水布垭水利枢纽放空洞水力学试验研究

水布垭枢纽放空洞主要承担水布垭工程施工期后期导流及完建后大坝检修时放空水库的任务.它具有水头高、流速大、运行时间长、水位变幅大等特点.借助系列水工模型试验对水布垭放空洞的泄流能力、压力特性及关键部位的空化特性、闸门启闭力、出口鼻坎消能工体型及下游冲刷等进行了较深入的研究、分析.提出了一种新型消能工--双曲差动异型鼻坎,该鼻坎有良好的消能效果.在工作闸门区突扩跌坎处,选择合适的体型及通气设施并严格控制表面不平整度,可达到防止或减小空化的目的.     

突扩跌坎掺气设施深化研究

高速水流下的空化空蚀和高水头下的闸门止水问题是高水头泄水建筑物运行所遇到的2大问题。为深入研究突扩跌坎掺气设施,进一步了解其水力特性和空化特性,以某水利枢纽孔板泄洪洞中闸室通气系统和突扩跌坎掺气设施为具体研究对象,通过建立比尺 1∶20 的局部水工模型,分析研究了通气孔风速、流态、压力、掺气浓度等水力特征参数,并将试验结果与原型观测结果进行了对比。结果表明:该工程布置的掺气效果良好,试验所得通气管内风速随闸门开度变化的趋势、水流掺气浓度、压力及其脉动在数值上与原型观测结果均一致,说明工程原型观测与模型试验对比验证是成功的。理论研究和实际运用均表明,结合闸门止水和掺气减蚀要求的突扩跌坎布置,是符合实际需求且安全可行的,同时也是解决高水头条件下闸门止水和掺气减蚀的有效措施,具有广泛的推广应用价值。     

突扩跌坎型门座的水力学问题研究

随着高坝建设的发展，为解决泄水孔闸门止水问题，开始推广使用偏心铰弧门和侧伸缩式水封方案。这类闸门止水方案都要求门座侧向突扩、底部突跌，从而将闸门止水与掺气设施有机结合起来。大部分已建工程运行正常，但也有少数工程发生了破坏。通过原型调查及数模和物模试验，揭示了突扩跌坎型门座的水力特性，尤其是空化与掺气特性及影响因素，分析了已建工程中类似结构发生破坏的主要原因，提出了该类工程设计优化的有效途径。     

弧门突扩跌坎式通气减蚀研究应用综述

偏心铰弧形闸门门座结构特殊，水流复杂，实际运行中大多数是成功的，但也是少数发生空蚀破坏，应引起重视，找出发生空蚀破坏原因，提出改善优化措施，使工程应用建立在可靠的基础上。     

水布垭枢纽泄水建筑物主要水力学问题研究

水布垭水利枢纽泄水建筑物包括左岸5孔岸边式溢洪道及右岸1条永久放空洞.放空洞主要承担工程施工期后期导流及完建后大坝检修时放空水库的任务,具有水头高、流速大、运行时间长、水位变幅大等特点;溢洪道则承担常年泄洪重任,具有大流量、窄河谷、高落差且下游地质环境较差的特点.根据该工程系列水工模型试验成果,对泄水建筑物的主要水力学问题,如:消能防冲、掺气减蚀、空化空蚀、泄洪雾化等进行了综述,具有一定的参考价值.     

突扩式跌坎消力池掺气特性试验

采用模型试验对突扩式跌坎消力池内水流的掺气浓度进行了量测,研究了来流条件、突扩比、水流流态对掺气特性的影响。结果表明：突扩式跌坎消力池掺气水流典型流态为水跃流叠加在射流之上,跃首被射流分裂成两部分,气泡跃移区在泄槽延长线范围内,长度较无突扩跌坎消力池有所减小,气泡悬移区长度有所增加,临底长度有所减小,突扩处为清水回流区,携带部分气泡;无突扩跌坎消力池底板掺气浓度呈降峰形曲线分布,各纵向断面沿程掺气浓度分布均匀;突扩式跌坎消力池底板掺气浓度呈升峰形曲线分布,掺气浓度在消力池底板1/4中线处最大,1/2中线处次之,靠近边墙处最小;在同一水力条件下,突扩式跌坎消力池底板掺气浓度较无突扩跌坎消力池有显著降低,且消力池底板掺气浓度不随突扩比的增大而减小。     

