阿尔塔什水利枢纽水垫塘消能方式选择

以新疆阿尔塔什水利枢纽泄洪建筑物为研究对象,通过1∶50水工模型试验比选消能方式,对比研究了采用平底板水垫塘方案下的塘内水动力特性和采用护坡不护底方案下的水垫塘冲刷形态。通过脉动压力与上举力的分布,推测了水垫塘的可能破坏范围;通过流态分析和冲刷分析,对挑坎体型进行了优化。不同型式挑坎对水垫塘的冲刷影响的比较分析表明,优化后的挑坎能够起到调整水舌和冲坑形态、减少坡脚冲刷的作用,经优化后该工程水垫塘采用护坡不护底的方案是可行的,并可供类似工程参考。     

小湾工程护坡不护底水垫塘的试验研究

对小湾工程高水头、大流量坝身泄洪条件下，护坡不护底水垫塘进行了系统地试验研究。在按基岩微弱风化界面铺设动库的情况下，水垫塘基岩冲刷试验表明，坝身泄洪的水垫塘控制工况是表、中孔联合泄洪的工况；在各种泄洪工况下，当基岩抗冲流速为10-12m/s时，校核洪水下基岩冲刷平衡深度小于15m。改变二道坝高度的冲刷试验表明，二道坝高度能减少基岩冲刷平衡深度，但高 度增加值和基岩冲刷平衡深度的减少值并不相等，适宜的二道坝高程为1004.00-1008.00m。改变水垫塘两岸边超的冲刷试验表明，水垫塘底宽对基岸冲刷平衡深度的影响较大，坝身表、中孔单泄时，水垫塘底宽应大于挑流水舌横向重叠的宽度；表、中孔联合泄洪时，水垫塘底宽应大于水舌入水总宽度，否则基岩冲刷平衡深度急剧加深。根据试验研究和分析提出了一种护坡不护底水垫塘的优化体型——勺型水垫塘，给出了体型尺寸和相应的试验结果。试验表明，小湾水电站水垫塘在现有泄洪布置和基岩抗冲流速10-12m/s的前提下，采用护坡不护底的形式是可行的，如能实现， 则将取得显的经济效益。     

水垫塘结构形式问题探讨

全混凝土衬砌水垫塘造价较高,后期维护工作量大,因此有必要进一步探讨水垫塘其他可能的结构形式。水垫塘在泄洪工况时,底板各处所受的冲击动水压力和上举力是不同的,水舌冲击点下游侧(水跃漩滚区)的底板受力最大,上游侧底板受力很小,可考虑采用部分混凝土衬砌水垫塘方案;另外在地质条件较好的情况下,还可考虑不衬砌水垫塘预挖冲刷坑加二道坝的消能防冲布置方案。对以上两种方案可行性的初步探讨,可供相关工程参考。     

小湾工程水垫塘优化布置的试验研究

运用紊流射流理论、基层冲刷平衡深度理论和放大岩块法，对“九五”科技攻关子题：“小湾工程水垫塘优化布置动床模型试验研究”进行了详细、深入和系统的试验研究，认为小湾水电站水垫塘在现有泄洪布置和基岩抗冲流速１０￣１２ｍ／ｓ的前提下，采用“护坡不护底”方案不仅是可行的，而且将产生显著的经济效益。通过基岩冲刷，改变二道坝高度和水垫塘边坡的系统试验研究，并结合水力计算和分析，提出了一种优化水垫塘体型－勺型水垫     

漫湾水电站水垫塘冲蚀磨损问题及对策措施

漫湾水电站水垫塘底板及护坡脚存在严重冲蚀磨损。本文对其成因和已采取的调整泄洪方式、水下修补、清理等临时性控制措施,进行分析总结,同时提出在修筑下游围堰时,采用新材料、新工艺对水垫塘进行全面修补的方案及设置浇筑阻流埂、在拦沙坎内加设冲沙孔等对策措施。     

不同衬砌形式水垫塘水工模型试验研究

水垫塘作为下游河床消能的防护结构,其自身在宣泄高速水流冲击下的安全性尤为重要,也是水垫塘消能防冲研究的关键。水垫塘底板破坏的主要原因是冲击动水压力(冲击压力和脉动压力),即形成向上的上举力,依托阿尔塔什水利枢纽工程左岸泄洪系统,分别对水垫塘底板衬砌出现的最大上举力和不衬砌时底板抗冲刷能力进行水工模型试验,通过试验为选择设计方案提供数据支撑,提出采用水垫塘底板衬砌的设计方案。     

人工水垫塘在土石坝工程中的应用

针对岸边式溢洪洞不具备布置底流消能设施的条件下,采用人工水垫塘进行一级消能。通过经验公式计算和模型实验对比,确定了水舌挑距、水垫塘有效容积、脉动压力等,给出了水垫塘的结构尺寸;通过稳定计算,明确了脉动压力对板块稳定的影响（可量化）;对比了底板采取锚固措施及锚固失效工况,结果表明两者均能满足规范要求。最后归纳了不同学者的研究成果,并提出了针对本工程的一些构造措施。     

塘坝工程的生物工程护坡技术研究

塘坝工程的土坝采用生物工程护坡,可就地取材,节省投资,对北方寒冷地区又能抵抗冰压力及冻胀的破坏,效果较好。生物工程护坡分死水区、风浪淘刷区和水土流失区3个部分,而以草柳分护与草柳间护相结合的型式为最好。草种可就地取材,有芦苇和沿阶草(蒲草)、水葱、蔗草(三棱草)等。在死水区宜种水葱,风浪淘刷区可植柳、种芦苇和沿阶草等,水土流失区宜植陆草,并选择叶茎茂盛和根系发达的草种及美化草种。     

