多股水舌入射水垫塘底板脉动压力互相关特性及其灰色关联分析

本文对１：１００比尺的小湾水垫塘底板脉动压强进行了量测，对水舌冲击区附近各测点，进行了时空相关分析。结果表明，相关系数随水垫深度增加有所增大，随离冲击区距离的增大呈近似指数衰减。文中还首次引入了灰色关联分析方法对其进行了灰色关联分析，结果表明其关联度均在０．６以上，说明灰色关联分析在脉动压强相关分析中有其一定的优越性。     

水垫塘冲击区掺气浓度对脉动压强作用的试验研究

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流流量不变的情况下,增加掺气量,水垫塘冲击区同一测点水体掺气浓度值随掺气量的增加而增加。水垫塘冲击区内掺气浓度分布规律为在冲击点处达到最大值,由冲击点向上、下游递减;冲击区底板总动水压强的峰值随掺气量的增加而降低;脉动压强的方差值随掺气量的增加而减小,即脉动变幅减小。脉动压强的概率密度分布为正态分布,分布曲线随掺气量的增加而变陡、变窄,脉动强度系数分布集中,即方差变小,压强峰值减小,脉动强度减小。同一测点脉动压强的频谱分布规律一致,其优势频率集中在低频范围,随掺气量的增加,脉动幅值降低,即脉动压强降低。     

平底型与反拱型水垫塘动水荷载对比试验研究

水垫塘结构是影响高坝泄洪消能的关键,优化水垫塘底板型式对有效地增加底板稳定性和减小动水荷载至关重要。平底型和反拱型底板作为两种常见的水垫塘结构型式被业界广泛采用,但关于两者的动水荷载特性对比研究尚不多见。基于白鹤滩水电站1∶50整体模型,采用物理模型试验的方法对比了平底型和反拱型水垫塘在时均压强和脉动压强方面的特性。结果表明:反拱型水垫塘底板的时均压强峰值小于平底型,来流方向上反拱型水垫塘底板的时均压强低谷值小于平底型;两种型式水垫塘脉动压强峰值差异较小,反拱型底板整体脉动压强大于平底型,但反拱型脉动压强梯度小于平底型。     

平底水垫塘透水底板下表面脉动压力试验研究

基于模型试验结果,研究了平底水垫塘透水底板下表面的脉动压力特性,分析了不透水底板及透水底板不同开孔率情况下的下表面脉动压力的分布规律、概率特性以及互相关特性和频谱特性。分析结果表明：在水舌冲击区,脉动压强系数随着开孔率的增大而增大;互相关系数随着开孔率的增加而略有减小,其旋涡保持性有所降低;透水底板较不透水底板下表面的脉动能量更加集中于低频。     

水垫塘底板稳定性控制指标的探讨

基于几个高坝水垫塘底板水力模型试验研究，对稳定性控制指标进行了探讨。从脉动压强、上举力和冲击压强之间关系的角度，得出了冲击压强所表示水动力荷载的量化指标。文中所述成果可用以评价类似工程的底板稳定性并作为设计依据。     

高含沙水流脉动特性试验研究

以某工程的表孔为依托,建立1∶100单体模型。通过配置不同含沙量的水流,对水垫塘底板含沙水流的脉动压强进行试验。结果表明,在试验范围内,水流条件不同,含沙量对脉动强度的影响不同:水流条件较强时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先减小后又增大的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最多减小24.73%;水流条件较弱时,脉动压强随着含沙量的增大,呈现先增大后减小的趋势,含沙水流最大脉动压强比清水最大增加78.74%。冲击区含沙水流脉动压力分布比清水更接近正态分布,脉动压力能量大部分集中在0.4 Hz以内,功率谱无明显的优势频率,水流主要以低频大尺度漩涡为主。通过对高含沙水流水垫塘底板的脉动压强进行观测,总结分析了不同因素影响下高含沙水流脉动压强特性的变化规律,为相关工程提供参考。     

水垫塘边墙板块上脉动上举力的量测技术与实验研究

目前，对消力池或水垫塘中底板块的脉动压强研究资料居多，对冲坑底部岩块上的脉动上举力研究资料甚少，而对边墙或边坡岩块上脉动上举力的试验研究至今尚为空缺。笔者介绍了水垫塘边墙板块上脉动上举力的量测技术，并通过某工程在１：１１０比尺水垫塘模型上当坝身泄洪时，对水垫塘边墙板块上的脉动上举力进行实验研究。     

