射流冲击下护坦板块失稳机理的随机分析

高水头射流是水利工程中常见的水力现象。挑跌流消能是我国泄水工程中较普遍采用的消能方式。鉴于高速水流对护坦板块的破坏作用及对建筑物的影响一直没有弄清楚,本文从水力学随机过程理论的观点出发,结合二滩水电站双曲拱坝消能防冲作了模拟试验研究。将护坦板块在水流作用下的特性视为二阶矩随机过程x(t),寻求x(t)与它的导函数x(t)、x(t)的相关矩:从而求出各阶谱矩 分析了护坦板的随机属性,探讨了射流对下游河床的动水作用与护坦板失稳过程的水力学机理;分析了使护坦板块失稳的上举力的成因;指出了增加护坦板稳定性的条件。     

拱坝溢流水舌对河床作用力及其影响的研究

一、前言 拱坝下游消能采用跌塘式消能工是简便、经济的方法。但是,由于对跌落在坝脚附近的水舌,其巨大能量能否造成河床严重冲刷、护坦损坏以及作用在跌落处附近动水压力的脉动能否引起坝基及坝体振动等方面的评价,却常有不同看法。主要原因是对跌落水舌冲击河床的作用,从理论和实践上还有许多解释不清楚的问题。然而,从水动力学     

谈河床的允许冲击动水压力

拱坝坝身及泄水挑流工程在泄洪时，射流落入下游并冲击河床，在河床面上产生动水压力。在工程水力设计中，河床面上动水压力的大小及其承载能力，是设计者十分关心的问题。本文通过原型挑流冲刷资料的分析，对河床允许冲击动水压力进行了探讨。     

平面水射流对槽底的冲击压强及其脉动特性

射流作用在固体壁面上的冲击压强问题,在许多工程领域中都会遇到.对于射流的破坏作用,一般认为不仅与冲击压强的时均值有关,而且和压强脉动的特性有很大关系.过去的研究工作较多是针对气体冲击射流.本文介绍由溢流坝模型挑流鼻坎射出的紊动射流,冲击水下槽底所产生的时均压强及其脉动特性的实验研究成果. 试验在长20米、宽0.6米、高1.3米的玻璃水槽内进行.槽底中部装一块长60厘米、宽14厘米的活动有机玻璃板,用以安设测压孔和压力传感器,它可前后移动以对准冲击     

正冲击射流脉动壁压的正交分解与低阶近似

为更好地了解冲击射流脉动壁压的统计特性,通过实验对其脉动壁压强度与频谱特性进行了研究,并对冲击射流脉动壁压时序信号的正交分解与低阶近似进行了探讨。根据实验结果得到了脉动壁压强度的拟合公式,其壁压表现为窄带低频过程。     

挑跌流水垫塘内流态结构控制参数与冲击压力变化规律实验研究

为了探求更简单合理的水垫塘设计控制参数，本文通过实验研究，系统观测了不同来流条件和水垫深度条件下，水垫塘内的流态特征和冲击压力的变化规律，提出了表征挑跌流水垫塘内淹没冲击射流流态结构的控制参数，揭示了影响淹没冲击射流对水垫塘底板冲击压力的主要因素，并建立了经验关系式，可为水垫塘消能防护设计提供实验依据。     

官地水电站溢流坝面反弧段抗冲耐磨防护措施研究

官地水电站溢流坝面抗冲耐磨防护,采用改进底流消能方案,即溢流表孔宽尾墩布置+连续跌坎+底流消力池+中孔挑流的消能方式。溢流坝反弧段水流流速高,局部脉动冲击力大,并且在消力池强烈旋滚紊动水流作用下,不同程度存在较粗颗粒石子翻滚撞击冲刷。水力学实验显示,宽尾墩后收缩水流的一部分直接落入溢流坝面反弧段,从而使反弧段除了承受离心力作用之外,还要承受高流速冲刷及一部分挑射水流的冲击压力。所以对溢流坝段反弧段的抗冲耐磨防护措施研究是非常有必要的。该工程采用了钢板衬护和高强耐冲磨混凝土+聚脲喷涂两种方案,进行了溢流面的抗冲耐磨防护研究与方案比较。     

自振空化射流冲击压力脉动特性实验研究

自振空化射流是利用瞬态流和水声学原理调制而成的一种新型射流，本文研究了自振空化射流在常压及围压下的压力脉动特性及其参数影响规律。研究结果表明，在实验条件下各种风琴管喷嘴的压力脉动存在最优喷距，无因次最优喷距都在8～14范围内，风琴管自振空化射流的冲击压力脉动峰值和脉动幅度分别比普通喷嘴高37％和24％；最大脉动幅度并不出现在射流轴心，而是偏离轴心一段径向距离；随着围压的增加，脉动峰值压力随着喷距的衰减速度明显加快，而脉动炳室基本不随围压、压降和喷距的变化而变化，保持在1.38KHz左右。     

