高坝泄洪消能诱发场地振动的预测方法

为准确预测高坝泄洪消能诱发的大范围场地振动,通过原型观测和水工模型试验有机结合的方法,分别获取"响应"和"激励",避开准确模拟传播过程的难题,利用"激励-响应"间相关关系进行场地振动的预测。结果表明:泄洪消能诱发的场地振动为低频连续型平稳随机振动,主频在1. 5~3. 5 Hz,与地质条件、泄洪流量、运行方式密切相关;模型试验点脉动压力主频频段滤波、合成后的面脉动压力与场地振动响应呈良好的正相关关系,在各级泄洪流量、不同运行方式下,振动响应预测值与现场振动响应实测值误差均在10%以内,预测精度较高。     

非一致地震作用下高坝-复杂地基体系动力响应分析

地震波场的构建与输入是高坝抗震分析的关键。本文提出了一种适用于三维成层场地的自由波场时域化求解方法,并在此基础上建立了远置层界面模型以分离上行和下行波场,以解决不规则场地和断层分布等复杂地质条件;进而结合不同波型的连续性特征与振动特性,利用几何推导将单列节点位移推广至整个空间场地,以提高计算效率;并采用改进的波动输入方法将复杂波场转换为地基边界上的等效节点力。本文重点研究了精细化的三维高坝-地基体系在垂直和倾斜入射SV波作用下的动力响应,并与均质地基条件下的结果进行对比。结果表明：非一致地震波作用下坝体结构动力响应的空间差异性显著,坝顶不同位置的位移极值响应可相差至80%;SV波倾斜入射时坝体振动响应远大于垂直入射的情况,位移极值可相差2~3倍,高应力区时段相差较大,且整个体系的拉裂破坏范围更广;复杂地质条件会加剧坝体的损伤情况,且对较大应力区的产生时间与分布情况有显著影响。研究结果证实了综合考虑地震波的非一致特性与场地地质条件的必要性,可为其他大型工程结构抗震响应分析提供参考。     

西南岩溶区深埋隧洞水文地质概念模型及突涌水研究

针对岩溶地区复杂的水文地质条件,以建立岩溶区域水文地质概念模型和隧洞涌水预测方法为目标,通过分析贵州夹岩水利枢纽工程深埋长引水隧洞工程区的岩溶水文地质资料,结合地层结构、岩性组合、地貌特征等因素,研究该工程区内岩溶地下水的补给、径流、排泄关系。在此基础上,依托实地调查的典型涌水支洞,分析研究了不同情形下涌水量对降雨事件的响应,总结得出岩溶隧洞突涌水模式。针对不同突涌水模式的特点,提出了相应的涌水量计算方法与处理措施。结果表明:岩溶隧洞突涌水模式可以分为岩溶管道控水模式、层面控水模式和断层带与暗河联合控水模式;岩溶管道控水的猫场隧洞4#支洞涌水对降雨响应迅速,宜采用水均衡法估算涌水量,层面控水的水打桥隧洞2#支洞涌水受岩体渗透各向异性影响较大,宜采用岩体渗透性各向异性的有限元渗流分析方法预测,而断层带与暗河联合控水的水打桥隧洞4#支洞涌水主要由断层从暗河导入,可采用三维有限元渗流场计算分析预测其涌水;采用上述方法对典型支洞涌水预测的误差分别为6.97%、4.81%、1.13%。研究成果对于岩溶区深埋隧洞工程的建设具有一定借鉴意义。     

某工程泄洪排沙洞施工支洞封堵设计

结合某工程泄洪排沙洞施工支洞的地质条件,采用可靠度理论方法对不同设计工况下的施工支洞封堵进行计算.通过对计算结果的分析,同时考虑实际施工条件并结合相关工程经验,确定泄洪排沙洞施工支洞封堵段的长度,并提出封堵体的相关设计要求,可为施工支洞的封堵设计及研究提供一定的参考.     

