高坝泄洪诱发场地振动响应分析及传播规律

为研究高坝泄洪诱发场地振动的问题,提出一种基于黏弹性人工边界的有限元数值模拟和水力学模型试验相结合的方法计算场地振动响应。以国内某工程为例,计算不同工况下场地振动响应,分析泄洪量和泄洪调度方式对场地振动的影响,揭示不同岩体条件下振动波的传播规律。结果表明:该工程各种泄洪方式都不会对周边居民的生活造成影响;泄洪量越大,下游场地振动响应越大,当3个溢洪洞泄洪条件一致时,采用2号洞泄洪最不利;同等泄洪条件下,采用4洞均分泄洪的振动响应小于按设计开度泄洪的振动响应;模型范围内放大振动波的主因是断层左右岩体性质的差异,断层的存在进一步加大了放大效应。     

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。     

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。     

高拱坝泄洪振动的计算分析与验证

为了分析预测高速水流诱发坝体的振动问题，本文提出高拱坝的泄洪振动响应的正、反分析方法，并利用二滩、小湾和构皮滩拱坝的水弹性模型实验成果以及二滩拱坝的泄洪振动原型观测结果进行验证。应用该理论计算模型，仅依靠常规水工模型泄洪脉动荷载的测量，即可对拱坝坝身泄洪诱发拱坝的振动进行初步预测和评估。     

小浪底孔板消能泄洪洞过流原型观测试验

小浪底水利枢纽的三条孔板消能泄洪洞,是目前世界上采用孔板消能技术的最大的泄洪洞.孔板泄洪洞的实际泄洪效果和安全性,一直是专家关注的焦点.1号孔板消能泄洪洞过流原型观测试验,就长期以来国内外专家十分关注的孔板洞消能效果、水流空化、脉动水流诱发衬砌结构及围岩的振动、中闸室出口水流的掺气及空腔负压、闸门开启过程的流激振动以及孔板环、衬砌结构应力等进行了现场测试.从压力系数和消能系数分布看,原型观测结果与模型试验结果吻合较好,验证了模型试验成果的相似性.     

宽尾墩和消力池联合消能工底板稳定试验研究

某水电站采用坝身"宽尾墩+消力池"联合消能工,由于水头高、流量大,且无其它岸边泄洪设施,坝身泄洪消能问题十分突出。本文通过水工模型试验研究,从底板上下表面脉动压力特性入手,通过底板上举力的测试与分析,评价消力池底板的稳定性和安全性,为工程设计提供重要参考和依据。     

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。     

高坝泄流诱发底流消能泄水建筑物振动特性试验研究

通过研究高坝泄流诱发底流消能泄水建筑物振动特性与主要影响因素,建立某中表孔交叠底流消能水电站1:80水力学模型,模拟了其实际泄洪工况。通过控制单一变量原则,研究上游水位、下游水位、中表孔开度等因素对场地振动的影响,得出结论:(1)泄流诱发各泄水建筑物振动具有明显的规律性,上游水位一定时,随下游水位的升高,中孔处振幅增大,消力池底板处振动减小;(2)当上游水位升高,各结构振动有所增强,但与流量增幅相比,振动强度增幅可忽略;(3)中孔泄流存在明显的不利运行区,孔口局开6 m时振动最为剧烈,在工程应用中应避开明显的不利运行区,可通过适当控制下游水位,抬高上游水位,以达到减振目的。     

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。     

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．     

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。     

基于水力振源合理施加的水电机组轴系统振动分析

水力振源诱发机组厂房结构振动,影响机组发电效率,甚至威胁其正常安全运行。合理模拟机组振源是研究预测及解决机组厂房结构振动问题的关键。通过CFD(计算流体动力学)数值模拟,提出一种水轮机转轮叶片表面脉动压力的更为合理的计算和施加方法,并综合考虑电磁和机械振源的耦合作用,对所建立的三维水轮发电机组转子-轴承系统模型进行了振动分析。研究表明:通过CFD能够获得可信的转轮表面处各点脉动压力时程,脉动压力对轴系统振动响应的影响不可忽略,对其合理的模拟和施加是必要的。此外,进行了电磁不平衡拉力与机械不平衡力相位差对轴系振动响应的敏感性分析。研究结论可为水电机组及厂房设计运行及振动预测控制等提供参考。     

