消力池板塊表面水流-縫隙水流動力荷載特性研究.pdf

1、消力池作為高壩泄洪時下游河床的防護結(jié)構(gòu),其自身的穩(wěn)定性不論對消能防沖還是整體水工結(jié)構(gòu)的安全都具有重大意義。消力池防護結(jié)構(gòu)的工作和破壞機理十分復(fù)雜,相關(guān)的影響因素很多,因此消力池的穩(wěn)定性一直是一個重要的研究課題。本文結(jié)合模型試驗和數(shù)值分析,研究高壩消力塘水動力荷載特性。對縫隙內(nèi)水流脈動壓力傳播進行了數(shù)值和試驗研究,基于試驗數(shù)據(jù)建立了簡化二維數(shù)值模型,并基于此模型對脈動上舉力各項形成因素進行了分析。利用支持向量機基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化原則的特點

2、,建立了板塊上舉力預(yù)測模型。主要成果包括:
　　 (1)介紹了底流和挑流這兩種主要消能形式的特點,分析了兩種消能形式下消力池的典型脈動壓力特性,包括幅值特性、頻譜分布以及空間積分尺度沿程變化規(guī)律。并結(jié)合工程實例,介紹了幾種新型消能工和消力池防護措施,并通過實測數(shù)據(jù)對比了采用消能工前后消力池的脈動特性變化,從而直觀的表現(xiàn)了新型消能工及防護措施的作用。
　　 (2)對幾個常見的研究縫隙水脈動壓力的模型進行了分析,基于水體振蕩

3、模型對縫隙內(nèi)脈動壓力的分布規(guī)律進行了推導(dǎo)；并以單一余弦波為算例,運用瞬變流模型計算了縫隙中點脈動壓力的變化過程。分析了通縫形成后的縫隙水脈動壓力傳播規(guī)律,并將瞬變流模型的計算結(jié)果與水體振蕩模型計算結(jié)果進行了對比,分析了兩種方法各自的特點。
　　 通過水槽內(nèi)的底流試驗,對板塊上下表面脈動壓力進行了分析?；谠囼灁?shù)據(jù)計算了脈動壓力的概率分布以及頻譜分布,總結(jié)了縫隙內(nèi)水流脈動壓力特性。通過小波分解,將實測脈動信號高低頻分離,研究了低頻

4、范圍內(nèi)脈動壓力的相關(guān)關(guān)系以及縫隙內(nèi)脈動壓力的轉(zhuǎn)換系數(shù)Cg。
　　 (3)基于一維水體振蕩模型的計算結(jié)果,提出了一種簡化的二維模型。這個模型認(rèn)為板塊底部脈動壓力由其上表面的幾個點脈動壓力決定,并考慮脈動壓力在進入縫隙過程中的衰減,引入一個衰減系數(shù)k。通過實測數(shù)據(jù)反算驗證了k的數(shù)值范圍。進一步應(yīng)用簡化模型對上下表面中點脈動壓力的相關(guān)系數(shù)的驗證。基于該簡化模型,對板塊脈動上舉力的相關(guān)要素進行了推導(dǎo),并嘗試僅通過上表面多點脈動壓力及其相

5、關(guān)關(guān)系估算板塊可能承受的脈動上舉力。通過在水槽中的二元水躍實驗對理論分析進行了驗證,對比結(jié)果表明簡化二維模型基本能夠反映上舉力的變化特性。
　　 (4)將機器學(xué)習(xí)理論中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機應(yīng)用到板塊的脈動上舉力預(yù)測中來,分別構(gòu)建了上舉力的預(yù)測模型,通過實測數(shù)據(jù)檢驗了模型的預(yù)測能力,并基于預(yù)測結(jié)果對兩種模型進行了比較。比較結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩者均達(dá)到了較好的效果,說明基于機器學(xué)習(xí)方法的上舉力預(yù)測系統(tǒng)有較好的應(yīng)用前景?；诠俚厮娬镜哪Ｐ?/p>