压坡渐扩式出口泄洪洞水力特性数值计算分析

为研究不同闸门开度及水位工况条件下，压坡渐扩式出口泄洪洞洞身及出口流态，采用RNG k-ε湍流模型对压坡渐扩式出口泄洪洞的水力特性进行数值模拟。结果表明：闸门全开时，泄洪洞全洞范围内均呈有压流状态，流态稳定；闸门非全开且水位较低时，洞内流态不稳定，容易出现明满流交替的运行状态；闸门小开度时，挑流鼻坎抬高了出口水位，受出口挑坎反弧阻滞作用，出口段流速有所减缓，挑距较小，水流易冲击坡脚。故对于压坡渐扩式出口泄洪洞，设计时有必要开展水工模型试验研究。     

有压泄洪洞弯道压力特性数值模拟与试验研究

有压泄洪洞转弯段容易出现负压问题,严重的可能影响泄洪洞的运行安全。根据κ-ε模型,运用数值模拟方法对石门水库有压泄洪洞,在闸门全开、局开及不同库水位条件下的洞身转弯段压力特性进行了研究。研究发现:有压泄洪洞水流在转弯段存在明显偏流特性,形成凹岸压力大、凸岸压力小、顶部有较大负压区现象;闸门全开时,库水位较低,弯道前半段洞顶容易出现负压,随着库水位的升高,压力逐渐增加;库水位保持不变时,随着闸门开度的减小,洞顶低压区压力也不断增加。数值模拟结果与模型试验结果吻合良好。该研究结果表明,通过闸门开度的调整,既可避免不安全运行方式的出现,也可提高泄洪洞的运行灵活性。     

积石峡水电站中孔泄洪洞平板工作闸门槽压强降落系数试验

高速水流有压泄洪洞一般采用弧形工作闸门,积石峡水电站中孔泄洪洞由于条件限制,被迫采用平板工作闸门,通过水力模型试验研究其工作闸门槽压强降落系数特性,分析不同水位、不同高程、不同闸门开度的特性。试验结果表明,闸门开度是最主要的影响因素,0.3H开度时压强降落系数曲线变幅达到最大;测压点高程对压强降落系数的影响相对较小;在试验范围内,上游库水位对压强降落系数的影响可以忽略。     

三峡水利枢纽导流底孔闸门泄流振动监测与分析

对三峡水利枢纽工程导流底孔闸门动力安全监测资料作了介绍与分析,其中包括闸门的动力特性和在设计水位条件下闸门在动水启闭过程中的振动加速度、振动位移、动静应力、脉动压力和启闭力的监测成果。监测成果表明闸门的自振频率监测成果与闸门水弹性模型试验成果很接近,振型相同;在动水开门和关门过程中,闸门在小开度时,下游面底缘的脉动压力较大;闸门门叶和支臂的振动小开度比大开度的大,未出现危害性振动,各测点的振动位移和振动应力都比较小,闸门振动是安全的。     

泄洪洞有压出口渐变段及工作闸门室体型优化

针对黄金坪水电站1号泄洪洞原设计方案有压出口渐变段顶板存在负压,在工作闸门小开度运行时工作闸门室底板出现大范围负压,容易引起空蚀等问题,根据水力学模型试验,提出通过增加有压渐变段长度、改变工作闸门室底板连接形式,对有压出口渐变段及闸门室体型进行优化。试验实测结果表明,优化后的有压段出口顶板及闸门室底板在各种运行工况下均没有出现负压,闸门室底板水流空化数显著增加,提高了泄洪洞安全运行的可靠性。     

泄洪洞（方洞）闸门局部开启时流量系数μ0值的计算

近年来在设计底流消能时,有的同志认识到消力池消能的最不利不一定是在设计流量时出现,而有可能是高水头、闸门局部开启时出现.因此,为了进行各种情况下的消能计算或是绘制取水口的工作特性曲线,需要首先进行不同闸门开度情况下的不同闸前水头Η(相应于不同的库水位)的闸孔泄量计算.本文是根据两个模型试验推导和验证及一个泄洪洞的原体观测结果分析后提出了进口顶部为光华的椭圆曲线的深孔泄洪洞平板门局部开启时的流量系数经验式.又以亮甲山水库泄洪洞原体观测的结果验证,多数观测点的误差小于±5%.因此,文中给予出的公式用于绘制不同开度下库水位和泄量关系曲线比较简便,且有一定精度和推理依据的.     