弧门突扩跌坎掺气减蚀应注意的问题

偏心铰弧形闸门门座结构特殊，水流条件复杂，对其进行总结，提出注意事项，找出发生空蚀的原因及改善优化措施是十分必要的。本文综述了多项有关试验成果及观点，认为偏心铰弧闸门突扩跌坎减蚀的最佳体型，不仅要满足这种闸门止水结构的要求，而且要有较优的掺气性能，确保掺气减蚀的各项参数的要求。此外，还介绍了研究三峡工程深孔弧门突扩跌坎掺气减蚀的工况和继续深入研究的必要性。     

突跌突扩掺气坎水力特性的三维数值模拟

采取VOF方法和RNG紊流模型对某工程泄洪底孔突跌突扩掺气坎的三维水流进行数值模拟研究,得到了水面线、流速、压力沿程分布、水流空化数和掺气空腔特性等水力学要素,并将部分计算结果与模型试验结果进行了对比,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法来研究泄洪底孔突跌突扩掺气坎的复杂流场是可行的,但数值模拟方法还不能有效地预测掺气空腔的回水特性.     

水布垭水利枢纽放空洞设计

水布垭水利枢纽为高坝大库,挡水建筑物取当地材料,需设置放空洞以便于大坝检修.放空洞最大挡水水头154 m、工作水头110 m、弧门最大推力94 369 kN,在国内外均处于较高水平,且地质条件复杂,结合枢纽布置及地质条件,合理选取了放空洞布置方案、结构型式,对影响工程运行安全的主要地质问题进行揭示并深入研究,采取了可行的处理措施.     

水布垭水利枢纽放空洞事故检修门设计

水布垭水利枢纽放空洞事故检修门为平面定轮门,设计水头152.20 m,操作水头110.00 m,最大轮压5 400 kN.其设计水头、操作水头、轮压等技术指标目前居于国内同类闸门之首.对闸门各部件的设计参数及制作技术做了详细的介绍.对同类型闸门设计具有参考意义.经过对闸门的定轮、水封及埋件等关键技术进行研究后完成施工设计,目前已投入运行.     

水布垭水电站消能区防护方案研究

水布垭水电站位于湖北省巴东县境内,是清江梯级开发的龙头枢纽.枢纽以发电、防洪为主,兼顾其它.水库正常蓄水位400 m,相应库容43.12亿m3,装机容量1 840 MW.枢纽主体建筑物由混凝土面板堆石坝、河岸式溢洪道、地下电站厂房和放空洞等组成.面板堆石坝坝顶高程409 m,最大坝高233 m,是目前世界上最高的面板堆石坝.水布垭水电站泄洪消能建筑物为岸边溢洪道,具有水头高、流量大、泄洪功率大、消能区地质条件复杂的泄洪消能特点.下游消能区防护方案经对水垫塘方案和防淘墙方案综合比较,推荐采用护岸不护底的防淘墙方案.     

水布垭水电站泄洪消能区防淘墙施工研究

水布垭水电站泄洪消能区位于水布垭峡谷出口处,环境地质条件复杂,左岸有大崖高边坡、大岩淌滑坡,右岸有马崖高边坡.水布垭水电站采用护岸不护底的防淘墙方案,防淘墙规模为目前国内之最,且消能区岩性软弱,防淘墙处于下游常水位以下,施工环境及水文地质条件差,为此研究了分层钻爆法和机械成孔(槽)法.经综合比较,选用分层钻爆法施工.     

水布垭水利枢纽若干土力学问题研究

水布垭心墙堆石坝约需填筑350万m3防渗料,经勘察分析,决定采用坝下游庙王沟碎石土和龙王冲风化页岩,为论证这种材料能否作为心墙防渗料,曾进行了专门的室内试验和现场碾压试验.重点介绍了水布垭大坝筑坝材料的工程特性、河床覆盖层利用、200 m级面板堆石坝应力应变分析和防渗系统等关键技术问题的研究成果.这些研究成果对水布垭大坝顺利建成蓄水和可靠运行十分重要.     

