研究,得到主要结论：丁坝有效作用效率系数为动床航槽单宽流量增值与定床航槽单宽流量增值的比值。建立了丁坝有效冲刷效率的计算公式,通过该公式可计算丁坝护底宽度。公式表明：丁坝的有效冲刷效率为常数;当护底从丁坝坝根一直护到航槽边缘、形成定床条件时,丁坝的有效冲刷效率可达到100%。采用该方法可合理确定护底的宽度,减小丁坝坝头的一般性无效冲刷范围、增加丁坝对航槽的有效冲刷效率,使工程作用后的航槽改善效果更好。     

丁坝紊动特性试验研究

利用三维超声学多普勒流速仪对丁坝坝头附近水流和回流区水流的紊动特性进行了系统的观测和分析,得到了丁坝坝头和回流区的水流特性及紊动动能的分布规律。     

潮汐河口淹没丁坝群坝田淤积特征及成因分析

潮汐河口淹没丁坝群坝田水动力条件复杂多变,坝田复杂的水流结构决定了坝田内的泥沙淤积过程及淤积形态。以长江口北槽丁坝群形成坝田为例,分析坝田形成后淤积形态及淤积速率特征和规律。分析结果表明:随着时间推移,坝田内2 m等深线逐渐向距坝头0. 2倍坝长处靠近,5 m等深线逐渐向坝头处靠近;坝田的初始容积与冲淤平衡时的平衡容积呈对数关系;在丁坝间距为3～4倍坝长时,坝田内淤积分布最为均衡;坝田内淤积速率的拐点均出现在坝田形成后5～6 a。另外,从工程影响淤积丁坝布置参数方面探讨坝田内淤积特征的成因。     

透水丁坝冲刷特性的试验研究

通过在水槽中做动床实验，对透水丁坝附近河床的冲刷特性进行研究，并对透水丁坝的冲刷过程进行分析。结果表明，透水丁坝的最大冲刷深度随着透水率的增大而减小，但当透水率的变化范围在20％～30％时，对透水丁坝最大冲刷深度的影响不大；其下游侧有冲刷沟，冲刷深度从坝根（与渠岸接触部分）到坝头逐渐加深；另外，在坝头附近产生冲刷槽，其方向与水流方向一致，冲刷槽的深度随着透水率的增大而减小，当透水率的变化范围在30％～40％时，其冲刷长度为不透水丁坝冲刷长度的一半。     

空隙率对丁坝周围水位影响数值模拟研究*

丁坝是航道整治常用的整治建筑物之一，实际工程中多采用散抛石丁坝，此类丁坝具有一定透水性，不同的空隙率对改善透水丁坝附近水位具有不同的效果。基于计算流体力学FLOW-3D 软件，研究空隙率对透水丁坝坝身段、坝头前端以及主流带区各个位置水位变化影响。结果表明：在丁坝坝身段、坝头前端以及主流带区水位与空隙率变化关系基本一致，丁坝上游段，当空隙率小于15.4%时，水位随空隙率增大先降低后升高，当空隙率大于15.4%时，水位减小至某一值后趋于稳定；坝体轴线处，水位随着空隙率增大呈现上下波动；各透水丁坝坝后水位均高于实体丁坝，但坝后水位与空隙率并非呈正相关变化。     

透水性碎石丁坝绕流及块体受力的数值模拟

碎石丁坝常用于河道的水流调控,其水动力学特征是评估工程效应的重要依据。流固耦合数值模型可有效地用于模拟相关的水动力学过程,描述其力学特征。建立了带自由表面多孔介质水流模型和离散单元法相耦合的CFD-DEM数值模型,并依据试验数据对模型进行有效性及模拟精度的验证。利用该数值模型开展碎石丁坝绕流的数值模拟,研究结构透水性对局部流动和碎石体受力的影响。研究结果表明：1）随着丁坝透水性的增强,尾流区沿流向延长。2）不同坝体透水性条件下的主流区及尾流区的速度分布有明显的差异,但尾流区内的剪切流速的分布具有一定的相似性。3）丁坝结构受力分析显示,随着坝体透水性的增强,块体受力区域由坝头向坝身蔓延、受力区面积逐渐增大。     

淹没齿型丁坝阻力与壅水响应关系试验研究

为研究淹没齿型丁坝阻力与其壅水响应关系,利用物理水槽试验与理论分析相结合的方法,建立了淹没齿型丁坝阻力系数计算方法,其阻力系数大小主要与无量纲淹没度与相对坝长相关。进而采用动量守恒的方法构建了阻力系数与壅水效应相关联的淹没齿型丁坝壅水预测模型。通过实测数据对壅水预测模型进行验证,计算结果与水槽试验数据符合良好。研究成果可为其他形式丁坝或相关涉及建筑物阻力与壅水效应研究提供参考与借鉴。     

勾头长度对非淹没丁坝周围水流特性的影响

采用RNG k-ε紊流模型,数值模拟了丁坝周围水流的三维流动过程,分析不同长度勾头对丁坝周围水流结构和流速场的影响。计算结果表明,在勾头的影响下,勾头段出现横轴漩涡,远离坝头区域纵向流速减小,大流速向坝头集中,坝轴后方横流减弱,上下游最大水位差减小,影响效果随勾头长度的增加而增大。为深入探讨利用勾头改善丁坝周围通航水流条件奠定了基础。     

深水航道整治中新型结构淹没丁坝与水流相互作用

大型混凝土齿形丁坝首次应用于深水航道整治工程中,其与水流相互作用的影响并不清晰。通过理论分析与数值模拟的方法对新型丁坝的壅水特性进行研究,并通过与其它坝型结构对比分析了新型丁坝对过坝水流的影响,进而通过阻挡流量的表征方法对新型丁坝的水流力计算方法进行探讨。研究发现新型丁坝壅水公式能够较为合理地预测其壅水值,且由于基床的存在,新型丁坝对过坝水流的影响较小,同时,通过阻挡流量表征的水流力计算公式形式更为简便。新型丁坝的引入对长江沿岸水沙及生态平衡起到保护作用,其研究成果可为新型丁坝的设计及应用提供科学的理论指导,也对其他新型结构设计具有借鉴价值。     

淹没阶梯形丁坝水流结构PIV试验研究

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,但其水流结构研究仍不充分.基于PIV室内水槽试验,探讨阶梯形丁坝区无量纲纵向时均流速u+、紊动强度T+u、雷诺应力R+和紊动能E+的分布规律.结果表明:丁坝水流在纵剖面上可划分为顺流区、回流区和过渡区,丁坝内侧至一级丁坝坝头各剖面u+高速区位于坝顶上部,低速区和回流区位于坝顶下部;丁坝外...     

齿型构件混合堤正交丁坝水流力数值模拟

为研究长江南京以下12.5 m深水航道整治工程齿型构件混合堤正交丁坝水流力特性,采用RNG k-ε湍流模型,建立了三维水动力数学模型。通过实测流速、水位以及构件水流力数据进行模型验证,验证结果良好。利用该数学模型对齿型构件混合堤正交丁坝水流力随流速、水深与坝长的变化规律展开研究,对齿型构件混合堤正交丁坝水流力轴线分布规律进行探讨。