路基的数值模拟和评价大坝破坏现象(案例研究:Taleghan大坝)

文摘

使用水库大坝虽然有很多好处,他们打破导致破坏性的影响。从国际大坝委员会的角度(ICOLD)大坝打破意味着全部或部分大坝的崩溃;从而大坝将无法成立。因此,研究大坝破坏现象和预测的行为和影响减少损失和损害的现象。最常见的一种类型的水库大坝是路堤大坝。漫溢在路堤大坝泄洪系统是因为不能释放流入水库。最重要的一个问题经理和工程师评估水库大坝的性能rim滑向存储时,创建波又大又长。在这项研究中,洪水造成的影响的漫溢大坝进行了调查。假设溢洪道无法释放流入。确定流出自记水位计造成大坝破裂,使用Flow-3D软件数值模型和经验方程。 Results of numerical models and their comparison with empirical equations show that numerical model and empirical equations can be used to study the flood resulting from dam break.

关键字

堤坝溃坝,经验方程,Taleghan大坝,Flow-3D数值模型

介绍

免疫的水坝突然洪水和可能打破需要精确评估和预测他们的行为。不同的因素引起路堤大坝打破如漫溢,管道,内部泄漏,滑动,颠覆和地震。在世界上许多水坝,漫溢发生由于不合适的插座或溢洪道能力(1]。根据研究,在过去的75年里,百分之三十的在美国发生垮坝由于漫溢,十四减免发生由于内部侵蚀和三个优惠由于地震发生2]。溃坝问题和可怕的波的色散影响下游的重要专家。堤坝溃坝是一个耗时的过程,通常发生由于内部腐蚀,管道和漫溢。大坝破坏分析的主要目标之一是打破结果评价和储层的排水。因此,水库的数量存储在打破分析是很重要的。在大坝破坏分析,储层水平是正常的3]。

大卫,et al。4]研究了有效参数路堤溃坝和他们的不确定性。在他们的研究中,进行了量纲分析在不同参数和74堤垮坝被调查,提出了一种模型来估计每个有效参数的临界值路堤大坝破裂。在这个模型中,提出了基于蒙特-卡罗方法,超过临界值和时间的洪水漫溢到休息时间可以预测4]。研究Saqib•和沃尔特·马克思(5)是基于大型路堤水坝破坏模拟。本研究进行Mangla大坝使用Mike11数值模型。基于流入、流出自记水位计值溃坝的建模。在他们的研究中,模拟了两种不同的水位和结果进行了比较和评估。Lariyah等(6]2013研究溃坝及其相关参数Kahang大坝使用数值模型。除了对洪峰流量和流出自记水位计测定在漫溢,坝体的不同差距参数研究。数值模型,缺口深度路堤大坝是由大坝横向坡度的变化。罗宾F, et al。7)2003年研究了大坝渗流和侵蚀对路基的影响休息。他们研究了一些路堤大坝和分类根据核心休息时间,基础、过滤和其他物质特征。Shamsai和穆萨维8研究路堤坝断裂参数的估计和1383年洪水演算。他们用142破堤大坝数据呈现新的方程估算路堤溃坝等参数最大放电和休息时间9]。

方法

案例研究

Taleghan大坝位于德黑兰西北135公里的省Taleghan河上Roshanabdar附近的村庄。它的经度是50°37“51°10”和它的纬度是36°5“36°25”。的高度和波峰长度与粘土心墙坝103和111米,分别。水库的正常和最低是1780年和1742年学士。分别l。有用和水库的总量是320年和420年MCM,分别。图1显示截面Taleghan大坝(10]。

Flow-3D模型

Flow-3D (ver.10.1)已经被用于本文研究Taleghan路堤大坝破裂。基于几何特征的数值模拟已经完成Taleghan大坝。它一直试图模拟溃坝的所有有效的参数根据实际条件。

taleghan路基坝体的几何仿真:立体几何的应由Flow-3D模拟坝体溃坝造成漫溢。选择固体工作2011软件构建立体几何。后模拟位置几何和Taleghan路堤大坝床固体工作和身体的构建立体几何以及结合differentn大坝的组件等核心,过滤器,床和壳牌,最后Taleghan大坝几何模型。看到图2和表1。

表1:taleghan大坝在数值模型的几何特征。

立体几何是进口Flow-3D数值模型。计算细胞已被证明图3。同时,定义边界条件根据大坝特征被提出了表2和图4。

表2:应用在溃坝模拟边界条件。

在这种建模,解决了三维流场RNG湍流模型。基于湍流模型之间的比较了Flow-3D软件研究了由Rostami [11),RNG湍流模型的结果比其他湍流模型更能精确地溢洪道流动。

经验公式法

值所提到的数据研究了使用三个经验方程来分析大坝打破建模结果由于漫溢。第一个方程,基于Froehlich [12]研究已经校准,比较和评价22个不同的大坝。这个方程使洪峰流量造成大坝打破由于漫溢。

(1)

第二个方程(多个回归)校准通过研究87个不同的水坝来确定洪峰流量造成大坝打破由于漫溢13]。

(2)

第三个方程提出了由麦克唐纳(14]在1984年估算洪峰流量造成大坝破裂。这个方程提出了通过研究23路堤水坝。方程的一般形式是:

(3)

