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構,其自身的穩(wěn)定性不論對消能防沖還是整體水工結構的安全都具有重大意義。消力池防護結構的工作和破壞機理十分復雜,相關的影響因素很多,因此消力池的穩(wěn)定性一直是一個重要的研究課題。本文結合模型試驗和數值分析,研究高壩消力塘水動力荷載特性。對縫隙內水流脈動壓力傳播進行了數值和試驗研究,基于試驗數據建立了簡化二維數值模型,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構風險最小化原則的特點

2、,建立了板塊上舉力預測模型。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,并通過實測數據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、模型對縫隙內脈動壓力的分布規(guī)律進行了推導；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果與水體振蕩模型計算結果進行了對比,分析了兩種方法各自的特點。
　　 通過水槽內的底流試驗,對板塊上下表面脈動壓力進行了分析?；谠囼灁祿嬎懔嗣}動壓力的概率分布以及頻譜分布,總結了縫隙內水流脈動壓力特性。通過小波分解,將實測脈動信號高低頻分離,研究了低頻

4、范圍內脈動壓力的相關關系以及縫隙內脈動壓力的轉換系數Cg。
　　 (3)基于一維水體振蕩模型的計算結果,提出了一種簡化的二維模型。這個模型認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k。通過實測數據反算驗證了k的數值范圍。進一步應用簡化模型對上下表面中點脈動壓力的相關系數的驗證。基于該簡化模型,對板塊脈動上舉力的相關要素進行了推導,并嘗試僅通過上表面多點脈動壓力及其相

5、關關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)將機器學習理論中的神經網絡和支持向量機應用到板塊的脈動上舉力預測中來,分別構建了上舉力的預測模型,通過實測數據檢驗了模型的預測能力,并基于預測結果對兩種模型進行了比較。比較結果發(fā)現,兩者均達到了較好的效果,說明基于機器學習方法的上舉力預測系統(tǒng)有較好的應用前景?；诠俚厮娬镜哪Ｐ?/p>