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。     

高拱坝坝身泄洪规模探析——以白鹤滩水电站为例

坝身泄洪规模对于高拱坝工程的泄洪安全有重大影响,是高拱坝水力设计中关键的技术参数之一。本文基于白鹤滩水电站坝身泄洪水工模型试验成果与水垫塘底板最大冲击压强宜小于15.0×9.8 kPa的技术基准,给出了该工程坝身泄洪规模的具体量值,并从水垫塘单位水体消能率角度与同类型工程进行了对比。试验研究表明,坝身泄洪规模与水垫塘底板冲击压强之间有显著相关性:在表孔单独泄洪运行工况下,随坝身泄流流量的增加,水垫塘底板最大冲击压强以幂函数的形式增大,且增幅十分明显;而在表深孔联合运行工况下,水垫塘底板最大冲击压强则主要取决于表孔与深孔泄流流量之比,基本上为线性关系。     

平底水垫塘泄洪振动的相关性特征研究

水垫塘底板在泄洪产生的水动力荷载作用下产生振动,其振动的整体性可以在一定程度上反映底板结构的完整性.研究底板在泄洪条件下振动的相关性特征可以为识别底板结构的完整性提供重要的参考依据.文章以某底流消能水垫塘原型观测数据为依据,分析了底板泄洪振动的相关性特征.研究表明,底板结构完好时,其泄洪振动的相关性较好,相邻两点振动的相关系数高于0.8;同种工况下,中轴线附近底板振动的纵向空间积分尺度最大,同桩号横向空间积分尺度次之,右岸纵向空间积分尺度最小.     

水垫塘冲击区掺气浓度对脉动压强作用的试验研究

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流流量不变的情况下,增加掺气量,水垫塘冲击区同一测点水体掺气浓度值随掺气量的增加而增加。水垫塘冲击区内掺气浓度分布规律为在冲击点处达到最大值,由冲击点向上、下游递减;冲击区底板总动水压强的峰值随掺气量的增加而降低;脉动压强的方差值随掺气量的增加而减小,即脉动变幅减小。脉动压强的概率密度分布为正态分布,分布曲线随掺气量的增加而变陡、变窄,脉动强度系数分布集中,即方差变小,压强峰值减小,脉动强度减小。同一测点脉动压强的频谱分布规律一致,其优势频率集中在低频范围,随掺气量的增加,脉动幅值降低,即脉动压强降低。     

水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律试验研究

为了得到水垫塘局部掺气浓度分布规律,减少过流边壁空蚀破坏的发生,采用水力学模型试验的方法,将水垫塘内水体进行水流结构分区,通过改变泄流流量、水流入射角度、水垫深度三个条件,实测水垫塘不同水流结构区掺气浓度值,研究气体在不同水流结构区的运动机理。对试验所测数据进行整理得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布曲线,且不同的水力条件与其拟合近似为二次曲线关系。通过分析得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律如下:各水流结构区掺气浓度随泄流流量增大而增大;射流与附壁射流区紊动掺混随泄流流量增大而更加剧烈;掺气浓度随水垫深度增大而减小;淹没射流区与旋滚区掺气浓度随水流入射角度增大而减小,附壁射流区掺气浓度随入射角度增大而增大,但变化不明显。     

反拱水垫塘三维紊流场水力特性的试验研究

反拱底板水垫塘是一种新型的水垫塘型式,是一个倒拱形壳体结构。它是根据峡谷天然河道的形状,将水垫塘设计成中间低、两岸高的拱形体型,不同程度地利用拱的作用来抵抗巨大的动水压力,提高防护结构的安全性。随着反拱水垫塘的广泛应用,关于反拱水垫塘的水流场研究越来越受到重视。针对已建成的拉西瓦水电站的反拱水垫塘,根据重力相似准则,选择合适比尺1∶130,设计了反拱水垫塘水力学物理模型,模拟工况为设计水头7.69 cm,测量了在此工况下的反拱水垫塘各测点压强和流速值。通过对实验数据的处理得到原型反拱水垫塘的压强和速度值,实现了对高水头和大流量作用下反拱水垫塘底板动水压强及流速的试验研究,得出底板动水压强及流速沿流程以及沿拱圈横向的分布规律。     

