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。     

高拱坝坝身泄洪流激振动水弹性模拟研究

研制了对混凝土坝及基岩进行水弹性模拟的新配方和材料，并用此材料成功地对黄河拉西瓦高拱坝坝身泄漏的流激振动进行水弹性模拟试验。在比尺为１：１５０的拱坝－地基－库水耦合系统的水弹性整体模型上，进行了实验模态分析，给出系统的空、满库的模态特性并与理论模态相比较；测定了拱坝坝身泄洪水舌跌落水垫塘消能时，紊流流振动的动力响应，定量地给出响应的强度和频谱；论证了高拱坝坝身泄洪的安全性。     

三峡左导墙泄洪振动原型观测及其动态识别与安全评估

利用汛期三峡枢纽工程泄洪期间泄流荷载对左导墙产生的激励作用,对三峡左导墙结构进行了原型动力响应测试,分析了导墙泄洪振动动位移响应均方根的沿程分布特征;在此基础上,以泄流荷载为激励源,利用动力响应对导墙结构的工作模态参数进行了动态识别;最后,综合导墙结构泄洪振动动位移原型观测、模态参数动态识别结果对三峡左导墙汛期的泄洪振动安全性进行了综合评估.结果表明,三峡左导墙泄洪振动安全,按Meister感觉曲线标准,其泄洪振动响应属于"强烈地感觉到"阶段,但产生低阶共振可能性不大.     

原型观测试验在泄洪闸门振动特性分析中的应用

水库表孔泄洪闸是水库大坝安全运行的重要保障。实践证明,水库泄洪闸门在动水启闭过程存在不同程度失稳现象。因此,闸门动态受力研究引起越来越多的关注。以某水库泄洪弧形闸门为工程背景,采用原型观测试验手段,对泄洪闸门振动特性进行研究,得到泄洪闸门体结构强度、固有振动特性及不同开度下的振动规律,对闸门结构运行可靠性进行评估。试验结果表明:泄洪闸门体结构静态受力安全,但在小开度及大开度均存在明显振动,中间开度运行趋于平稳。该研究成果对泄洪闸安全稳定运行具有指导意义。     

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。     

水工弧形闸门试验模态分析

试验模态分析技术在水工结构中的应用，弥补了有限元计算中采用一系列假设和边界条件与实际情况不符的不足，为解决工程问题提供了有力的手段，简述了试验模态分析技术的原理，试验方法，并对一正在运行的闸门进行了模态分析，分析表明，弧形闸门的模态参数不仅受自身材料特性的控制，同时还受到试验工况的影响；当闸门处于不利开度时，会产生中等程度的振动。另外，在振动中还存在着一定程度的复模态因素。     

高拱坝泄洪振动水弹性模型研究

 以构皮滩双曲拱坝为对象,采用水弹性模型研究坝身集中泄洪、水垫塘消能所诱发的坝体振动及其影响。采用加重橡胶材料,建立了1/150的水力学和结构动力学协调相似的水弹性模型,完善了对库水、地基、坝体、水流脉动荷载相互作用的模拟。试验中采用了先进的测试手段和数据分析处理软件包,对该模型的模态和多种泄洪工况下坝体的振动响应和脉动压力进行了系统的测试和分析,并对泄洪诱发的坝体振动影响作出了评估。     

一种拱坝泄流振动响应降噪与特征提取方法

基于高拱坝在泄流激励下的实测振动响应,提出了一种基于经验模态分解和固有模态函数小波降噪的信号处理和模态特征提取方法。首先,利用经验模式分解将含有噪声的高拱坝泄洪振动响应信号分解成一系列的固有模态函数;然后,基于对每个固有模态函数的特性分析选取相应的小波基对固有模态函数进行降噪;最后,利用Hilbert-Huang变换识别降噪后的各阶拱坝模态特征参数。通过拱坝室内模型试验验证了该方法识别模态参数的可靠性,并应用于某原型拱坝的实测振动响应降噪和模态特征提取中。该方法可避免传统原始信号先降噪带来的部分高阶模态信息丢失问题,有效降低了噪声对固有模态函数的影响,提高了高拱坝实时模态参数识别的阶次和精度。     

基于不同边界的水电站厂房振动特性研究

随着抽水蓄能电站的运行水头和转速不断提高,边界条件对厂房结构振动影响问题日益突出。以呼和浩特抽水蓄能电站地下厂房为计算实例,建立厂房三维有限元模型,研究了不同边界条件对厂房结构自振特性的影响,并对厂房结构进行了模态分析和共振复合,同时分析了在水力脉动作用下厂房结构振动位移随频率的变化规律。研究结果表明,厂房局部结构的振动响应不在允许范围内,可能发生共振,需要采取减振措施。     