反拱形水垫塘结构在拉西瓦水电站上的研究与应用

通过自行设计的拉西瓦水电站反拱型水垫塘模型,并通过在模型底板上铺设脉动压力传感器和流速传感器的方法,研究了在不同的上下游水位时反拱形水垫塘的动水荷载特性。研究表明:脉动压强的概率密度曲线与正态分布曲线具有相似的变化规律,最大流速发生在水舌冲击点下游的壁射流区,其结果可为反拱形水垫塘的设计与施工提供参考。更多还原     

高重力坝防冲建筑物体型参数对水力特性的影响

高重力坝防冲建筑物体型参数的选取决定了泄洪消能水流的水力特性,从而影响水电站的安全运行。采用水工模型试验的方法,研究了防冲建筑物体型参数对水流的水力特性影响规律。研究结果表明：水垫塘长度的减小,使塘内淹没冲击射流的扩散空间减小、冲击区的紊动增强,导致塘内底板时均压强谷值减小、脉动压强均方根峰值增大、底板安全风险增大;二级消力池池长的减小,使出池临底流速增大、下游冲刷风险增大;二道坝高度的降低,导致水垫塘底板沿程时均压强减小、脉动压力均方根峰值增大、底板安全风险增大,同时导致二级消力池内水跃收缩断面水深增加、跃首区临底流速降低、紊动强度降低、脉动压力均方根峰值减小,但出池临底流速增大。     

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     

小湾水垫塘水力特性及设计优化研究

小湾拱坝坝身泄洪消能的技术难度已达世界当前最高水平，其水垫塘的优化设计亦是工程中的一大难题。本文通过承担完成国家“八五”科技攻关项目课题研究任务，在对小湾坝身泄洪消能布置方案进行水力模型试验的基础上，应用二维和三维紊流数学模型对多层和多股淹没射流水垫塘流动特性进行了数值模拟，对水垫塘三元流速场和壁面脉动压强的水力特性进行了实测研究；通过对多层射流入流方式的优化计算和实验验证，提出了“１＋１＜１”效应的新观点和最佳入流方式。用人工掺气方法，研究了掺气射流特性，得出了水流掺气可导致时均压强减小，脉动压强增大的结论。文中还讨论了小湾水垫塘采用全面混凝土衬砌的必要性，并对水垫塘底板高程、长度及体型提出了新建议。     

水垫塘动水冲击压力测压管灵敏性分析

随着一批高水头、大流量高拱坝的建设,水垫塘合理布置便成为工程设计中的一项重大技术问题,而动水冲击压力是水垫塘的一个重要指标。测压管法是目前水工模型试验中常用的较经济的方法。为了评价测压管测量水垫塘动水冲击压力的灵敏性,采用三维紊流数值模拟方法,对不同的测压孔内径和测压管内径比值下的水垫塘动水冲击压力测量敏感性进行分析,并用模型试验进行验证。研究结果表明:测压孔内径和测压管内径的比值对动水冲击压力测量有较大的影响,区别于常规水工模型试验要求（测压孔内径应小于2 mm,测压管内径宜大于6 mm）;建议测压孔内径和测压管内径的比应大于0.7且测压管内径宜大于6 mm,并对冲击核心区域用脉动压力传感器法结合测量。     

燕尾坎水舌冲击特性试验及数值仿真研究

泄洪防冲消能设计是水利工程设计中的重要技术问题。采用水工模型试验和数值模拟相结合的方法对连续坎和燕尾坎的水力特性进行了对比。主要研究内容包括两种挑坎的水舌运动特性、水垫塘底板动水压强分布及其扩散特性、RNG k-ε湍流模型求解脉动荷载的可行性。研究结果表明：RNG k-ε湍流模型对于连续坎和燕尾坎的水舌形态、水垫塘底板时均压强、不同工况下水垫塘底板脉动均方根的变化规律均可达到较高的模拟精度;相比于连续坎,燕尾坎对于水舌的纵向拉伸效果明显,水垫塘冲击区范围扩大,底板上的时均压强与脉动压强均方根峰值均向上游移动且大幅度减小,荷载集中程度减弱。     

