潰壩的案例
【CAE案例】堤壩潰壩分析
圖2. 100秒時實驗與數值縱向剖面形狀結果的對比 （黑色方框線：實驗結果，其余顏色線段：數值結果）
經過參數校準后，工程師使用最終確認的水沙模型模擬了完整的潰壩過程，圖3為不同時間的實驗縱向截面形狀結果（黑線）與數值縱向截面形狀結果（紅線）的對比情況。總體而言，修改后的數值模擬結果與實驗結果之間具有良好的一致性，證明了此二維水沙模型的可靠性和結果的準確性。
圖3. 不同時間的實驗與數值縱向剖面形狀結果的對比圖 （黑色：實驗結果，紅色：數值結果）
此案例中二維數值水沙模型模擬得到的完整潰壩過程的結果如下圖所示。初始時為潰壩發生前的均質土壩，1分鐘后觀察到堤壩出現決堤，蓄水流出，隨著時間的推移，決堤口逐漸擴大，蓄水與堤壩沙土逐漸流失。
圖4. 科爾曼案例土壩潰壩過程數值模擬結果
2. 造雪水庫案例
法電工程師通過科爾曼案例的結果，確認了二維水沙模型模擬潰壩的可靠性，于是將上個案例中得到的經驗應用于一個真實的造雪水庫的潰壩模擬中。該水庫壩高11米，壩頂寬度3.5米，庫容5000 m3，數值模型建模比例尺采取1:1，研究區域網格精度為0.5 m到10 m，最終得到網格數為50900個，如下圖所示。
圖5. 網格、初始引水渠的位置和邊界條件概覽
造雪水庫潰壩過程的數值模擬結果如下圖所示。初始時造雪水庫有一個決堤口，但此時無水溢出。5分鐘后觀察到堤壩有水溢出并且決堤口有擴大的傾向。隨著時間的推移，決堤口形狀逐漸保持穩定，而水庫中的存水則持續流失。
圖6. 造雪水庫堤壩潰壩過程數值模擬結果
03 研究結論
綜上所述，法電工程師使用通用水動力仿真軟件中二維水動力模塊與泥沙輸運模塊耦合建立二維水沙模型，模擬了大壩潰決過程。
展開 VirtualFlow | 潰壩水動力過程模擬，輔助洪災應急預案制定
研究背景與意義
潰壩現象是指大壩或堤壩結構因洪水、地震、人為破壞或結構本身缺陷等原因突然失效，壩內水體以劇烈的流態向下游泄流，往往造成災難性的后果。歷史上的潰壩事故，如1975年河南板橋水庫潰壩，造成嚴重的人員傷亡和財產損失。因此，深入研究潰壩過程中的水動力學特性，建立精確的數值模型，對于預測洪災、制定應急預案以及大壩的設計與安全評估具有重大意義。
隨著CFD的快速發展，數值模擬技術逐漸成為研究潰壩問題的主要手段之一。尤其是二維潰壩數值模擬，以其高效、經濟和安全等優勢，在研究潰壩流動特征、優化壩體設計以及制定安全標準方面發揮了關鍵作用。
標準潰壩實驗
標準潰壩實驗最早由Martin和Moyce（1952）提出，經過多年的不斷發展，逐漸成為檢驗數值模型準確性的經典算例之一。該實驗通常在一個長方形水槽內進行，水槽的一端安裝有一堵垂直擋板，將水槽分隔為上游和下游兩個區域，上游區域注滿水，下游區域保持干燥。實驗開始時迅速移除擋板，上游蓄積的水在重力作用下迅速流向下游，從而產生一個瞬態流動過程。
二維標準潰壩實驗一般采用透明材料制作水槽，以方便采用高速度相機和其他光學測量技術，如粒子圖像測速法（PIV），實時記錄水位變化和流場分布。這種實驗提供了豐富的流動細節和定量數據，包括水頭傳播速度、波面位置、水深變化和流體速度場等信息，這些都是檢驗數值模擬精度的重要依據。
數值模擬方法
數值模擬潰壩問題的方法眾多，其中常見的方法包括有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）和有限體積法（FVM）。目前，有限體積法以其良好的守恒性質和易于處理復雜邊界條件的優勢，成為主流的求解方法。Navier-Stokes方程描述了流體運動的基本規律，包括連續性方程和動量守恒方程。
展開 【CFD數值仿真算例】潰壩波數值仿真及其驗證
在潰壩波的模擬中，我們可以設置不同的邊界條件和初始條件，模擬潰壩波的形成、傳播和消散過程。通過模擬潰壩波的演變過程，可以得到不同時間點的流場分布，包括水流的速度、方向、密度等參數。這些信息可以幫助我們了解潰壩波的形成機制、演變規律和影響因素。
此外，還可以通過CFD模擬了解物體受到的沖擊力。通過在模型中設置不同的障礙物或建筑物，可以模擬它們受到的水流沖擊力和位移響應。這些信息可以幫助我們評估潰壩波對特定物體的破壞程度和影響范圍。
