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。     

带键槽透水底板脉动压力试验研究

消力塘防护结构是大坝安全的第一道防线,消力塘的安全是高坝泄洪安全的前提与保障。依托向家坝物理模型,以将“主动防护”与“被动防护”相结合的带键槽的透水底板为试验对象进行试验,主要针对带键槽透水底板的脉缝隙水流压力特性、下表面的脉动压力分布规律、时空相关性、空间相关性和压力频谱特性进行试验分析。结果表明,在水跃稳定区,增设透水孔后,带键槽底板下表面及垂直缝隙处各测点脉动压强最大值和脉动压强系数有所减小;带键槽底板下表面各测点间的相关性有所减小,同时涡漩的空间积分尺度与保持性减小;底板下表面及键槽处各测点的功率谱密度有所减小,并趋于低频。     

与宽尾墩联合使用的台阶面破坏问题研究

宽尾墩+台阶式溢洪道的消能形式已被许多工程所应用,但从近年工程运行情况看,个别工程出现台阶面破坏现象。根据工程模型试验资料,结合同类工程原型观测资料,对有可能在宽尾墩水舌作用下,影响台阶面出现破坏的时均压强、近底流速、掺气浓度等水力学参数分别进行了测试分析;同时,依据台阶面脉动压强和时均压强试验测试数据,采用材料力学方法,对台阶面混凝土分层后的受力情况也进行了分析。结果表明若台阶面碾压混凝土出现分层与表面止水破坏,则脉动压强就会通过表面缝隙与层面间隙作用于混凝土,混凝土也可能因此出现最大正应力,而当最大正应力超过混凝土的抗拉强度,台阶面混凝土就可能出现破坏。