不同衬砌形式水垫塘水工模型试验研究

水垫塘作为下游河床消能的防护结构,其自身在宣泄高速水流冲击下的安全性尤为重要,也是水垫塘消能防冲研究的关键。水垫塘底板破坏的主要原因是冲击动水压力(冲击压力和脉动压力),即形成向上的上举力,依托阿尔塔什水利枢纽工程左岸泄洪系统,分别对水垫塘底板衬砌出现的最大上举力和不衬砌时底板抗冲刷能力进行水工模型试验,通过试验为选择设计方案提供数据支撑,提出采用水垫塘底板衬砌的设计方案。     

水垫塘设计问题探讨

全混凝土衬砌的水垫塘造价较高,后期维护量大,因此有必要进一步探讨水垫塘的其它可能的结构方式。本文对无底板水垫塘、局部衬砌水垫塘以及二道坝采用过水堆石坝等问题的可行性进行了探讨。     

溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响

为了研究分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响，在七表孔八深孔的泄洪拱坝模型试验中，对采用大差动带分流齿的溢流表孔的水舌形状和水垫塘底板冲击压力进行对比性试验。测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响，并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘底板承受的冲击压力的影响，推荐了合理的齿坎布置方式。试验结果表明，采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式，可以提高碰撞消能效果，减小水垫塘底板承受的最大冲击压力。     

高坝泄洪水垫塘底板防护安全研究

高坝泄洪水垫塘底板是重要的消能防护结构,若大坝下游河床防护不当,水垫塘底板的破坏可能危及大坝安全。通过模型试验对影响水垫塘底板受力的因素作了研究和探讨,根据试验结果提出了改善其受力条件,增加工程安全性的相关建议。     

长潭岗反拱形水垫塘衬砌结构的非线性静动力分析

反拱形底板的稳定主要靠拱座和锚固钢筋维持．利用接触问题处理底板与基岩、拱端与拱座、边坡与基岩的接缝，用杆单元模拟底板与基岩之间的锚固钢筋，对长潭岗反拱形水垫塘衬砌结构进行了非线性静动力计算，得出了水垫塘衬砌结构在接触状态下的位移、应力和拱端推力等．该计算方法对其他大型水垫塘设计计算可提供一些参考。     

漫湾水电站水垫塘底板水下补强加固工程

漫湾水电站水垫塘底板存在比较严重的冲刷破坏，通过采用水下浇筑混凝土的方法对水垫塘底板进行补强加固取得了良好的效果。文章主要介绍青岛太平洋海洋工程有限公司对漫湾水垫塘底板水下补强加固的工程实例。     

溢流拱坝反拱型水垫塘性能的原型观测与模型试验研究

对长潭岗水电站反拱型水垫塘的动水荷载、底板扬压力、锚固钢筋应力、拱端推力等进行了原体观测,并与水工模型试验结果相验证。结果表明反拱型水垫塘可较好地协调地形、结构和水流条件,曲线形状可使水流平顺;由于采用了拱型结构,底板由抗浮稳定转为抗轴向力,从而改善了底板的受力条件。为了预估不同工况条件下水垫塘的工作特性和进一步完善反拱水垫塘设计理论,还对反拱型水垫塘三维流场进行了数值模拟和进一步的水工模型试验。     

高拱坝水垫塘底板稳定分析研究

针对高拱坝下的平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定分析,根据水垫塘混凝土块体的受力分析和模型试验结果得出:在相同条件下反拱水垫塘的稳定性优于平底水垫塘,但反拱水垫塘底板的稳定性最终归结为拱座的稳定性,一旦拱座失稳,将会导致整个拱圈失事。     

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。     

小湾水垫塘水力特性及设计优化研究

小湾拱坝坝身泄洪消能的技术难度已达世界当前最高水平，其水垫塘的优化设计亦是工程中的一大难题。本文通过承担完成国家“八五”科技攻关项目课题研究任务，在对小湾坝身泄洪消能布置方案进行水力模型试验的基础上，应用二维和三维紊流数学模型对多层和多股淹没射流水垫塘流动特性进行了数值模拟，对水垫塘三元流速场和壁面脉动压强的水力特性进行了实测研究；通过对多层射流入流方式的优化计算和实验验证，提出了“１＋１＜１”效应的新观点和最佳入流方式。用人工掺气方法，研究了掺气射流特性，得出了水流掺气可导致时均压强减小，脉动压强增大的结论。文中还讨论了小湾水垫塘采用全面混凝土衬砌的必要性，并对水垫塘底板高程、长度及体型提出了新建议。