某消力池泄洪引发近场振动的三维有限元动力分析

某水电工程下闸蓄水以后,消力池泄洪消能引发了近场振动,致使附近建筑有轻微晃动。为了能够准确分析近场振动机理,采用三维有限元动力计算方法反演计算参数并进行动力响应分析。计算结果表明,近场振动最大值出现在覆盖层最厚的育才路,最大加速度为0.30 gal;距离消力池较近的云天化幼儿园振动反而较弱,最大加速度为0.10 gal。近场振动沿着育才路形成一条传播路径,符合实际规律。可见育才路地基覆盖层没有良好吸波减震效应,而云天化幼儿园地基中发育的裂隙、断层是导致云天化幼儿园晃动减弱的主要原因。更多还原     

高坝泄洪诱发场地振动特性原型观测分析

针对近期出现的高坝泄洪诱发场地大范围振动问题,通过系统的现场观测,研究了泄洪诱发的环境振动特性。观测表明,泄洪引起的场地、结构振动具有持续、低频、微幅、冲击等鲜明特征,振动主频1.5~3 Hz,传播距离远、影响范围大,与常见的高频环境振动明显不同;城区环境振动具有明显的分布特征和变化规律,受泄量、调度方式、地质条件等影响较大,居民楼随高度增加振动有明显的放大效应,水平向与竖直向差异明显,软基上的居民楼顶楼振动最大应当重视。大范围低频环境振动的减振难度很大,从源头优化调度减小激励是当前有效措施之一,减振措施与抗振安全评价仍需进一步研究。     

构皮滩拱坝坝身泄洪振动水弹性模型试验研究

构皮滩双曲薄拱坝最大坝高232.5 m,采用表孔和中孔泄洪,水垫塘消能。坝身最大泄流量与泄洪功率居世界拱坝之首,大坝的流激振动对坝体安全的影响问题必须研究解决。采用1/150的水弹性相似模型试验和有限元法计算研究坝身泄洪引起的坝体振动问题。研究结果表明：实验模态分析的大坝满库前4阶频率和振型与有限元法计算结果甚为吻合;在给定的泄洪条件下大坝的振动位移和动应力都很小,不会对大坝整体安全构成危害,但可能出现局部疲劳损伤;大坝流激振动的主要振源是泄洪孔上的水流脉动压力;优化表孔体型和齿坎布置有助于减小坝体的流激振动。     

高拱坝泄洪振动水弹性模型研究

 以构皮滩双曲拱坝为对象,采用水弹性模型研究坝身集中泄洪、水垫塘消能所诱发的坝体振动及其影响。采用加重橡胶材料,建立了1/150的水力学和结构动力学协调相似的水弹性模型,完善了对库水、地基、坝体、水流脉动荷载相互作用的模拟。试验中采用了先进的测试手段和数据分析处理软件包,对该模型的模态和多种泄洪工况下坝体的振动响应和脉动压力进行了系统的测试和分析,并对泄洪诱发的坝体振动影响作出了评估。     

工程爆破条件下倾倒式危岩稳定性评价

在工程爆破条件下,结合等效静力法和极限平衡原理对危岩体稳定性评价,能有效快速得到结果。本文以某段铁路隧道为例,研究危岩体在爆破条件下的稳定性。根据岩体结构特征以及降雨时裂隙充水高度的影响,结合实测爆破振动曲线,通过快速傅里叶分析,预测最大振动加速度。采用等效静力法,进行危岩体稳定性评价。研究结果表明,在爆源一定距离外,危岩体的振动频率低;结合极限平衡原理和等效静力法的评价方法,适用于爆破条件下的危岩体稳定性评价。     

水电工程边坡炮孔近区岩体爆破损伤特性

为研究水电工程边坡炮孔近区不同损伤模型下岩体爆破时的动力响应,选用HJC模型和RHT模型分别建立岩石单孔爆破损伤模型。基于岩体损伤模拟结果和计算分析,探究了两种损伤模型对岩石爆破损伤分布、地震波能量特性及损伤质点峰值振动速度(PPV)阈值变化规律的影响,结果表明同种工况下RHT模型最终爆破开裂面积近似为HJC模型的一倍;损伤范围越小,炸药冲击波转化为弹性振动波的比例越大;通过拟合损伤度和PPV之间的关系,HJC模型和RHT模型的损伤PPV阈值分别为13.09 cm/s和27.29 cm/s。RHT模型能够更加准确地反映实际边坡近区岩体爆破损伤效应。     

