底流钢膜消力池底板上表面脉动压力试验

为确保消力池防护结构在水流冲击下的安全,探索一种新的钢膜消力池防护结构,即在消力池传统的不透水混凝土底板上部铺设一层均匀开孔的薄钢板。基于某底流消力池模型试验,研究了铺设均匀开孔钢膜对不透水底板上表面脉动压力分布规律的影响。试验结果表明:铺设均匀开孔的钢膜后,对于消力池前端旋滚区,脉动压力强度系数减小、概率密度函数基本满足正态分布,但幅值范围更加集中;纵向各点的相关性降低、空间积分尺度下降,涡旋保持性降低;脉动压力主频基本不变,但脉动能量集中的频带变窄。与透水底板比较,钢膜消力池防护结构可以有效减小作用在消力池前端底板上表面的脉动荷载,初步表明这种结构具有一定的可行性。     

反拱透水底板拱端推力与板块位移研究

本文基于模型试验并结合数值模拟研究了反拱透水底板的拱端推力与板块位移特性。结果表明,与不透水底板相比,透水底板可以显著的减小拱端推力,并且拱端推力与板块位移均随开孔率的增加而减小,从而可以提高反拱底板的稳定性。结合拱端推力的频谱分析可知,开孔后拱端推力的脉动能量降低,并且功率谱重心向低频移动。     

反拱透水底板拱端推力与板块位移研究

高坝消力塘作为下游河床的防护结构,其自身在高速水流冲击下的稳定性与安全性是实现消能和防冲目的的关键所在,是水利工程所面临的亟待解决的课题之一。文章基于模型试验并结合数值模拟研究了反拱透水底板的拱端推力与板块位移特性。结果表明,与不透水底板相比,透水底板可以显著的减小拱端推力,并且拱端推力与板块位移均随开孔率的增加而减小,且减小趋势逐渐变缓,从而可以提高反拱底板的稳定性。结合拱端推力的频谱分析可知,开孔后拱端推力的脉动能量降低,并且功率谱重心向低频移动。文章成果为水垫塘防护结构“主动防护”模式在工程中的应用提供参考。     

消力池底板透水孔内脉动压强试验研究

基于某跌坎消力池水工模型试验,在消力池底板中线不同位置设置透水孔,同步测量透水孔内和底板中线上表面的脉动压强。用模型试验和理论分析相结合的方法对透水孔内的脉动压强特性进行研究,得到透水孔内任意两点脉动压强相关系数的取值范围;从幅值特性和频谱特性两方面就孔内各点的脉动压强与相同位置上表面的脉动压强进行了对比,研究结果可为消力池透水底板的设计提供参考和指导。     

挑跌流水垫塘透水底板水动力特性试验研究

结合具体工程模型试验,研究了水垫塘透水底板不同开孔率对上举力的影响.结果表明:在采用透水底板这一新型消能方式减小底板上举力的情况下,不同的开孔率对水垫塘不同位置的底板上举力会产生影响,同时还分析研究了脉动压力空间积分尺度与水垫塘底板上举力的关系,并根据试验的实测数据提出了本工程上举力的预测公式.文中所阐述的透水孔开孔率对不同位置底板上举力的影响趋势,可为同类工程中透水底板的设计与施工提供一定的参考.     

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。     

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。     

消力塘透水底板脉动壁压幅值相似律研究

以底流消能情况下消力塘透水底板下表面脉动壁压为研究对象,设计了系列比尺(1∶1,1∶2,1∶4)模型试验,分析了透水底板脉动壁压强度、偏态系数、峰度系数以及概率密度函数沿程分布特征,并研究了系列比尺模型试验中脉动壁压幅值特性的相似律问题。结果表明,底流消能情况下消力塘透水底板脉动壁压幅值符合重力相似律。     

开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响分析

多孔管的压力水头分布规律是多孔管水力性能的重要研究方向之一。通过采用室内试验与理论分析相结合的方法,研究了在平坡条件下,开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响情况。试验结果显示:在平坡条件下,多孔管沿程压力水头的变化范围随着开孔率的增大而增大,多孔管的末端压力水头随着开孔率的增大而减小。利用水力学有关知识,采用达西-威斯巴赫公式,经过理论分析发现,当孔间距变化引起开孔率增大时,多孔管的沿程压力水头是减小的。经过分析证明,试验结果与理论分析结果一致。     

不同掺气条件下底板水流脉动压强特性研究

针对水流掺气后对脉动压强特性的改变问题,基于矩形陡槽水工模型试验结果,分析了不同掺气设施及不同通气方式泄槽底板的脉动压力标准差沿程变化规律。分析结果表明,自掺气底板水流脉动压强沿程变化平稳;强迫掺气底板水流脉动压力明显增大,并在水舌冲击区呈单峰规律;单独底坎、单独侧坎和底侧联合坎三种掺气设施中,单独侧坎掺气对底板水流脉动压强影响最小。另外同种掺气设施下,增大流量、增大通气孔面积和采用分散进气方式都会增大泄槽底板的脉动压强。     

超短型水垫塘底板块上脉动上举力试验研究

基于瞬变流理论模型，本文在1:110的构皮滩工程超短型水垫塘消能布置的整体模型上，利用测力传感器详细地量测了不同泄流工况下，水垫塘底部不同位置处底板块上的脉动上举力，获得了脉动上举力的统计资料，分析了水垫塘底部不同区底板块的受力特征，为水垫塘底板块的设计与防护提供了科学依据     

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。     

基于锦屏一级原型观测水垫塘底板振动特性研究

锦屏一级水电站大坝作为目前世界最高双曲拱坝,对于高水头水垫塘振动安全问题最为显著。基于锦屏一级高拱坝水垫塘泄洪振动原型观测试验,分析研究了在不同组次下水垫塘底板的振动响应,研究结果表明锦屏一级水垫塘底板在深孔单独泄洪时振动强度沿程逐渐增大,在表孔单独泄洪和表深孔联合泄洪时水舌在水垫塘附着点水流紊动剧烈,振动强度大;底板振动的优势频率基本分布在0.3~1.3 Hz之间,属于水流脉动的频率范围,在水流荷载作用下,底板做受迫振动;各相邻测点底板振动有很好的相关性;各组次底板振动的空间积分尺度都维持在45m以上,底板的整体性和结构完好。给锦屏一级水电站合理调度、科学的运行以及下游泄洪建筑物的运行安全提供了参考。     

环境压力对高拱坝水垫塘水力特性的影响

本研究在常压和减压不同的环境压力下，研究了水垫塘内水流的流态特征、入水射流垫塘底板的冲击压力和脉动压力强度以及拱坝下游坝面的紊流脉动压力强度的特性，给出了不同环境压力下动水冲击压力的沿程分布、脉动压力强度沿程分布以及空间相关曲线。由试验成果发现，减压使水垫塘内水流流态及水力要素均发生变化，本文就这一现象作了初步的讨论分析     

在冲坑底部岩块上脉动上举力的实验研究

本文以瞬变流模型为基础，在三峡溢流坝断面模型冲坑底部，详细地量测了不同尺寸岩块上的脉动上举力，获得脉动上举力的统计资料，验证了瞬变流理论的分析成果，为探讨基岩的冲刷机理和水垫塘内混凝土底板块的设计提供了科学依据。     

高坝下游水垫塘混凝土底板块的稳定性分析

本文利用随机振动理论详细地分析了高坝下游水垫塘底板块的失稳破坏机理和板块的起动过程，建立了板块振动过程和脉动上举力之间的统计联系，并在此基础上导出了板块的动态稳定性条件，为板块的设计提供了科学依据。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。