泄洪洞工作闸门开启时水击数值模拟研究

泄洪洞工作闸门运行过程中有可能产生水击,目前没有受到重视。应用特征线法数值模拟青海省某水电站泄洪洞工作闸门开启时闸前水击的变化过程,结果表明:(1)工作闸门匀速开启的方式可导致泄洪洞内产生水击,水击产生于闸门开启的初始阶段,水击压强振幅呈对数规律衰减;(2)工作闸门非匀速开启方式对泄洪洞非恒定流有重要影响,闸门开启速度先慢后快的运行方式可有效减小水击压强振幅,降低闸门振动的可能性,工作闸门以适当的加速度开启时可消除水击现象,彻底避免水击引起的闸门振动,排除这种泄洪安全隐患。     

大型弧形钢闸门流激振动数值计算

为研究大型弧形钢闸门在脉动压力作用下的动力特性及安全问题,采用附加质量法计算闸门的自振特性,对试验测得的脉动压力进行频谱分析得到其优势频率;采用随机振动的方法,将脉动压力转化为节点荷载施加在闸门数值模型上,得到闸门的动力响应。以贵州平寨水利枢纽为例进行计算,研究结果表明,在水体的作用下闸门的自振频率减小,随着开度的增加,闸门的自振频率呈增大的趋势。闸门1阶振型频率在1.1 Hz左右,脉动水流的优势频率最大0.15 Hz,二者相差较大。闸门最大动位移3.61 mm,发生在正常蓄水位543.00 m开度50%工况下,而在20%和50%开度下闸门动应力较大,最大动应力为43.56 MPa,发生在543.00 m开度50%工况。因此,闸门发生共振的可能性不大,闸门在动水作用下较为安全,但需注意闸门在20%和50%开度下的振动情况,避免在此开度下长时间停留。     

大型弧形钢闸门流激振动数值计算

为研究大型弧形钢闸门在脉动压力作用下的动力特性及安全问题,采用附加质量法计算闸门的自振特性,对试验测得的脉动压力进行频谱分析得到其优势频率;采用随机振动的方法,将脉动压力转化为节点荷载施加在闸门数值模型上,得到闸门的动力响应。以贵州平寨水利枢纽为例进行计算,研究结果表明,在水体的作用下闸门的自振频率减小,随着开度的增加,闸门的自振频率呈增大的趋势。闸门1阶振型频率在1.1 Hz左右,脉动水流的优势频率最大0.15 Hz,二者相差较大。闸门最大动位移3.61 mm,发生在正常蓄水位543.00 m开度50%工况下,而在20%和50%开度下闸门动应力较大,最大动应力为43.56 MPa,发生在543.00 m开度50%工况。因此,闸门发生共振的可能性不大,闸门在动水作用下较为安全,但需注意闸门在20%和50%开度下的振动情况,避免在此开度下长时间停留。     

乌东德水电站水工闸门动力安全评价

乌东德水电站泄洪洞工作闸门为弧型闸门,具有孔口尺寸大、水头高、流速大、局部开启运行的特点,研究闸门在流激振动下的动力特性具有重要意义。运用数值模型和物理模型相结合的方法进行了仿真模拟和试验研究,综合评估了闸门的流激振动安全性。结果表明：两种模型得到的7阶以内闸门自振频率较为接近,且振型相同,相互验证了彼此的可靠性;物理模型试验应力结果与数值计算结果较为接近,闸门支臂和横梁等主要构件的动静叠加应力不超过157 MPa,闸门下支臂与支铰连接部位腹板处测点应力较大,但未超过局部承压容许应力值。     