在这些方程,洪峰流量造成大坝打破由于漫溢,在大坝水库水位打破在漫溢,是水库(MCM)的总量。

讨论和结果

五个场景定义探讨路堤溃坝造成漫溢。在每个场景流入储层体积是不同的。基于评论,洪水最小体积,马雷竞技苹果下载甲和损害坝体MCM大约是5。洪水最小体积,完全破坏了坝体大约25罗马数字。在5到25 MCM,洪水卷7.5 9和13 MCM已经考虑。值得注意的是,本文假定泄洪系统无法排出流入水库。内容的场景了表3,在以下场景中结果。

表3。流建模条件5个州的漫溢taleghan大坝。

场景1

在第一个场景中,洪水最小体积可以凌驾决定和5 MCM洪水进入Taleghan大坝水库。根据图5,漫溢发生在这种情况下,导致坝体破坏和侵蚀。超过大坝的中心轴的断裂原因。根据模型结果,最大深度的骨折是约19.6米。坝体的主要部分是稳定的在这种情况下,严重损害是在大坝脚跟和脚趾。流出水位图所示图5。可以看到,洪峰流量54269立方米每秒。

场景2

在第二个场景中,高出部分地区造成破坏和侵蚀的波峰。此外,它会导致骨折在大坝的中心轴。在这种情况下,大坝破坏和侵蚀强度在核心更明显。应该注意,断裂的最大深度约为20.8米。根据图6坝体的主要部分是稳定的,没有严重损害在大坝脚跟和脚趾。流出水位图所示图6。可以看到,洪峰流量59390立方米每秒。

场景3

在第三个场景中,超过大部分地区造成破坏和侵蚀的波峰。也会导致部分深断裂大约三分之一的大坝高度。在这种情况下,大坝破坏和侵蚀强度明显的核心以及上部地壳和过滤器。应该注意,断裂的最大深度约为33.4米。根据图7,坝体的主要部分是受到侵蚀和下游大坝的一部分侵蚀13米的最大深度。流出水位图所示图7。可以看到,洪峰流量78913立方米每秒。

场景4

第四场景,漫溢导致侵蚀整个波峰和坝体的一半。此外,它会导致部分大坝深断裂大约一半的高度。大坝的核心是非常受到侵蚀的影响。在这种情况下,大坝破坏和侵蚀强度是核心,明显的上部地壳和过滤器。应该注意,断裂的最大深度约为51.5米。根据图8,坝体的主要部分是受到侵蚀和下游大坝的一部分,侵蚀了23米的深度。流出水位图所示图8。图中显示,洪峰流量89129立方米每秒。

场景5

在第五场景,漫溢造成了水土流失和打破整个波峰和核心,大部分地区的脚趾。在这种情况下,大坝完全休息。侵蚀整个核心和过滤器和大部分地区地壳是显而易见的图9。应该注意,断裂的最大深度约为71米。流出水位图所示图9。它显示,洪峰流量97054立方米每秒。

数值模型的比较结果和经验方程

数值模型结果对不同的场景与Froehlich提出的经验公式相比,麦克唐纳和统计方法(多重回归)。比较结果所示表4。

表4。比较基于实证的洪峰流量值方程和数值模拟。

同时,在上面的表4计算、错误值。

(4)

根据表4,最大误差值的仿真基于Froehlich方程约20%。考虑不同的几何和水力条件影响漫溢和溃坝,这个误差值是可以接受的。一些因素导致了相对误差(%)包括核心的材料类型、过滤和地壳和大坝位置的几何条件,如身高、波峰长度等。数值结果的差异与提到的最大和最小流量方程约20%,平均流量约为10%。应该在第一个方程检查的原因。的原因之一的区别是与不同水力条件下的相关方程。换句话说,这个方程提出了平均排放。所以,第三个场景的错误是最低放电。

考虑多个回归,结果表明,数值模型结果的平均和最大放电接近方程的结果。最小误差的数值模型与场景3 1.3%。

关于麦克唐纳(14)方程,大坝因素系数被定义,等于这个系数或流入和水库大坝高度增加,增加方程定义的准确性。基于数值模式输出的比较和方程3的结果表4最大体积流入水库,数值模拟误差约为4%。这个错误值显示精度高的数值模型计算大坝打破洪峰流量。

结论

根据数值模型结果,Flow-3D估计的最大放电路堤大坝与精度高。最大流量值造成的大坝打破漫溢突然洪水可以使用Flow-3D预测模型。结果表明,最大和最小误差值之间比较的洪峰流量的溃坝模型和经验方程不同的场景中约74%和4%,分别。模型中考虑不同的条件和参数,这些误差值是可以接受的。

•基于Flow-3D模型结果,该模型估计的最大放电大坝与精度高。在模拟路堤大坝打破Flow-3D模型,根据适当的边界条件,洪峰流量的溃坝可以估计基于时间(自记水位计)。

根据这项研究,在不同的洪水排放导致漫溢,不同损害可以影响坝体。出于这个原因,五个不同的场景应用到模拟每个放电值的影响。

•所有三个经验公式结果接近数值模型结果在大规模流入水库。麦克唐纳方程差异从数值模型结果40% 25 MCM流入。

•减少流入水库,有一个高经验方程的结果和数值模型结果的区别。Froehlich比其他方程方程有更好的操作。

引用

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