水垫塘底板稳定研究

 通过对水垫塘底板不计止水、抽排和锚固等作用的20多种组合工况的试验研究 获得了板块开始失稳时的水流条件和动水压力的试验成果；分析了单宽流量和板块大小对板块稳定的影响；导出了板块稳定的必要条件；并应用所得成果对某工程水垫塘底板的稳定性作了分析，初步验证表明本研究成果具有实用性。     

高拱坝表中孔泄洪水垫塘水力设计研究与应用述评

本文论述了高拱坝下水垫塘设计目标，科研及应用现状，水垫塘消能控制工况。表、中孔各自单独泄洪与表、中孔联合泄洪的水流流态及动水压力。论述了水势塘允许动水压力，水垫塘的长度与二道坝的位置。在高拱坝大流量，大功率条件下．采用集中泄洪，集中消能的原则及体型优化措施后，获得较好的消能效果。     

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     

白山水电站水垫塘底板块脉动上举力试验研究

在1:35的白山水电站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. 模型计算结果与基于瞬变流理论建立的预报公式计算结果十分吻合. 为水垫塘底板块的设计与防护提供了科学依据.     

高拱坝非对称泄洪消能布置优化试验研究

白鹤滩水电工程具有窄河谷、大泄量的特点,泄洪消能问题突出.为了避免有限空间内的水舌重叠,采用泄洪表孔3组非对称排布的泄洪消能布置方式.模型试验表明,原布置方案中在坝身泄洪孔口表、深孔单独泄洪时能有效分散水舌,但在坝身表、深孔联合泄洪时,水垫塘内冲击压力峰值超过常规标准,可能影响水垫塘安全运行.通过分析表、深孔水舌的空中...     

构皮滩水电站泄洪表孔分流齿坎的空化试验研究

 高拱坝泄洪表孔增设分流齿坎可以改善下泄水流流态和水垫塘底板的压力特性,提高消能效率,但由此带来分流齿坎的空化问题。采用减压模型试验方法对构皮滩水电站泄洪表孔分流齿坎的空化特性进行了试验研究。试验成果表明：该处空蚀可能性较大,而修改方案中,此处空化强度明显减弱且未超过空化初生阶段。     

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。     

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的紊流数值模拟

宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的坝面泄流形式是我国科技工作者提出的新型水工设施,已在实际工程中有所应用,但缺少数值计算成果。阐述了针对这种极其复杂的坝面形式进行的数值模拟,计算了设计和正常水位条件下的水力特性和宽尾墩进出口处的紊动能以及耗散率,数值计算结果与试验数据基本吻合。数值计算时单宽过量已达141m3/s·m,对宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的方式有必要进行更深入的研究。     

小湾水电站泄洪建筑物布置优化研究

小湾水电站最大泄流量为20700m^3/s，最大水头约225m，泄洪功率高达46000MW。小湾工程河谷窄、坝高、泄量大，经各设计阶段的多方案比选研究，泄洪消能布置采用5个坝顶溢流表孔、6个坝身中孔和左岸一条泄洪洞，坝后设水垫塘和二道坝，坝身设2个放空底孔的泄洪建筑物布置方案。各泄洪消能建筑物在联合泄洪或单独泄洪情况下，既能达到良好的消能效果，又能保证运行安全稳定。     

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。     

水垫塘底板的试验仿真模拟研究

以模型试验为手段研究拟建工程水垫塘底板的稳定性问题，其关键在于模型的相似性和模拟方法的可靠性，文中结合某高拱坝水垫塘底板稳定性的研究，从水垫塘水流形态、底板块上举力的成因等方面，阐述了底板块的水动力学和结构动力相似性以及边界条件相似的试验模拟方法，力求模型仿真性强，特别是对模拟块间隙宽度的论证非常有意义，试验结果表明，用加重橡胶进行的试验仿真模拟－－水弹性模型，较为真实地反映了水垫塘底板块的动力学特性。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。