溃坝（dam break）模拟的相关研究

 

本文采用流体体积法对溃坝时水面的运动进行了数值模拟。该数学模型基于Navier-Stokes方程，并使用LES湍流模型，描述不可压缩粘性流体的流动和相的方程。这些方程是用有限体积法离散的。采用数值PISO算法对该方程组进行数值求解。通过使用VOF方法来捕捉水面的运动，这导致了严格的质量守恒定律。通过对溃坝问题的几个实验室实验，测试了三维模型和所选数值算法的准确性。在每一个问题中，都将获得的结果与实验数据和其他作者的几次计算进行了比较，在每个测试问题中，所开发的模型显示出与实验数据接近的结果。对不同湍流模型的模拟结果与实验数据进行了比较。并建立了非均匀地形下溃坝水流的三维模型。此外，还执行了两个更接近实际情况的组合问题，在这些问题的帮助下，确定了洪水区域和洪水时间，这将有助于从危险区域疏散人员。

 

 

 

 

 

环境温度是严寒地区大体积混凝土结构开裂失效的关键因素。为了防止热裂缝的产生，保证混凝土拱坝的耐久性和安全性，本文进行了长期保温的现场试验和数值计算。首先，基于不同厚度的混凝土层和表面保温层的热发射系数等效思想，提出了混凝土-聚氨酯复合结构的等效模拟单元及其计算方法。其次，在2001年1月1日至2017年5月30日期间，对一座87.5m高的混凝土重力坝——响洪店大坝进行了现场试验。深入比较了设置聚乙烷保温层前后坝体温度场和水平位移的分布规律、变化规律。然后，在建立西北某混凝土拱坝有限元模型的基础上，研究了不同厚度发泡聚氨酯层的保温效果。由此，对严寒地区不同典型温度荷载下聚氨酯保温层在不同破坏条件下的应力场进行了计算和分析。结果表明，聚氨酯保温层在所有条件下都能使混凝土坝体的温度变化范围降低30%以上，在某些位置甚至降低90%。因此，大坝温度引起的水平位移分量从10.80mm大幅下降到2.34mm，对年水平位移的贡献率从75.11%下降到36.23%。在低温和寒潮的共同影响下，绝缘层断裂会导致相应区域的拉应力急剧增加。在小断裂条件下，断裂区的拉应力从3.69MPa增加到7.57MPa；而在大破坏条件下，拉应力增加到8.68MPa，超过了混凝土材料的最大拉应力。在这种情况下，混凝土结构将发生开裂破坏。由于大坝混凝土在某种程度上是一种隔热材料，在隔热层未破坏的区域，应力场变化不大。

 

 

 

 

 

本文考虑了不可压缩流体、沉积物和固体颗粒碎屑在溃坝时的行为。基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程，结合k-ω湍流模型，对这一过程进行了数值研究。采用VOF（流体体积）方法对流体和沉积物进行模拟。为了模拟水和沉积物的运动，结合了牛顿和非牛顿模型。还考虑了水流对固体颗粒和移动沉积物传输的影响。为了确信该模型的有效性和可靠性，将数值结果与实验数据和其他作者的计算数据进行了比较。此外，应用一个已验证的数学模型，在考虑多层次保护的情况下，对具有河床景观的坝体溃坝过程中坝后流体的运动进行了数值模拟。计算了在圆柱柱和无圆柱柱的情况下，水流施加在下游附加坝上的压力。由于柱子阻挡了固体颗粒的路径，施加在额外堤坝上的压力显著降低，在这种情况下，可以假设不会发生潜在的溃坝，如果发生了，则损失最小。这种配置模仿了一种强大的多级保护系统，可用于防止大坝故障的严重后果。

 

 

 

 

在中国西南的山区和峡谷地区，该地区已建有多座水电站。它是国家水电能源开发的主要基地，但受地质结构和地表侵蚀的影响，该地区的地应力环境更加复杂。本文的主要目的是利用神经网络建立实测地应力数据与数值计算之间的关系。因此，可用于分析溪洛渡地区大规模地应力的分布特征和区域地质体在地应力作用下的破坏。本文分析了溪洛渡地区的地质条件和地应力实测资料。结果表明，该区地表风化现象明显，应力环境复杂。深度对地应力水平有积极影响，但影响程度不同。利用实测地应力数据对遗传算法BP人工神经网络（G-P）方法进行训练。基于现场实测数据、神经网络算法和数值模拟技术，对工程区的三维地应力场分布特征进行了研究。研究表明，将实测、数值分析和神经网络反演相结合的方案是可靠的；深度是影响溪洛渡地区最大水平应力值的重要因素；在地应力作用下，地质体裂隙相对发育，蓄水期前形成三种类型的原始蓄水和流动空间；地下水的流动和储存空间包括石灰岩裂隙、玄武岩裂隙和斜坡裂隙含水层；库区蓄水后，库水通过垂直裂隙向下输送，最终库水与地下水形成水力联系。蓄水后，库区的水文地质条件将发生变化。

 

 

 

 

 

 

由于土耳其能源需求的迅速增长，大坝和水力发电厂的建设数量显著增加；>在过去的10年里，已经建造了250座大坝。因此，在施工期间和施工后，由于水库附近的山体滑坡，出现了各种工程问题。通常，二维（2D）和三维（3D）经验方程已被用于计算滑坡诱发脉冲波的物理性质和传播；然而，基于三维模拟的方法很少被使用，尽管它们可以使用详细的地形数据更好地模拟大坝水库的复杂几何形状。因此，在本研究中，利用Artvin Dam水库（土耳其东北部）古滑坡的数据，对脉冲波的潜在产生进行了三维数值分析，并将结果与经验方程的计算结果进行了比较。采用基于有限元法的抗剪强度折减分析（FEM-SSR）对边坡稳定性进行了分析。在建立正确的传播模型后，使用具有不同输入参数的方程和基于3D数值分析的模拟来评估冲击波的特性。在使用FLOW-3D软件创建的美国模型中，“漂移通量模型”用于模拟可能的滑坡。雷诺平均Navier-Stokes方程与流体体积（VOF）模型一起用于自由表面建模技术，以模拟波浪的产生。粘性流的重新归一化群模型（RNG）和流体-流体耦合条件的k-ε湍流模型被用作边界条件。结果表明，从所提出的经验方程和三维数值分析中获得的值并不相似。因此，如果储层几何形状非常复杂，波浪传播距离超过几公里（如本研究所示），则应进行高度详细的工程地质研究，以准确定义边界条件，并进行三维数值分析，以构建冲击波模型。