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进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟

李登松 唐金波 金鑫 漆力健 戴光清 龚月婷

李登松,唐金波,金鑫,等. 进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟[J]. 水利水运工程学报. doi:  10.12170/20210309004
引用本文: 李登松,唐金波,金鑫,等. 进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟[J]. 水利水运工程学报. doi:  10.12170/20210309004
(LI Dengsong, TANG Jinbo, JIN Xin, et al. Three-dimensional numerical simulation of the influence of advancement patterns on local scour around dike[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20210309004
Citation: (LI Dengsong, TANG Jinbo, JIN Xin, et al. Three-dimensional numerical simulation of the influence of advancement patterns on local scour around dike[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20210309004

进占方式对戗堤局部冲刷影响的三维数值模拟

doi: 10.12170/20210309004
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2018YFD1100404);国家自然科学青年基金资助项目(52109096);四川省自然科学青年基金资助项目(2022NSFSC1066);福建省省属公益类科研院所基本科研专项(2021R11010017-2);四川省大学生创新训练计划资助项目(201910626060)
详细信息
    作者简介:

    李登松(1988—),男,四川广元人,副教授,博士,主要从事灾害水力学、工程水力学模型试验及数值模拟研究。E-mail:Lids@cuit.edu.cn

    通讯作者:

    金 鑫(E-mail:bzjx1988@126.com

  • 中图分类号: TV135.2

Three-dimensional numerical simulation of the influence of advancement patterns on local scour around dike

  • 摘要: 在实施土石堤坝溃口快速封堵、河道截流等水利和防洪减灾工程时,口门或龙口处存在较强的局部冲刷。基于已有的经圆柱、丁坝局部冲刷试验结果验证的三维数值模型,模拟了单向、双向进占方式下龙口宽度B/H = 4.3、5.8时堤头和河床的局部冲刷发展。根据水流特性与冲刷发展的关系,分析了加剧局部冲刷的水流结构和进占方式对局部冲刷发展的影响规律。研究结果表明:单向进占时,戗堤对水流和冲刷发展存在偏移效应;冲刷在初始阶段均表现为沿堤头上游、裹头下游形成的斜向轴线冲刷趋势,堤头上游绕流后的边界冲刷在整个冲刷过程中始终剧烈;进占长度对水流冲刷偏移效应产生影响,在B/H = 5.8时剧烈淘刷区位于戗堤堤头上游的底部堤脚,但是在B/H = 4.3时则位于裹头下游。双向进占时,水流沿龙口轴线对称分布;进占长度影响戗堤局部冲刷的剧烈程度。下潜水流和涡旋是造成戗堤局部冲刷的主要原因。
  • 图  1  截流戗堤数值计算区域和进占分区A-A剖面示意(单位:mm)

    Figure  1.  Numerical domain of river closure dike and A-A sectional view for the dike (unit: mm)

    图  2  单向和双向进占方式下整体流场(单位:m/s)(纵横坐标的端点不能随意,应有数值。全文所有图都一样)

    Figure  2.  The flow field with different gap length in one-way or two-way advancement (unit: m/s)

    图  3  单向、双向进占方式下龙口三维流场(单位:m/s)

    Figure  3.  The 3D flow field with different gap width in one-way or two-way advancement (unit: m/s)

    图  4  龙口B/H = 4.3河局部冲刷发展(单位:mm )

    Figure  4.  The local scour development of riverbed at the gap when B/H = 4.3 (unit: mm )

    图  5  龙口B/H = 5.8底床冲刷发展(单位:mm )

    Figure  5.  The local scour development of riverbed at the gap when B/H = 5.8 (unit:mm )

    图  6  龙口B/H = 4.3底床冲刷发展(单位:mm )

    Figure  6.  The local scour development of riverbed at the gap when B/H = 4.3 (unit: mm )

    图  7  龙口宽度B/H = 5.8底床冲刷发展(单位:mm)

    Figure  7.  The local scour development of riverbed at the gap width B/H = 5.8 (unit: mm)

    图  8  龙口B/H = 5.8时戗堤近岸边流线

    Figure  8.  The streamlines near the bank at the gap when B/H = 5.8

    图  9  Y/H = −4.125截面戗堤坡面流速和Unger试验测量结果[16]

    Figure  9.  The dike slope velocity of Y/H = −4.125 and Unger’s experiment results [16]

    表  1  计算工况

    Table  1.   Numerical conditions

    工况进占长度/m流量/(m3·s−1流速/(m·s−1水深/m龙口宽度/m龙口落差/mm
    原型模型
    单向进占I区0.752 8000.1580.320.201.1618.0
    II区1.052 8000.1580.320.200.8618.5
    双向进占I区0.622 8000.1580.320.201.1618.0
    II区0.772 8000.1580.320.200.8618.5
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  • 收稿日期:  2021-03-09

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