基岩冲刷的数值模拟-水科学进展.PDFVIP

第 16 卷 第 1 期 水 科 学 进 展 Vol16 ,No1 2005 年 1 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 J an , 2005 　 基岩冲刷的数值模拟 邓 　军 , 许唯临 , 杨忠超 , 曲景学 ( 四川大学高速水力学国家重点实验室 , 四川 成都 　610065) 摘要 : 为了探索采用数值模拟的方法来研究基岩冲刷的可行性 , 对二维散粒体河床的冲刷进行了试验研究 , 并采用 ε 二维 k - 模型 , 在贴体非正交曲线坐标系中用控制体积法对散粒体河床的冲刷进行了数值模拟 , 计算的冲坑深度 与试验结果符合很好 , 结果令人满意 。选用相同的控制基岩冲刷的参数 , 对不同下游水垫深度 、不同入射流速时基 岩冲刷深度的正确模拟说明 , 在对基岩特性有了充分的了解后 , 用数值方法来模拟基岩的冲刷过程及估算冲刷深 度是合理 、可行的。 关 　键 　词 : 基岩 ; 冲刷 ; 射流 ; 数值模拟 ( ) 中图分类号 : TV6533 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2005 [ 1] 对挑流冲刷问题的研究由来已久 , 有许多估算冲坑深度的计算公式 。朱荣林 、蔡逢春 收集了国内外有关 挑流冲刷的30 多个计算公式 , 用模型及原型的实测资料与公式的计算结果作了比较后发现 : 计算误差最大的 可达 400 % , 最小的亦有 30 %左右 。事实上 , 由于不同的工程地质条件千差万别 , 其冲刷情况是不能一概而论 的。比如当下游河床是岩石时 , 其冲刷过程应大致为 : 射流作用于岩石河床上 , 在射流冲击区 , 产生很大的脉 动压力 , 由于基岩中存在许多节理面 、断层和裂缝 , 裂缝中的水体在强烈的动水压力作用下 , 缝隙末端将产生 交变压力甚至增大了的交变压力 , 在这种交变荷载作用下 , 基岩将沿这些软弱面发生破坏[2 ] , 逐渐地在岩体内 形成交错复杂的裂隙网 , 从而引起基岩断裂 、解体 , 解体后形成许多大小不等的、形状各异的岩块 , 然后再被 水流搬运到下游 。在这种情况下 , 冲刷坑的有关形态将主要受到河床岩石特性的影响 , 如节理 、裂隙发育状 况 , 岩石强度等等 , 而岩石的这些情况是很难详细了解的 , 因此要预测其冲刷的实际情况也就非常困难 。 对于下游河床是沙卵石或深覆盖层的情况 , 其冲刷情况 则相对简单且易于预测 。以往对于河床的冲刷多采用模型试 验或理论方法 。为了探索采用数值模拟的方法来研究基岩冲 刷的可行性 , 本文选取冲刷情况相对简单且物理模型试验误 (