高坝泄洪诱发场地振动响应分析及传播规律

为研究高坝泄洪诱发场地振动的问题,提出一种基于黏弹性人工边界的有限元数值模拟和水力学模型试验相结合的方法计算场地振动响应。以国内某工程为例,计算不同工况下场地振动响应,分析泄洪量和泄洪调度方式对场地振动的影响,揭示不同岩体条件下振动波的传播规律。结果表明:该工程各种泄洪方式都不会对周边居民的生活造成影响;泄洪量越大,下游场地振动响应越大,当3个溢洪洞泄洪条件一致时,采用2号洞泄洪最不利;同等泄洪条件下,采用4洞均分泄洪的振动响应小于按设计开度泄洪的振动响应;模型范围内放大振动波的主因是断层左右岩体性质的差异,断层的存在进一步加大了放大效应。     

工作桥对进水塔整体结构的抗震性能影响研究

地震作用下,进水塔与工作桥、库水、地基的相互作用复杂。通过建立塔身主体结构-启闭机房-工作桥-地基-库水整体有限元模型,基于势流体理论模拟结构与库水的相互作用,采用黏弹性人工边界考虑地基辐射阻尼,研究结构与库水、工作桥和地基的动力相互作用对进水塔整体体系自振特性和地震动力响应的影响。结果表明：在正常蓄水位下,工作桥的存在会使进水塔结构的顺流向位移最大减小25.15%,加速度最大减小14.33%,进水塔关键点最大拉应力降幅可达12.0%以上;考虑地基的辐射阻尼效应时,进水塔结构的动力响应明显减小,其关键点的最大拉应力降幅可达40%以上。相比工作桥,地基辐射阻尼效应对进水塔地震作用下动水压力、加速度、位移和应力响应的影响更加显著。     

Prototype observation and influencing factors of environmental vibration induced by flood discharge

Due to a wide range of field vibration problems caused by flood discharge at the Xiangjiaba Hydropower Station, vibration characteristics and influencing factors were investigated based on prototype observation. The results indicate that field vibrations caused by flood discharge have distinctive characteristics of constancy, low frequency, small amplitude, and randomness with impact, which significantly differ from the common high-frequency vibration characteristics. Field vibrations have a main frequency of about 0.5–3.0 Hz and the characteristics of long propagation distance and large-scale impact. The vibration of a stilling basin slab runs mainly in the vertical direction. The vibration response of the guide wall perpendicular to the flow is significantly stronger than it is in other directions and decreases linearly downstream along the guide wall. The vibration response of the underground turbine floor is mainly caused by the load of unit operation. Urban environmental vibration has particular distribution characteristics and change patterns, and is greatly affected by discharge, scheduling modes, and geological conditions. Along with the increase of the height of residential buildings, vibration responses show a significant amplification effect. The horizontal and vertical vibrations of the 7th floor are, respectively, about 6 times and 1.5 times stronger than the corresponding vibrations of the 1st floor. The vibration of a large-scale chemical plant presents the combined action of flood discharge and working machines. Meanwhile, it is very difficult to reduce the low-frequency environmental vibrations. Optimization of the discharge scheduling mode is one of the effective measures of reducing the flow impact loads at present. Choosing reasonable dam sites is crucial.     

高坝泄流诱发底流消能泄水建筑物振动特性试验研究

通过研究高坝泄流诱发底流消能泄水建筑物振动特性与主要影响因素,建立某中表孔交叠底流消能水电站1:80水力学模型,模拟了其实际泄洪工况。通过控制单一变量原则,研究上游水位、下游水位、中表孔开度等因素对场地振动的影响,得出结论:(1)泄流诱发各泄水建筑物振动具有明显的规律性,上游水位一定时,随下游水位的升高,中孔处振幅增大,消力池底板处振动减小;(2)当上游水位升高,各结构振动有所增强,但与流量增幅相比,振动强度增幅可忽略;(3)中孔泄流存在明显的不利运行区,孔口局开6 m时振动最为剧烈,在工程应用中应避开明显的不利运行区,可通过适当控制下游水位,抬高上游水位,以达到减振目的。     

小浪底工程3号孔板泄洪洞充水平压系统管道振动原型观测

为了充分论证小浪底枢纽孔板泄洪洞充水平压管道的可靠性，对其在上游库水位为252．30m及50m工作水头下的管道振动特性进行了原型观测，通过对原型观测成果的分析研究，得到振动应力在允许值范围内，但振动位移较大的结论，这为今后小浪底水利枢纽孔板洞充水平压管道的改进和安全运用提供了理论依据。     