潰壩波數值仿真及其驗證的一般步驟如下：
建立模型：首先，需要建立一個描述潰壩波的數學模型。這通常涉及到流體動力學的基本方程，如Navier-Stokes方程，用于描述流體的運動。模型中還需要考慮流體的物理性質，如密度、粘度等。
設置初始和邊界條件：初始條件描述了流體在開始時的狀態，例如在潰壩波的模擬中，可能需要設定一個靜止的水體或一個正在流動的水流作為初始狀態。邊界條件描述了模型的外圍環境如何與流體互動。例如，在潰壩波的模擬中，下游的邊界可能是開放的，允許水流自由流出；而上游的邊界可能是固定的水位或流速。
劃分網格：為了進行數值計算，需要將模型空間劃分為許多小的單元或“網格”。這個過程稱為網格生成。網格的質量和數量都會影響模擬的準確性。細密的網格可以捕捉到更多的細節，但也會增加計算的復雜性。
求解流體方程：求解流體方程在每個網格上的解,這通常涉及到時間步進方法，逐步計算流體在每個時間點的狀態。
后處理與分析：一旦求解完成，通常會提供工具來查看和分析結果。這包括速度場、壓力場、渦量等參數的云圖、流線、矢量圖等。對于潰壩波的模擬，可以觀察波的形成、傳播、反射和消散過程。通過分析這些數據，可以更好地理解潰壩波的動力學行為以及其影響因素。
評估沖擊力：為了了解物體受到的沖擊力，可以在模型中加入代表建筑物或其他結構的障礙物。
展開 積鼎CFD：基于Virtualflow在潰壩洪水演進數值仿真分析
</p><p class="ql-align-center">圖4 潰壩洪水計算結果</p><div contenteditable="false" width="100%"><jsk id="C_Play00ab555b384371ef80130764a0ec0102" videoid="00ab555b384371ef80130764a0ec0102" duration="0秒"><img src="https://img.jishulink.com/static/web/youku-case.png"></jsk></div><p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify">圖5是從8.01s到37.91s潰壩洪水漫過大壩向下游隨時間演變的云圖。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://bexp.135editor.com/files/users/1445/14451217/202407/OFe8QeXr_UNg6.png?auth_key=1720367999-0-0-339c5f46867d44c5a265d10cf68e9e5f&x-bce-process=image/auto-orient,o_1"></p><p class="ql-align-center">圖5 潰壩洪水隨時間演變</p><p>可以發現，t=8.01s時洪水開始漫過大壩；t=15.41s時向下游流動的潰壩洪水遇到河岸阻攔并發生轉向；t=37.91s潰壩洪水沖過河岸繼續向下游傳播，同時存在沿河岸向高處蔓延現象。</p><p>圖6為t=37.91s時的洪水總體壓力和河灣距離河底6m、16m、26m水平截面的壓力分布，其中白色箭頭表示流速。
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VirtualFlow算例 | 水庫大壩潰壩數值模擬
為充分利用水資源,人們在天然河流上修建了水庫大壩,以達到調控洪水、發電、灌溉、供水、通航、旅游、漁業養殖等目的，水庫大壩對人類社會和經濟的發展起到了極其重要的推動作用，但是一旦由于某種原因發生潰壩失事，對下游所造成的生命和財產損失將無法估計。
潰壩問題研究主要以歷史資料統計分析及數值模擬為主，而潰壩在數值分析領域也成為了一個十分經典的案例，本文將使用積鼎 通用流體仿真軟件VirtualFlow 模擬二維的潰壩流動。
案例描述