燕尾坎不同体型参数对其水力特性影响研究

为研究燕尾坎不同体型参数对其水力特性的影响,文章基于黄河古贤水利枢纽工程水工模型,采用物理模型试验的方法,选取不同开口处挑角和燕尾宽度进行试验,分析对比不同体型参数下的内外缘挑距以及水垫塘的冲击压强和脉动压强。试验结果表明:开口处挑角主要通过影响内缘挑距来影响水舌纵向拉伸程度,随着开口处挑角的不断减小,水舌入水宽度变宽,水垫塘内冲击压强和脉动压强逐渐减小;燕尾宽度主要通过影响外缘挑距来影响水舌纵向拉伸程度,随着燕尾宽度的不断增加,水舌入水宽度变宽,水垫塘内冲击压强先减小后增大,脉动压强逐渐减小。研究结果可为其他消能工程燕尾坎体型的选取提供了依据。     

水垫塘底板脉动压强量测技术与实验研究

通过工程实际向大家详细介绍了脉动压强的量测技术与测量方法，在乌江构皮滩水利枢纽整体模型水垫塘底板上的应用与实验研究，就是利用式脉动压力传感器通过放大器放大后，送红Ａ／Ｄ转换器进行转换进行数据采集及数据处理。     

空间水跃底板脉动压强试验研究

对空间水跃底部的脉动压强进行系统准确地量测 ,采用随机信号处理技术进行数据分析。试验结果表明 ,空间水跃脉动压强有关频率、振幅的统计特征值要高于同等水力条件下的平底二元自由水跃 ,其沿程变化规律集中反映了空间水跃的流态特征     

拱坝挑流坎的优化与水垫塘底板压强研究

试验研究了拱坝挑流泄洪时优化闸墩墩尾形状对水垫塘底板上最大冲击压强的影响,结果表明对减小冲击压强有显著效果;从力学观点出发,构造了对水垫塘底板上相对最大冲击压强的表达式,其中包括四个参数,它适用于等宽挑坎和扩散坎,用28个工程实测数据进行了拟合,实测值和计算值的相对误差在可接受范围内。     

乌东德水电站水垫塘护坡板块结构型式试验研究

为解决高坝泄流引起的水垫塘内部水流紊动导致其结构破坏问题,针对乌东德水电站护坡不护底水垫塘的防护结构,依托乌东德水电站整体模型,考虑止水局部破坏的最不利工况,分别对排水失效、封闭自排、封闭抽排等三种板块结构型式进行了水力学试验研究,分析了不同板块型式对护坡板块背水面和迎水面时均压强、脉动压强以及脉压相关性的影响。结果表明:(1)相比排水失效板块,封闭自排和抽排板块对脉压的影响较小,但均能有效降低板块内外侧时均压强差,使最大时均压强差保持在0.4 m水头以下;(2)封闭自排板块能有效改善水位波动区板块内外侧脉压的同步性,提高脉动压强互相关系数;(3)抽排廊道的开挖对两岸岩体有削弱作用,可能对地下厂房不利。研究所得结构为水垫塘护坡设计和安全运行提供参考。     

台阶式溢流坝消力池压强特性试验研究

为研究台阶式溢流坝不设反弧段连接时消力池底板压强特性,结合某水库实际工程,采用物理模型试验方法,对台阶式溢流坝消力池底板时均压强、脉动压强强度和峰值等压强特性进行了研究。结果表明,消力池底板时均压强均为正值;在滑行水流和过渡水流时,时均压强在水流冲击区出现一个较大值,最大为0.926kPa,下游反弹区形成极小值;在跌落水流时,时均压强沿程变化较小,且随流量的增加而增大;脉动压强强度和峰值沿程变化规律基本一致,总体上随流量的增加而增大,最大值出现在水流冲击区,脉动压强最大为1.198kPa,随后沿下游方向逐渐减小,并趋于稳定;台阶尺寸对消力池底板时均压强和脉动压强影响不大;消力池内脉动优势频率为0.01~4 Hz,属低频振动,不会危害泄水建筑物的安全。研究成果可为台阶式溢流坝消力池的优化设计提供参考。     

变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验

在水利工程中,水垫塘是大坝的重要安全防护设施之一,在高速水流冲击下,水垫塘的安全与稳定关系到大坝能否正常运行。以某消力塘水工模型试验为背景,结合模型试验结果,对比分析了不同缝隙宽度对底板下表面脉动压力特性的影响。研究表明:在水跃稳定区,带键槽底板下表面的脉动压强系数会随着键槽间的缝隙宽度的增大而增大,带键槽底板概率密度分布图的正态性较好;当键槽缝隙宽度增大时,带键槽底板可能产生的最大脉动上举力有所减小;对于相同测点,键槽缝隙宽度越大,下表面缝隙涡旋的平均尺度和脉动压力空间积分尺度都越大;随着键槽缝隙宽度变小,带键槽底板下表面的脉动能量更加集中于低频。