小湾水电站坝身泄洪消能布置优化研究

攻关课题主要研讨小湾水电站拱坝泄洪消能布置。通过量测分析衬护水垫塘底板的时均动水压力和冲击压力、水流脉动压力、电站尾水波动等来优选坝身泄水孔口听体形和布置，同时注意避免水垫塘内形成强回流而产生低压区和挑流水股搭接、入水角太大所导致的水垫塘底板冲击压力过大等问题。体形布置优化后，各项指标均能很好地满足设计要求。     

高拱坝泄洪布置形式与消能防冲设计中的若干问题探讨

对高拱坝泄洪消能中的若干突出问题进行了综述与分析。针对其泄洪消能特点,探讨了解决消能防冲的基本途径,如坝身孔口布置及与之适当的坝下消能形式（水垫塘）。分析了水垫塘内水流结构与消能机理,从而要求水垫塘有足够的消能体积与水垫深度。提出了关于水垫塘体型设计的防护标准及底板防护措施的若干意见。     

窄缝消能工水力特性对比分析研究

以某大型水电站为例,基于RNG κ-ε和VOF相结合的数值模拟方法,对不同方案的窄缝消能工下游水垫塘内流态进行了对比分析研究,并与试验结果进行了对比,吻合较好。研究结果指出:(1)体型Ⅰ(3股纵向水舌消能方案)和体型Ⅱ(2股横向水舌+1股纵向水舌消能方案)条件下水垫塘内流态具有一定差异,但对水垫塘底板的冲刷效果基本一致;(2)两种体型条件下底板冲刷均由2~#表孔泄洪导致,而1~#和3~#表孔泄洪主流受到两侧回流及水体顶托作用下潜深度较小;(3)水垫塘首部基本为静压区,水垫塘桩号0+280 m下游底板压力较大,为主流冲刷区,2~#表孔下游为冲刷重点防护区域,而1~#和3~#表孔泄流方式对水垫塘底板冲刷较小。研究结果可为窄缝消能工的设计方案对比提供借鉴。     

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。     

三里坪水利水电枢纽工程泄洪消能设计

三里坪水利水电枢纽工程泄洪消能设计采用坝身表、中孔集中泄洪和坝下天然水垫塘消能方案。泄洪布置实现了“最大限度地使落水点在横向、纵向上拉开”的设计原则,坝下天然水垫塘消能指标适中,两岸简单防护,消能设施布置简洁。水工模型试验显示,三里坪大坝坝身泄洪建筑物总体布局合理,表、中孔体型布置满足要求,坝下天然水垫塘防护方案可行。     

二郎山滑坡坡脚挡墙破坏及修复技术研究

二郎山1号滑坡位于龙胆溪左岸,滑坡前缘采用了坡脚挡墙防冲刷工程,10 a之后位于龙胆溪凹岸部分坡脚挡墙破坏。针对坡脚挡墙破坏形成的原因,对比分析了目前常用冲刷防护结构的局限性,提出了采用台坎式挡墙新组合结构进行修复,组合结构主要由挡土墙、墙底抗滑键、墙脚台坎以及耐磨肋组成。介绍了组合结构设计计算方法,并通过造价分析说明台坎式挡墙结构与其它防冲刷相比在经济上具有明显优越性,可为其它同类地质灾害防治提供参考。     

三河口水利枢纽泄洪消能工体型优化试验研究

通过水力学模型对三河口水利枢纽泄洪消能工体型进行了试验研究。结果表明:两底孔出口采用矩形不对称宽尾墩形成的窄缝体型,三表孔采用左、右表孔差动式齿坎与中表孔舌型鼻坎组合的优化方案具有表孔、底孔出口水舌上下分层、前后拉开、横向扩散的特点,从而改善了水垫塘内的水流流态,提高了消能效率,水垫塘底板所受动水冲击压力及脉动压力达到了设计要求。     

卫星水库除险加固工程坝体稳定复核

以新疆卫星水库除险加固工程设计为例,通过有限元计算,对水库大坝的渗透稳定、坝坡稳定及坝坡与土工膜的接触带稳定进行复核计算。结果表明:在水库正常蓄水位时,下游坝坡出逸段水力坡降均小于允许坡降;通过在坝后设置褥垫式排水与坝坡脚外设置排水沟的方式,下游坝基渗透稳定;当库水位骤降时,大坝垫层与土工膜之间的抗滑稳定满足规范要求。     

水垫塘内动水压力允许值的探讨

高水头泄水建筑物下游消能设计中,对作用于水垫塘的动水压力允许值△P,一般限制在15 m水柱以内。从水垫塘内的水流流态出发,分析动水压力对水垫塘底板的稳定及强度,全面地论述了动水压力和施工水平,完全可以突破这一限制,从而在泄水建筑物设计中获得更好的技术经济效益。     

二滩水电站水垫塘抗冲磨修补研究

通过二滩水电站水垫塘底板和护坦多年的抗冲磨修补工程实践,对环氧砂浆修补材料的抗冲击磨蚀性能和施工工艺等进行了持续改进,研制出一种低放热、低热变形温度、耐冲蚀、抗磨蚀的 JME 改性环 氧砂浆抗冲磨修补材料。这有效地满足了二滩水垫塘高温环境对施工的要求并解决了高水头、高流速环境下水垫塘底板、护坦的薄层破损修补问题,对维护水电站的安全运营有重要的影响。