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溃坝波对桥墩作用水力特性数值计算开题报告

 2020-02-20 08:13:28  

1. 研究目的与意义(文献综述)

目前在我国境内建设有近十万座库容10万m3以上水库,大部分为中小型的土石坝。2019年2月25日水利监督工作会议在北京召开,并对2019年水利安全生产工作要点、质量安全监督和稽察工作主要安排进行了说明。在这一次的水利监督工作会议中,水利部副部长叶建春明确表示,今年水利监督重点是6000座小水库、1000座水闸、3000村10000户农饮工程、172项重点工程稽察、水毁项目修复、脱贫攻坚任务落实情况等。尽管现在科学技术已经发展到了一定的地步,可以对大部分的水工结构物进行质量检测和修复,但仍存在因地理环境位置特殊或规模过小而被人忽略,存有安全隐患的情况。并且存在很多由于强大的自然力量,譬如:暴雨、洪水、地震、泥石流、滑坡等和管理运营不善、设计不当、预警不准确等由人为因素而导致的河道、水库堤坝溃决。在我国,小型水库占比水库数总数量偏大。贾钦[1]指出虽然小型水库的作用是防洪、蓄水,但与此同时也存在很大的安全隐患。一旦水库堤坝溃决,下游建筑物有可能遭遇溃坝波作用,影响建筑物的安全。更有严重者可能会威胁到周边居民的生命及财产安全。

溃决的形态主要取决于坝址库区的水位和溃口的位置、形状以及出现过程。大致可分为:坝体全部毁坏的全溃;坝体部分毁坏的局部溃;溃口突然出现的瞬间溃;溃口随水流的冲刷而逐步扩展的逐渐溃。

当坝体溃决时,库内水体宣泄而下,坝址上游水位陡落,下游水位陡涨,流态变化剧烈,形成特有的溃坝水流波动现象。溃坝波属于明槽急变非定常流范畴。溃坝波在溃决瞬间,波面陡立,随即在溃口附近分为逆水负波和顺水正波,分别向坝址上、下游传播。溃坝波在传播过程中还受到地形和地貌、来流和去流的影响。在传播过程中常伴有波的折射和反射、叠加和破碎、旋滚和跃动等现象。在在传播过程中,波面逐渐平坦化。向下游推进的顺水正波称为溃坝洪水波,波前常以间断波的形式出现,造成巨大灾害。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

考虑到溃坝波作用下桥墩绕流是复杂的三维非恒定流动,为进行溃坝波传播和桥墩压力载荷的有效预报,本文拟基于通用商业软件fluent,进行溃坝波对桥墩作用水力特性数值计算。主要研究内容如下:

(1)针对经典的绕障碍物的溃坝水流实验,进行数值模拟的验证研究,以验证数值模型的有效性和可靠性。

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3. 研究计划与安排

时间

周数

内容

要求

第1-3周

3

根据任务书查阅相关文献书籍,完成开题报告。

提交开题报告

第4-5周

2

学习Fluent软件的使用,熟悉建模及计算过程。

完成几何建模及网格划分。

第6-7周

2

数学模型的验证

数值计算结果与实测结果基本符合。

第9-10周

2

进行不同溃坝水深对单桥墩作用水力特性数值模拟

完成溃坝波作用下桥墩压力载荷的数值计算。

第11-13周

3

对计算结果进行分析。

完成计算结果后处理。

第14-15周

2

撰写毕业论文,准备答辩。

提交论文。


4. 参考文献(12篇以上)

[1] 贾钦.小型水库除险加固施工管理措施研究[j].绿色科技,2018(12):235-236.

[2] 何小兰,李强.浅析跨河桥梁桥墩局部冲刷[j].中国水运(下半月),2013,13(01):198-200.

[3] 刘杰.溃坝波对单桥墩作用水力特性研究[j].水利科技与经济,2016,22(05):9-10 16.

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