本案例的場景是一個長方形液塊位于計算域一角，計算域頂部開口，左右和底部邊界為壁面，在重力的作用下液塊流動并沖擊到一側壁面，此過程中發生了復雜的流動。
案例詳情
1. 幾何建模
本案例為二維算例，其中計算域的長為3.22m，高1.8m，水相的長為1.2m，高為0.6m，位于計算域左下角。同時在計算域底部距左端2.725m處設置監測點H1監測自由液面的高程，具體的幾何和計算域如圖 1.1所示。
圖 1.1幾何與計算域示意圖
2. 網格劃分
網格劃分現有一套網格，網格一在x方向劃分成161份，增長率為1，尺寸上限為1，最小尺寸為0.02m；y方向劃分成90份，增長率為1，尺寸上限為1，最小尺寸為0.02m；z方向劃分為1份，增長率設為1，比尺上限設為1，最終網格總數為14490，具體參數可見表 1.1。網格一劃分的示意圖如圖 1.2所示。
表 1.1 網格信息表
注：括號內的數字分別對應網格劃分份數、增長率和比尺上限
圖 1.2 網格劃分示意圖
3. 參數設置
其中材料屬性如表 1.2所示
表 1.2 材料屬性
對于各邊界的類型和具體邊界條件如表 1.3所示。
表 1.3 邊界條件
求解過程的參數設置和停止條件見表 1.4。
展開 DualSPHysics潰壩及水流沖擊模擬
潰壩仿真SPH方法的一個典型應用場景，一個特定形狀的水域突然移除側邊界形成的水動力運動都可以成為潰壩。采用DualSPHysics開源代碼模擬了兩個潰壩的算例。簡單幾何模型在DualSPHysics中是通過參數化建模來實現的，DualSPHysics還支持導入幾何模型，幾何模型可以采用SPH粒子或DEM粒子進行離散。
兩個算例動圖如下（可能是圖片文件比較大，沒有直接展示，點進去可以看）：
house.gif
dambreak.gif
【CAE案例】漫堤式潰壩模擬
09 小結
本文基于二維水動力仿真中的潰壩模塊，設置了潰壩發生的條件，定義各經驗公式，計算出對應缺口寬度的演化趨勢，以及缺口流量的變化過程，探究經驗公式參數的選定范圍。在二維水動力模型里，研究了二維水動力模擬的邊界設置，復現了潰壩過程，統計輸出了缺口的流量，并通過與現場實驗結果的比較，分析了模擬結果，為洪水風險評估和管理提供了關鍵參數。
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展開 Abaqus SPH潰壩算例 ￥9.99
用Abaqus的SPH算法做了水動力中經典的潰壩算例。
SPH算例和其他有限元算例很類似，需要注意的點有：
在Abaqus中，粒子并不是在初始時刻就存在的，只有在滿足一定條件的情況下才會由網格轉化為粒子。轉化為粒子的條件有時間條件、應變條件等，比如選擇時間條件，可以指定開始轉化的物理時間，方法是：在指定物體的網格類型時，選擇Explicit，與Standard不同的是Explicit單元庫中的單元可以選擇轉化為粒子（“Conversion to particles”），轉化規則有Time、Strain和Stress，如果轉化門檻選擇為0，則在開始時刻就轉化為粒子。
接觸問題：直接采用General Contact即可，其他接觸形式包括面面接觸、自接觸等，試了一下效果并沒有更好。接觸特性（“Contact Property”）選擇一個法向“Hard Contact”和切向“Frictionless”即可。
邊界條件：由于粒子是在提交計算后由網格轉化來的，所以邊界條件貌似無法直接施加到粒子上。潰壩的算例是采用了一個矩形盒子作為邊界，矩形盒子材料是鋁，由于水域的尺寸太大（100m），盒子的厚度指定的太小（0.01m），還需要將盒子的四周固支，否則盒子受力很大就會發生很大變形。
注意：本算例基于Abaqus 2018版本，較低版本可能不一定適用，以下內容為cae文件和inp文件，給需要的朋友，無其他技術討論，其實上面1、2、3點就是主要的技術點了。
展開 OpenFoam水動力模擬之——潰壩
最近安裝了OpenFoam，了解了一些OpenFoam的使用方法，按照用戶手冊中的潰壩的算例，計算了一個。