高坝泄洪消能诱发场地振动的预测方法

为准确预测高坝泄洪消能诱发的大范围场地振动,通过原型观测和水工模型试验有机结合的方法,分别获取"响应"和"激励",避开准确模拟传播过程的难题,利用"激励-响应"间相关关系进行场地振动的预测。结果表明:泄洪消能诱发的场地振动为低频连续型平稳随机振动,主频在1. 5~3. 5 Hz,与地质条件、泄洪流量、运行方式密切相关;模型试验点脉动压力主频频段滤波、合成后的面脉动压力与场地振动响应呈良好的正相关关系,在各级泄洪流量、不同运行方式下,振动响应预测值与现场振动响应实测值误差均在10%以内,预测精度较高。     

卡拉贝利水利枢纽联合进水口进水塔群的布置及抗震设计

卡拉贝利水利枢纽进水口塔群设计面对高烈度地震频发、多泥沙、高水头运行等不利条件,通过对塔群设计遭遇的这些难题的分析认为,需从塔群布置、枢纽防沙、孔口尺寸和高程的确定及抗震设计等方面采取应对措施。因此提出了如下措施:设置高水头下的深式进水口,为确保水库运行安全,有条件时建议设置两条深孔泄洪洞;由于水库调节库容设计时已考虑水库运行50年泥沙淤积量,因此枢纽防沙主要是电站防沙,设计中通过抬高发电洞进口底板高程、前沿平齐布置等措施减少泥沙对机组磨损,同时制定合理的水沙调度方案使水库长期发挥效益;深式进水口各进口尺寸高程的确定需满足淹没深度、高水位泄洪、低水位排沙、导流度汛及放空等要求;综合分析考虑有限元和材料力学两种方法的计算结果,在回填混凝土顶面竖向应力较大处应增加竖向钢筋,以加强抗震措施。     

向家坝水电站泄洪消能关键技术研究与实践

向家坝水电站泄洪消能具有"高水头、大单宽流量、泄洪频繁、多泥沙"的特点,其泄洪消能方式受雾化、通航、排沙以及地质条件等方面的制约;通过采用高低坎泄洪消能方案,攻克了向家坝水电站泄洪消能技术难点;达到了雾化影响小、消能效率高、消力池临底流速小、下游水流平顺、泄洪运行方式灵活、悬移质能安全过坝的效果。模型试验、数值分析和原型监测成果表明,立轴漩涡临底强度较低,原型监测尚未观测到立轴漩涡;磨蚀、水流空化、闸门流激振动等方面的水力特性都在允许的范围内;经受了三个汛期的泄洪考验。下游县城紧邻水电站,且局部城区位于古河道的不利地质条件,部分泄洪工况时出现了下游县城局部区域房屋门窗振动现象。通过溪洛渡、向家坝两库联合调度和优化闸门运行方式,振动强度得到显著减小,使门窗振动问题得到有效控制,各项振动量值均在国家规定的人身舒适性评价标准的容许限值之内。     

金沙江溪洛渡水电站大坝深孔过流振动测试分析

为分析溪洛渡水电站大坝深孔过流引起的振动问题,本文采用中国水利水电科学研究院自主研发的振动测试系统,对右岸制冰楼与拌合楼、大坝廊道和深孔启闭机平台及水垫塘廊道等部位开展了现场测试分析,结果表明:(1)制冰楼、拌合楼等柔性结构,以横河向振动响应为主,其振幅不影响正常运行安全;(2)拱坝深孔过流时引起大坝527岸坡坝段廊道...     

卡马水库大坝滑塌原因分析

在抢险记录、事后现场调查、补充地质勘察、现场检测与监测等基础上,对卡马水库大坝的滑塌原因进行分析。通过对导流洞水击振动荷载的估算以及坝坡稳定分析,认为卡马水库大坝坝坡偏陡、稳定安全系数偏小是导致坝体滑塌的内因;导流洞水击振动荷载作用是造成坝体滑塌的外因。建议在大坝加固措施实施前,应保证水库安全泄洪,维持水库低水位运行,确保大坝安全;在加固措施实施时做好施工组织计划及应急预案。