水电站主厂房附属机电设备隔振有限元分析

结合某坝后式水电站厂房实际工程,采用有限单元法,在流道脉动压力作用下弹簧阻尼隔振体系对水电站厂房内调速器设备的隔振效果进行了分析研究。结果表明：在15 Hz 脉动压力作用下厂房出现整体竖向振动,发电机层楼板振幅急剧增大,对布置在其上的机电设备有很强的冲击作用;当隔振体系自振频率为4．5 Hz ～5．0 Hz 时,隔振体系对低频脉动压力引起的振动有轻微的放大作用,对中高频脉动压力引起的振动有显著的隔振效果;隔振体系阻尼能有效减小共振区脉动压力引起的振动,对振动控制有利。     

琼中抽水蓄能电站地下厂房结构振动特性分析

结合琼中抽水蓄能电站地下厂房实际情况建立了三维有限元模型,提取结构的模态分析了厂房结构的自振特性,基于谐响应法分析了地下厂房结构在各种工况机组动荷载作用和脉动压力作用下的动力响应,并根据国内相关文献及国外的相关标准提出了适用于琼中抽水蓄能电站地下厂房的振动控制标准。研究结果表明,合理选择围岩与厂房的连接形式,能够有效地优化结构整体动力特性;在机组振动荷载作用下机墩和楼板结构的振动响应较大,但机墩和楼板结构的振幅、振动速度和振动加速度等均在允许范围内;在额定出力条件下运行时,无翼区和转轮出口管附近区域的脉动压力,即优势频率为56.25 Hz对应的脉动压力是影响地下厂房楼板、立柱、风罩等结构振动的主要部分。     

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.     

大型弧形钢闸门流激振动数值计算

为研究大型弧形钢闸门在脉动压力作用下的动力特性及安全问题,采用附加质量法计算闸门的自振特性,对试验测得的脉动压力进行频谱分析得到其优势频率;采用随机振动的方法,将脉动压力转化为节点荷载施加在闸门数值模型上,得到闸门的动力响应。以贵州平寨水利枢纽为例进行计算,研究结果表明,在水体的作用下闸门的自振频率减小,随着开度的增加,闸门的自振频率呈增大的趋势。闸门1阶振型频率在1.1 Hz左右,脉动水流的优势频率最大0.15 Hz,二者相差较大。闸门最大动位移3.61 mm,发生在正常蓄水位543.00 m开度50%工况下,而在20%和50%开度下闸门动应力较大,最大动应力为43.56 MPa,发生在543.00 m开度50%工况。因此,闸门发生共振的可能性不大,闸门在动水作用下较为安全,但需注意闸门在20%和50%开度下的振动情况,避免在此开度下长时间停留。     

金沙江溪洛渡水电站大坝深孔过流振动测试分析

为分析溪洛渡水电站大坝深孔过流引起的振动问题,本文采用中国水利水电科学研究院自主研发的振动测试系统,对右岸制冰楼与拌合楼、大坝廊道和深孔启闭机平台及水垫塘廊道等部位开展了现场测试分析,结果表明:(1)制冰楼、拌合楼等柔性结构,以横河向振动响应为主,其振幅不影响正常运行安全;(2)拱坝深孔过流时引起大坝527岸坡坝段廊道...     

联合泄洪下跌坎消力池底板脉动压强试验研究

基于某工程模型试验,对跌坎底流消能工消力池在表孔和中孔不同运用方式下脉动压强大小及分布特性进行研究。试验结果表明:开孔方式不同对底板脉动压强影响差别很大,首先脉动压强峰值在底板所处位置表现各不相同,其次脉动压强系数沿底板分布表现为表、中孔联合泄洪要比表孔或中孔单独泄洪明显减小,说明在同等运行条件下采用表孔和中孔联合泄洪更有助于降低消力池底板脉动压强,对底板安全运行有利。     

大坝底孔弧形闸门原型振动试验研究

本文介绍了万安水利枢纽大坝底孔弧型闸门原型模态分析的方法和测得的前12阶模态及其频率和阻尼,还给出了闸门在泄洪时的振动实测资料。实测表明闸门的模态比较密集,支臂频率比门页低。在下游淹没条件下泄洪,发生强烈振动是难免的。振动观测表明,闸门在下游淹没状态下泄洪时振动强烈,并有明显的优势频率,与闸门自频率接近,运行中应力求避免这种工况。