高坝泄水建筑物的几个水力学问题

我们借丰满水电站溢流坝、大伙房水库溢洪道及二龙山水库输水道等工程泄流机会,对水流的压力脉动、坝面流速、掺气水深、挑流水舌射程及闸孔出流流态等水力学问题进行了原型观测。并根据丰满溢流坝的模型试验,对脉动压力、坝面流速系数和水流掺气等问题进行了研究。 丰满溢流坝泄流观测的上游库水位至护坦顶部落差为65.92—71.71米,相应的单宽流量为8.9—53.4米~2/秒。溢流段净宽132米,分为11孔,每孔净宽12米,闸墩厚6     

不同水流结构区掺气浓度分布规律试验研究

采用水力学模型试验的方法,通过改变跌坎深度、入射角度、入池流量观测跌坎消力池内不同水流结构区掺气浓度的分布规律,通过控制变量法,对试验数据进行对比分析。试验结果表明:对各水流结构区掺气浓度分布规律影响最大的是入池流量,其次是跌坎深度,而入射角度的影响最小。其中随着入池流量的增加,底滚回流区、冲击区、淹没射流区、附壁射流区、面回流区的掺气浓度都明显增加。随着跌坎深度的增加,底滚回流区、冲击区、淹没射流区的掺气浓度减小,附壁射流区和面回流区的掺气浓度变化不大。随着入射角度的增加,底滚回流区和冲击区的掺气浓度略微增加,淹没射流区的掺气浓度减小,附壁射流区和面回流区的掺气浓度变化不大。     

葛洲坝护坦新旧混凝土粘结面水压力分布规律研究

葛洲坝护坦底板修补材料极易被高速水流冲蚀破坏,影响大坝安全稳定运行。根据护坦底板新浇筑材料与旧混凝土粘结面缝隙脉动水压力的分布规律,建立了接触面缝隙脉动压力传播的两个阶段即渗流和瞬变流阶段的数学模型,并对实际工况进行了模拟计算。结果表明,闸室底板粘结面水压力在渗流条件下,沿程各点脉动水压力频率与尾部的原生脉动压力频率保持一致,沿程各点脉动水压力振幅与x/L成正比;在瞬变流条件下,粘结面中部点的脉动水压力由与尾部点原生脉动压力相似的低频脉动和间杂在整个过程中的高频脉动组成;沿程阻力系数对缝隙水压力的影响主要体现在对高频脉动的削弱;渗流条件下其振幅沿程增大,在瞬变流条件下,各点脉动压力振幅沿程分布变化不明显。修补材料粘结面的疲劳破坏属于应力疲劳,修补材料整体揭底冲毁为其中的破坏形式之一,整体揭底破坏与新旧材料之间粘结面疲劳损伤关系密切。     

护坦破坏原因及计算方法探讨

本文根据工程实例分析,阐明在岩基上护坦破坏的主要原因是低频脉动水流产生的振动,它首先使护坦与岩基粘结破坏,然后引起护坦自身断裂,最后在脉动力矩等作用下将护坦毁坏。根据脉动压力性质和护坦结构特征,本文对护坦的动力反应、振动内力及倾覆稳定提出计算方法,为设计应用。     

重力拱坝坝面溢流消能防冲的试验研究

后河水库重力拱坝坝面溢流挑流消能经过水工模型试验确定的方案，其特点为：（１）改善坝面及挑流流态、减小水流向心集中，分散挑射水舌，减轻对河床、岸坡冲刷的方案体型。（２）利用在挑流坎段加直壁导水墙和曲面贴角的措施，提高了消能防冲效果，即分散了挑流水舌，增大了入水面积，调整了冲坑位置，减小了冲坑深度。（３）在贴角及导水墙转折处测定了时均压力、脉动压力，这些部位的时均压力均比较高，而脉动压力占时均压力的８％～１０％，只占流速水头的３％左右，主频区一般为０．２Ｈｚ～１２．６Ｈｚ，属于低频区。     

柘林第二溢洪道采用面流消能和封闭式排水的经济效益

自从出现河南“75·8”洪水后,大中型水库的抗洪标准普遍提高,因泄量大,下游水位高,使许多水头不高的工程存在着用底流消能工程量大造价高,而用挑流消能又挑不出来的矛盾。因此,有些大中型工程采用面流消能。拓林第二溢洪道的消能方案也经过了底流、挑流、面流的变化过程,最终采用面流消能。但面流消能下游水位高,对陡槽护坦板的抗浮稳定不利。针对本溢洪道的具体条件和特点,采取了护坦末端截流封闭护坦排水措施,从而较好地解决了这一矛盾,取得了较显著的经济效果。     

