水垫塘消能的应用及其结构形式综述

水垫塘是高坝采用坝身泄洪消能时,为保护下游河床而采取的有效措施.主要分析了水垫塘消能的背景及应用,并说明了两种不同结构形式水垫塘的受力及平衡条件,结果表明:反拱水垫塘具有开挖量小,水力条件好,稳定性强,能充分发挥混凝土抗压性能等优点.     

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。     

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。     

水垫塘内淹没冲击射流中的大尺度涡结构及其特征

高坝下游水垫塘消能与防护问题目前尚未得到妥善解决。本文应用现代紊流理论的观点，对水垫塘内的复杂流动结构进行了系统的研究，对主射流区的大尺度涡体和壁射流区的紊动涡体的拟序结构进行了分析，从紊流力学的角度对脉动压力的起源及水垫塘内水体能量的转移与耗散做了机理性解释，为高坝下游水垫塘的消能与防护的进一步研究提供了理论依据。     

高拱坝泄洪水垫塘衬砌稳定性研究

对窄河谷、高拱坝、大流量坝射泄洪挑流消能水垫塘的防冲安全及其混凝土衬砌优化设计问题作了全面研究，结合小湾工程采用局部水工模型试验研究了小湾工程水垫塘衬砌块的抗冲稳定性，提出了应用瞬变流和震荡流理论研究衬砌冲刷破坏机理、建立新的设计模式的新概念，讨论了水垫塘衬砌设计模式的有关问题，并对该工程的设计提出了具体建议。     

水垫塘底板冲击压强和流速分布研究

雅砻江干流梯级水电站大坝具有高水头、大流量、河谷狭窄的特点,消能问题突出。研究选定水垫塘内流态、底板冲击压强作为优化指标,通过改变坝身孔口尺寸、二道坝高程等手段,达到在控制水垫塘底板冲击压强的同时,使得在各种、工况下泄洪水股纵向拉升、横向归槽并避免对下游河道的冲刷。     

高拱坝水垫塘消能的研究进展

高拱坝工程中泄洪功率及泄流量巨大,泄洪消能安全一直是工程中研究的重点。系统总结了冲击射流理论及水垫塘消能机理的研究进展,并对消能区冲刷机理研究现状进行了总结分析。结合工程实际总结了高拱坝工程中常用的水垫塘型式,并分析了各自的工作原理及结构特点。     

水垫消能的水力计算问题讨论

文中回顾了水垫消能的流态及相应的计算方法,水舌在水下的扩散,流速分布、动水压强分布及允许动水压力的研究成果,列出了水力参数的计算方法,可供设计参考。     

水垫塘淹没射流的数值模拟

本文分析了水垫塘内的淹没射流因受固体边界的约束,其流动特性不同于淹没自由射流,而具有各向异性的特点,论述了应用数值模拟的方法研究该问题的重要意义。应用紊流代数应力模型计算了简单边界条件下淹没碰壁射流的扩散规律及紊动特性,对计算结果与试验实测资料作了比较。     

拉西瓦水电站工程反拱水垫塘优化设计

在大型高水头水电站中,拉西瓦水电站是我国第一座采用反拱形水垫塘作为特高拱坝坝后消能建筑物的工程,也是我国现有特高拱坝水垫塘中长度最短、宽度最小的工程,其单位水体消能率接近国际经验控制的最高标准。在无规范明确规定和缺少工程资料的情况下,经一系列科研试验和数值计算,优化了反拱水垫塘结构和排水、抽水系统设计等。其经验丰富了我国坝后消能建筑物的设计内容,对我国规范中反拱水垫塘设计规定以及对其他大型高水头水电站坝后消能防冲建筑物的设计具有重要参考价值。     

拱坝挑流坎的优化与水垫塘底板压强研究

试验研究了拱坝挑流泄洪时优化闸墩墩尾形状对水垫塘底板上最大冲击压强的影响,结果表明对减小冲击压强有显著效果;从力学观点出发,构造了对水垫塘底板上相对最大冲击压强的表达式,其中包括四个参数,它适用于等宽挑坎和扩散坎,用28个工程实测数据进行了拟合,实测值和计算值的相对误差在可接受范围内。     

小湾工程护坡不护底水垫塘的试验研究

对小湾工程高水头、大流量坝身泄洪条件下，护坡不护底水垫塘进行了系统地试验研究。在按基岩微弱风化界面铺设动库的情况下，水垫塘基岩冲刷试验表明，坝身泄洪的水垫塘控制工况是表、中孔联合泄洪的工况；在各种泄洪工况下，当基岩抗冲流速为10-12m/s时，校核洪水下基岩冲刷平衡深度小于15m。改变二道坝高度的冲刷试验表明，二道坝高度能减少基岩冲刷平衡深度，但高 度增加值和基岩冲刷平衡深度的减少值并不相等，适宜的二道坝高程为1004.00-1008.00m。改变水垫塘两岸边超的冲刷试验表明，水垫塘底宽对基岸冲刷平衡深度的影响较大，坝身表、中孔单泄时，水垫塘底宽应大于挑流水舌横向重叠的宽度；表、中孔联合泄洪时，水垫塘底宽应大于水舌入水总宽度，否则基岩冲刷平衡深度急剧加深。根据试验研究和分析提出了一种护坡不护底水垫塘的优化体型——勺型水垫塘，给出了体型尺寸和相应的试验结果。试验表明，小湾水电站水垫塘在现有泄洪布置和基岩抗冲流速10-12m/s的前提下，采用护坡不护底的形式是可行的，如能实现， 则将取得显的经济效益。     

构皮滩水电站水垫塘过水后混凝土缺陷处理

介绍了构皮滩水电站水垫塘过水后混凝土缺陷处理措施及工艺,可供同类工程借鉴。     

高坝下游反拱水垫塘的水力特性分析

为解决峡谷区高坝下游消能问题,坝下消能区采用水垫塘集中消能,本文论述了反拱底板形式水垫塘内流态、压力分布及消能方面的水力特性,并结合实际工程进行了应用分析。     

小湾水电站水垫塘抗冲耐磨混凝土施工

针对小湾水电站坝后水垫塘抗冲耐磨混凝土施工,工程量大,设计标号高,水胶比小,外掺材料多,跨高温、雨季,且抗冲耐磨混凝土粘稠性强,易发干发白、产生干缩裂缝,混凝土振捣困难,抹面平整度难以控制等特点,提出了混凝土配合比优化设计,混凝土拌和,过流面表面不平整处理,早期塑性干缩预防,后期收缩裂缝、温度裂缝预防,雨季施工防雨等措施,保证了施工质量和进度,取得了良好的社会经济效益。     

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。     

小湾水电站水垫塘抗冲耐磨混凝土质量控制

小湾水电站水垫塘采用了掺硅粉、微纤维、钢钎维C60的抗冲耐磨混凝土,为保证施工质量,做了抗冲耐磨混凝土配合比试验和生产性试验,取得了规模化施工所需参数,采取了有效的质量控制措施,取得了良好的施工效果.