混凝土成层结构的流激振动特性

泄流激励引起水工建筑物振动的现象时有发生且形式多样,严重的还可能引起结构的破坏。对于混凝土成层结构而言,由振动引起破坏的案例不多,对其振动响应机制的研究也不够深入。以混凝土拱坝为例,通过数值计算及模型试验对比分析了整体与成层两种不同结构在相同泄流荷载作用下结构的振动响应,探讨了响应与结构自身的关系,并结合"拍"的概念,对混凝土成层结构振动响应特性与泄流荷载之间的关系进行了研究。结果表明,成层结构频率相近的前两阶振动是拍振形成的主要原因。此外,即使不满足拍振形成的条件,振动曲线同样可以表现为"拍"的形式,且振动量较受迫振动大幅增加,实质为"水力共振"现象。     

断波及其在上荆江河段传播特性研究

三峡水库投入运行后,其下游荆江河段洪水传播特性发生了一系列变化,主要表现为洪水传播时间明显缩短。通过建立荆江河段水力学模型,对比分析不同类型洪水波的水力要素,模拟分析水库不同泄流条件时洪水波传播特性,揭示了水库调度对洪水波的影响规律。研究表明:洪水在荆江河段传播时间缩短的主要原因是洪水波波型的改变;当三峡水库下泄流量在较短时间内出现较大变化时,洪水波在荆江河段不同范围、不同程度地表现为断波特性;相同条件时,断波流量越大、维持时间越长,以断波特性向下游演进的距离越远,洪水传播时间缩短现象越明显。     

糯扎渡水电站水力设计关键技术研究

糯扎渡水电站枢纽工程由心墙堆石坝、溢洪道、泄洪隧洞及引水发电系统组成;总泄洪功率高达66940MW;溢洪道最大泄洪流量高达31318m3/s,泄洪最大水头182m,泄洪功率达55860MW,采用了预挖消力塘的消能方案;泄洪隧洞工作水头达120m,采用双孔合一的闸门布置形式,高水头大流量的泄洪消能问题十分突出;尾水隧洞和导流隧洞结合,尾水调压井直径达33m,水力设计复杂;通过计算分析和水工模型试验研究,较好地解决了堆石坝枢纽工程中溢洪道、泄洪隧洞的掺气减蚀、消力塘护岸不护底等水力设计难题,并将运用于工程实践。     

泄洪低频声波诱发房屋卷帘门振动分析研究

伴随大坝泄洪产生的低频声波(10 Hz以下气压脉动),在一定范围内会诱发房屋门窗振动、造成人体不适等。为了评估泄洪低频声波产生的环境危害,在开展泄洪低频声波原型观测的基础上,利用有限元软件建立房屋卷帘门结构系统模型。首先对卷帘门进行模态分析,计算各阶固有频率和振型;接着分别对卷帘门在不同开度及不同边界条件下进行模态分析,模拟开度和边界约束对卷帘门自振特性的影响;然后对系统进行不同约束条件下的瞬态分析,模拟卷帘门的振动响应,并根据模拟结果改进边界条件,从而减小卷帘门的晃动,改善系统的动态特性。最后模拟了房屋结构振动引起的卷帘门振动响应,其振动量级远小于低频声波直接作用造成的振动。     

高坝泄流诱发坝区及场地振动的振源分析研究

以某水电站泄洪诱发坝区及周边场地振动为背景,采用了水力学模型试验、数值模拟计算与水弹性模型试验相结合的技术路线,建立了有限元模型。根据不同荷载振源对模型分别加载计算,依据能量准则判别不同振源对坝区振动的贡献比例,同时建立水弹性模型,测得不同工况下的加速度响应值与模型计算结果进行对比分析。结果表明,孔口处高低坎脉动荷载是诱发坝体地基以及场地振动的首要振源,导墙和底板荷载是第二主振源,通过调节泄流方式和加固底板导墙可以从振动源头上进行控制。     