突扩突跌掺气设施后泄槽底板脉动压力试验研究

有压洞出口后的突扩突跌掺气减蚀设施在水利工程中经常使用。由于水流受边界条件和掺气的影响,其流态和脉动压力往往与普通水槽的情况有很大的不同。通过水工模型试验,对突扩突跌掺气设施后泄槽底板上的脉动压力进行研究,揭示了掺气设施后泄槽底板上不同流动区域的脉动压力特性。从脉动压力的时域过程、均方根值、偏态系数、峰态系数和主频率等多方面得出冲击区、反射区和稳定区脉动压力的特性是不相同的结论。同一流量时,沿流程底板的时均压力都大于脉动压力的均方根值,在冲击区、反射区和稳定区,脉动压力的均方根值分别是同位置时均压力值的约0.5倍、0.6倍和0.7倍。研究成果可为更好地利用突扩突跌掺气设施提供有益的理论和试验依据。     

民乐河水库溢洪道挑流鼻坎体型优化试验研究

部分河岸式溢洪道出口河道狭窄、曲折,岸坡陡峻,河床基础抗冲能力较差,采用挑流消能时挑射水流会砸落淘刷护坦、挑流鼻坎基础,危及下游岸坡稳定安全。为验证泄洪挑射水流形态及其对河床、岸坡的冲刷影响,以民乐河水库工程为例,通过水工模型试验进行分析并对挑流鼻坎体型进行优化。试验结果表明,溢洪道挑流鼻坎采用斜切坎配合折流器体型能有效改善挑射水流流态,对下游河床、岸坡的冲刷影响较小,可确保工程安全运行。     

窄缝挑坎在高拱坝深孔中的 初步应用研究

在锦屏一级水电站（拱坝坝高305 m）整体水工模型上将窄缝挑坎应用于高拱坝泄洪深孔,对窄缝挑坎体型参数选择和布置进行了试验研究。试验结果表明,窄缝挑坎应用于高拱坝深孔,可以获得窄长下泄水流流态;边墙压力测量结果显示,深孔采用窄缝挑坎后边墙无负压出现,但在窄缝收缩起点附近存在压力增大;射流水舌在水垫塘内纵向扩散效果显著,水垫塘底板时均冲击动压分布相对常规挑坎时而言更加坦化,底板冲击动压差也大大减小,这对水垫塘底板稳定和减小射流冲刷有利.     

双股射流壁面脉动压强与近壁紊动流速相关与频谱特性

本文用多通道动态压力检测系统和二维激光测速仪对在单股和双股射流作用下,水垫塘底板脉动压强与近壁脉动流速的相关,功率谱和紊动比尺进行了测试研究。实测表明,双股射流形成的动水扩建在塘底水平方向的脉动使得双股射流在第二冲击点下游的脉动量特性与单股射流不同：前者的水平脉动速度与脉动压强的互相关系数较后者明显增大,且水平脉动速度和脉动压强的功率谱具有大致相同的优势频率。单股和双股射流塘底脉动压强系数与近壁紊     

高坝挑流消能述评

本文针对影响挑流消能工设计选型的几个问题进行评述分析。指出：冲击射流的脉动作用是岩基局部冲刷破坏的主要因素；现有冲深估算公式均具有一定的局限性；挑坎体型优化的目标在于提高射流在空中的消能率，减小和分散入水冲击能量，改善水垫消能的作用，从而减轻射流对下游的冲刷，确保泄洪安全，并注意顾及池洪雾化的不利影响。     

岩石河床在冲击水流脉动压力作用下的解体破坏机理

考虑高坝下游岩石河床的裂隙结构特性,分析河床岩体解体破坏以及冲坑形成的物理机理。根据经验公式和理论推导给出动态河床上脉动压强的分布规律,基于河床逐层破坏假定,应用蒙特卡洛方法模拟生成基岩仿真一维裂隙网络,沿各网络裂隙线元建立一维瞬变流模型,对高坝下游冲击射流作用下非恒定脉动压力波在复杂裂隙网络内的传播过程进行数值模拟。应用孤立块体逐层自动追踪方法,分析裂隙岩体的解体破坏机理、孤立岩块的瞬时动力力学特性以及岩石河床的逐层破坏过程,提出岩块稳定性判据以及冲坑极限深度的评估方法。