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。     

水垫塘反拱形底板拱端推力的试验研究

文章根据试验数据,分析了水垫塘反拱形底板拱端推力的影响因素,拟合出反拱形底板拱端推力的经验公式。     

反拱水垫塘单底板块位移的试验研究

该文结合溪落渡水电站,采用先进的模拟方法和量测手段,对在高水头、大流量作用下,止水完全破坏、锚筋失效等极端条件下,反拱水垫塘单底板块的位移进行了详细的试验研究,得到板块位移沿程变化的规律及其时域特性和频域特性。研究表明,反拱底板由于拱的自锁作用使其保持稳定,稳定性明显优于平底板。     

反拱水垫塘多底板块振动特性试验研究

对溪洛渡拱坝工程建立了水力学精细模型,考虑了拱圈底板块锚固力失效,止水破坏,拱圈所有底板块横缝、纵缝和底缝完全贯通的极端情况,利用先进量测系统,测量了高水头、大流量作用下拱圈9个底板块的振动位移,揭示了拱圈多底板块位移沿流程及拱圈的分布规律.结果表明,拱圈多底板块位移特征值沿流程及拱圈呈多峰分布,拱圈在局部拱和整体拱的作用下不会发生整体失稳或强度破坏.     

超大型水垫塘反拱底板施工工艺探讨

白鹤滩水电站水垫塘采用反拱底板,规模位居国内第一。底板的反拱结构增加了施工道路、施工机械布置难度,随着各块底板的位置、坡度、分块尺寸等变化,施工工艺随之发生变化,增加了底板施工难度。笔者根据现场施工的探索实践,经总结分析提炼得出适应水垫塘反拱底板不同位置的拉模、盖模、翻模等不同组合的标准化施工工艺及管控要点,解决了施工难题,为类似工程施工提供参考。     

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。     

反拱型水垫塘底板的结构型式与等效荷载的试验研究

对反拱型水垫塘底板的试验结构型式和在已知水力条件下怎样求等效荷载的试验研究进行了论述，并根据试验数据，拟合出已知水力条件求得等效荷载的经验公式，从而为进一步求拱端推力及验算其整体稳定性提供了方便。     

基于刚体极限平衡法的反拱底板 稳定性研究

基于两个反拱水垫塘工程实例模型试验研究,在运用刚体极限平衡法定量研究拱座稳定性的基础上,结合有限元分析方法定量研究反拱底板局部稳定性,相对于以往假定拱端推力进而研究反拱底板局部稳定性更加合理,并得出以下结论：在相同运行工况下反拱底板极限抗力大于平底板的1.7~3.3倍;系数β（弦长和反拱半径的比值）越大,边缘板块抗力减小,中间板块抗力增大。在相同或相近β的情况下,极限抗力随板块数增多有增大的趋势。     

反拱水垫塘衬砌结构整体稳定性研究

本文针对拉西瓦水电站的水垫塘的反拱式底板,通过数值计算,研究了正向荷载和反向荷载作用下的锚固钢筋水平、基岩弹性模量、静水压力和板块分块数量对反拱水垫塘底板整体稳定性的影响,论证了底板的稳定性。     

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.     

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。     

水垫塘底板稳定性的动位移响应识别方法研究

利用水垫塘防护结构动位移响应原型观测成果,建立了水垫塘底板、水体、基岩、锚固钢筋的耦合有限元模型,并可据此计算出不同破坏状态下底板块的极限动位移。以二滩工程为例,分析了该工程水垫塘底板失稳破坏各个阶段的动位移响应特性,发现止水未破坏时,振动位移标准差一般不超过10μm,底板振动信号的偏态系数CS在-0.5 ～+0.5之间,峰度系数CE位于2.0～4.0之间,水垫塘底板的振幅比系数λ位于0.5～1.5之间;分析还发现水垫塘底板的振动信号满足统计自相似性,止水未破坏时其分形盒维数都在105以上;在止水破坏后,振动位移标准差及振动信号的偏态系数、峰度系数、振幅比系数将超出上述范围,振动信号维数下降到0.95以下,据此可对水垫塘底板的稳定性进行识别。     

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。     

谷幅变形对白鹤滩水电站反拱底板水垫塘应力状态的影响分析

目前,国内外一些高拱坝工程在蓄水后已有谷幅变形的现象产生,谷幅变形不但影响拱坝性态变化,已有实例还表明其可能影响到下游消能建筑物的正常运行。为分析谷幅变形对白鹤滩水电站消能建筑物运行状态的影响,运用边界位移法进行有限元分析,模拟不同谷幅变形量作用下反拱底板水垫塘无水检修工况及正常运行工况的应力状态,分析弹性结构缝的不同布置方式对水垫塘在谷幅变形作用下应力状态的影响。结果表明：随着谷幅变形量的增加,水垫塘的应力也不断增大;当水垫塘顶部的谷幅变形量不大于50 mm时,无缝结构水垫塘的安全是可控的,且蓄水可以减小谷幅变形对水垫塘结构不利应力的影响,设置弹性结构缝可能会增大其不利应力。