水布垭水利枢纽工程总体布置方案研究

系统地介绍了水布垭水利枢纽的布置方案研究过程与最终的枢纽布置方案.根据水布垭工程的地形地质条件,在枢纽布置总格局研究的基础上,确定了左岸布置溢洪道和导流隧洞,右岸布置地下电站厂房与放空洞的枢纽布置格局;通过坝轴线的比较,大坝布置在水布垭峡谷河段偏上游位置更有利于其它主要建筑物的布置与调整;通过大量的方案比较论证,水布垭枢纽布置为:大坝采用混凝土面板堆石坝、左岸布置台阶式窄缝挑流消能溢洪道、右岸布置引水地下电站与放空洞.     

水布垭地下电站洞室布置方案研究

水布垭地下电站厂区地层上硬下软,上部为栖霞组层状岩体,软硬相间,下部为马鞍组、黄龙群组和写经寺组软岩,其间还有相向对倾的断层F2、F3的切割,地质条件复杂,软岩成洞问题十分突出.结合厂区地形和具体的地质条件,利用坝子沟开挖引水渠,坝子沟南侧边坡上布置岸塔式进水口.引水隧洞为1机1洞垂直进水塔平行布置,与主厂房轴线夹角为70°,进口中心高程334.25 m,出口中心高程189.00 m,上平段与下平高压段之间由60°斜井段相接.主厂房轴线方向N296°,主厂房的平面尺寸168.50 m×23.00 m×65.47 m(长×宽×高),其中机组段长118.70 m,安装场长41.50 m.尾水为1机1洞垂直主厂房轴线平行布置,从马崖高边坡正面坡坡脚出口.     

水布垭水电站泄洪消能设计创新与实践

水布垭水电站消能区岩性软弱破碎,抗冲刷能力低。但岸边溢洪道最大泄量达18 320 m3/s,泄洪落差171 m,最大泄洪功率31 000 MW。致使泄洪消能技术难度居国内外同类工程之首,其具体表现在:①消能区方案选择难;②消能区防护方案选择难;③冲淤形态控制难;④防淘墙结构设计难;⑤防淘墙施工难。通过系统的科学试验和技术攻关,首次提出防淘墙防护方案;独创新型消能工布置形式和综合防冲结构措施。工程建成后,经过了最高运行水位的考验。对同类工程设计具有很好的参考作用。     

水布垭电站水轮发电机组主要参数及结构

水布垭水电站水轮发电机组的研发、设计和制造,充分利用了大型水轮发电机组关键技术的试验研究成果,完全采用经运行实践检验成熟、先进、可靠的方案和结构,为机组安全、稳定、高效运行奠定了技术基础.电站装设4台额定容量460 MW立轴混流式水轮发电机组,首台机组将于2007年7月投产发电.介绍了工程设计、科研工作中论证确定的水轮机参数水平以及通过招标采购的水轮发电机组主要参数和结构特点.     

水布垭库坝区水文气候特性分析

清江是长江出三峡以后的第1条大支流,流域面积约17 000 km2,干流全长423 km,总落差1 430 m.水布垭水利枢纽位于清江中游下段,控制面积为10 860 km2.水布垭库区地处鄂西暴雨区,多年平均年降水量约1 000～2 000 mm,多年平均径流量约93.4亿m3,降水与径流年内分配不均;洪水陡涨陡落,年最大洪峰流量年际变化大,充分反映了清江山溪性河流的特点.详细阐述了水布垭坝址以上流域降水、径流、泥沙、暴雨、洪水等水文特性,为水布垭的设计、施工提供了决策依据.     

水布垭高性能面板混凝土的研究与应用

水布垭大坝为世界最高的面板堆石坝,面板混凝土对混凝土性能要求高.通过对国内外同类工程面板混凝土的分析及"九五"科技攻关取得的成果,设计单位大胆采用新材料,设计出具有高强度、高抗裂、低弹模、低收缩、耐久性强、工作性好的多功能的高性能混凝土.施工结果表明:各项指标能达到设计要求,浇筑的面板混凝土均未发现早期裂缝.