官地水垫塘底板泄洪振动响应特性研究

利用官地水垫塘底板泄洪振动响应原型观测成果,分析了不同泄洪工况下底板振动强度的分布特征,同时应用现代谱分析方法,从频域的角度分析了底板泄洪振动的频域特征,并研究了不同泄洪工况及流量对底板振动特性的影响,以及各测点的相关性。结果表明,在官地水电站底流消能的情况下,位于消力池内前段(坝前0+149m)这一区域的板块振动响应最为剧烈,之后沿程减弱。水流的不对称流动和摆动,引起底板不同区域的板块振动强度分布规律产生显著差别。正常运行下的水垫塘底板是在水流荷载作用下的随机受迫振动,各测点的振动相关性较好,底板整体性也较好,且优势频率非常稳定地分布在0.6～1.7Hz之间。水垫塘内涡旋尺度较大,底板振动本身有着很好的相似性和明显的同步性。随着泄洪流量的增大,正常运行下的底板振动强度平稳增强,优势频率缓慢下降,且当泄流量高于1 500m3/s后,优势频率随泄流量增大而下降的速度趋于缓慢,并最终趋于稳定。     

双吸离心泵泵站压力脉动与振动特性现场试验研究

双吸离心泵运行时,动静干涉会引起特定压力脉动,其频率为叶轮转频与叶片数相乘,即叶频。前期研究表明叶频压力脉动主要产生于压水室的隔舌区域,是引起水泵机组和泵房振动的重要激振源。为了揭示双吸离心泵系统压力脉动和振动特性的关系,开展了泵站压力脉动和振动特性的现场试验。通过在泵基础、出水管和泵房楼板位置布置振动传感器,同步测量了泵出口阀门不同开度下和泵启动开阀过程中的振动信号,借助时频分析方法开展了泵房振动信号的溯源分析。分析结果表明:在稳态工况中,水泵压力脉动和振动的相干性主要表现在转频、叶频及其倍频,且叶频压力脉动具有向上游衰减快,向下游衰减慢的特点;在启动工况中,水泵压水室压力脉动与基座(特别是垂直方向),甚至泵房出水侧楼板振动在叶频和转频处表现出相干性。根据现场测试结果认为,干室型双吸离心泵泵房在设计时,需要重点关注水泵叶频压力脉动作用下出水侧楼板等泵房结构的动力学响应问题。     

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。     

混凝土成层结构的流激振动特性

泄流激励引起水工建筑物振动的现象时有发生且形式多样,严重的还可能引起结构的破坏。对于混凝土成层结构而言,由振动引起破坏的案例不多,对其振动响应机制的研究也不够深入。以混凝土拱坝为例,通过数值计算及模型试验对比分析了整体与成层两种不同结构在相同泄流荷载作用下结构的振动响应,探讨了响应与结构自身的关系,并结合"拍"的概念,对混凝土成层结构振动响应特性与泄流荷载之间的关系进行了研究。结果表明,成层结构频率相近的前两阶振动是拍振形成的主要原因。此外,即使不满足拍振形成的条件,振动曲线同样可以表现为"拍"的形式,且振动量较受迫振动大幅增加,实质为"水力共振"现象。     

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...     

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.     

基于改进小波阈值-EMD算法的高拱坝结构振动响应分析

基于高拱坝泄流结构实测振动响应数据资料,针对泄流激励作用下不可避免混有各种噪声进而影响结构工作模态识别精度的问题,提出了一种基于改进的小波阈值-经验模态分解(EMD)联合算法的滤波降噪方法。以拱坝泄流结构实测振动响应资料为基础,利用改进的小波阈值算法滤除大部分高频白噪声,降低EMD分解的边界积累效应,进行EMD分解,通过去趋势波动分析(DFA)方法进一步滤除白噪声及低频水流噪声。工程实例分析结果表明,与小波分析、EMD方法相比,该方法具有更好的降噪效果,能精确滤除泄流结构实测振动响应信号中的低频水流噪声及白噪声,最大程度地保留信号中有效特征信息,并且为拱坝泄流结构在噪声干扰下提取有效信息提供了捷径,为坝体结构的安全监控打下了基础。     

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。     

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。