泄流结构振动反演与安全控制指标研究进展

结合最新国内外泄流结构振动反演与安全控制指标相关研究成果和相关工程实例,从泄流结构材料参数振动反演、振源识别及泄流结构振动安全控制指标等三方面综述了泄流结构振动反演及安全控制指标的最新研究进展,总结了当前泄流结构振动安全的关键问题;指出今后泄流结构振动反演与安全控制指标研究可围绕泄流结构材料参数反演数学模型和其求解算法创新、泄流结构振源荷载时域识别和等效荷载处理技术创新、泄流结构振动疲劳安全控制标准和人体舒适度综合评价方法创新等几个方面开展。     

向家坝水电站泄洪消能关键技术研究与实践

向家坝水电站泄洪消能具有"高水头、大单宽流量、泄洪频繁、多泥沙"的特点,其泄洪消能方式受雾化、通航、排沙以及地质条件等方面的制约;通过采用高低坎泄洪消能方案,攻克了向家坝水电站泄洪消能技术难点;达到了雾化影响小、消能效率高、消力池临底流速小、下游水流平顺、泄洪运行方式灵活、悬移质能安全过坝的效果。模型试验、数值分析和原型监测成果表明,立轴漩涡临底强度较低,原型监测尚未观测到立轴漩涡;磨蚀、水流空化、闸门流激振动等方面的水力特性都在允许的范围内;经受了三个汛期的泄洪考验。下游县城紧邻水电站,且局部城区位于古河道的不利地质条件,部分泄洪工况时出现了下游县城局部区域房屋门窗振动现象。通过溪洛渡、向家坝两库联合调度和优化闸门运行方式,振动强度得到显著减小,使门窗振动问题得到有效控制,各项振动量值均在国家规定的人身舒适性评价标准的容许限值之内。     

五道水库泄洪洞进水塔振动研究

五道水库泄洪洞高水位运行时,进水塔出现剧烈振动。为探明振动原因,为除险加固提供依据。进行了泄洪洞1：20水工模型试验,研究工作闸门不同开度时泄洪洞边壁及闸门水流的脉动压力特性,通过有限元动力分析,研究进水塔的自振特性,预测进水塔的振动响应。研究表明．进水塔的低阶自振频率没有完全脱离动水激励的高能区域,可能产生较大流激振动;0．4以上大开度运行时进水塔的振动响应较大,设计水位最大加速度出现在塔底．约0．34g．与原型观测预潮结果一致．     

Prototype observation and influencing factors of environmental vibration induced by flood discharge

Due to a wide range of field vibration problems caused by flood discharge at the Xiangjiaba Hydropower Station, vibration characteristics and influencing factors were investigated based on prototype observation. The results indicate that field vibrations caused by flood discharge have distinctive characteristics of constancy, low frequency, small amplitude, and randomness with impact, which significantly differ from the common high-frequency vibration characteristics. Field vibrations have a main frequency of about 0.5–3.0 Hz and the characteristics of long propagation distance and large-scale impact. The vibration of a stilling basin slab runs mainly in the vertical direction. The vibration response of the guide wall perpendicular to the flow is significantly stronger than it is in other directions and decreases linearly downstream along the guide wall. The vibration response of the underground turbine floor is mainly caused by the load of unit operation. Urban environmental vibration has particular distribution characteristics and change patterns, and is greatly affected by discharge, scheduling modes, and geological conditions. Along with the increase of the height of residential buildings, vibration responses show a significant amplification effect. The horizontal and vertical vibrations of the 7th floor are, respectively, about 6 times and 1.5 times stronger than the corresponding vibrations of the 1st floor. The vibration of a large-scale chemical plant presents the combined action of flood discharge and working machines. Meanwhile, it is very difficult to reduce the low-frequency environmental vibrations. Optimization of the discharge scheduling mode is one of the effective measures of reducing the flow impact loads at present. Choosing reasonable dam sites is crucial.