OpenFoam在這種有自由面的問題中，采用了界面捕捉算法，可能是VOF或者Level Set技術，但是看起來效果并不太好，遠不如粒子法計算得到的效果，不過雖然加密了網格數目，計算規模還是沒有之前使用粒子法的規模大。不過，估計規模同樣的情況下還是不如粒子法。如果粒子法的界面重構技術能再給力一些，在計算這種自由面的問題時真的就會將FVM+VOF遠遠甩在身后了。
VOF 模擬潰壩過程 ￥9
VOF 模擬潰壩過程
LS-DYNA的仿真潰壩（SPH）
第一次做基于SPH的潰壩，有部分粒子穿模，不知道是什么原因，希望多多交流。
【EDF開源CAE】TELEMAC-MASCARET在洪患和壩潰數值模擬中的應用
03
數值模擬
我們將采用TELEMAC 2D水力學模型對潰壩過程進行數值模擬。模擬河流的下游坐落著城市，這意味著一旦發生潰壩，其后果十分嚴重。該河流的面積約為14.4平方公里，河流長度為41公里，包括3條主要支流。
我們的網格包含大約185000個節點，下圖為河流模型示意圖：
我們假設潰壩的發生周期為5000年，并假設支流的發生周期系數為10，即支流的潰壩周期為500年。建模過程中，我們在上游邊界給定流量特性曲線(rating curve)，下游邊界給定排放量(discharge)。當模擬結果超過了基于專家判定的大壩穩定性閾值時，大壩狀態被判斷為發生潰壩事件。
在本研究中，我們關注的變量是最大自由表面海拔和最大水位（用于洪災量化），關注的統計量為平均值、方差以及敏感度。
04
量化不確定性參數
不確定性參數的量化主要基于模型輸入數據的類別：
流量參數
指三個支流的洪峰流量值。對于此模型，僅干流和其中一個支流的流量被認為是不確定的。它們的概率分布是截斷的正態分布，其均值采用Schadex方法確定，干流和支流的方差分別為5％和25％。
Strickler系數
本文的模型分為5個具有不同Strickler系數的區域。所有系數符合均勻概率密度分布。
展開 靜態液化的可能性 (static liquefaction)
另一方面，強降雨引起的溢流和侵蝕可能會導致尾礦壩潰壩，這凸顯了有效風險管理策略的必要性，通過適當排水和尾礦固結以減輕液化風險。地震液化也是尾礦壩的主要風險，因為地震引起的循環剪應力也會引發液化。過去幾十年來，靜態液化和地震液化都是許多尾礦壩潰壩的罪魁禍首。
文章來源：計算巖土力學
【AICFD案例操作】潰壩過程模擬
一、概 要
1）案例描述
本案例是針對潰壩過程進行的數值模擬。
2）網格
整體網格為六面體網格的非結構網格，網格數量10萬。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
出口靜壓：101325Pa；湍流模型：Standard k-epsilon；介質：25°空氣，水密度997kg/m3。
二、網 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄 網格>導入網格，選中mesh文件夾，導入外部生成的計算域網格。
圖2-3 幾何導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解> 求解模型，設置湍流模型。本案例為瞬態計算，采用不可壓縮流，湍流模型采用Standard k-epsilon模型，打開多相流模型，相設置為2。
展開 【方案介紹】極端天氣系列產品三：水庫資源調度與洪峰推演平臺
案例展示
案例一、歐洲馬爾帕塞特拱壩潰壩事故復現
法國南部萊朗河上的馬爾帕塞特拱壩，上游全長為4820m，整個河谷總長度為20km。大壩于1959年發生潰壩事故，形成高40m、行進速度70km/h的潰壩波，造成423人死亡，損失合計6800萬美元。
追溯性還原潰壩經過，用于開展分析研究
為制定防洪減災應急策略提供參考，指導優化防洪疏散預案范圍和路線
案例二、國內某水庫泄洪對下游的影響
該水庫上游全長約1km，下游河谷全長16km，總區域面積約60平方公里，評估在極端泄洪方案下，洪水沖入下游的影響范圍和受損程度。
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