底流消能水躍區(qū)底板脈動(dòng)壓力及其點(diǎn)面轉(zhuǎn)換研究.pdf

1、我國(guó)是一個(gè)水利資源豐富的國(guó)家，在水利資源的開發(fā)與利用中，尤其是高水頭水工建筑物的設(shè)計(jì)、施工與科研中經(jīng)常會(huì)遇到高速水流問題。因此高速水流引起的脈動(dòng)壓力是我們必須深入研究的一個(gè)問題，他與水工建筑物的震動(dòng)、空蝕、消能和沖刷等問題都有著密切的關(guān)系。由于實(shí)際工程的復(fù)雜性，多數(shù)工程中的邊壁脈動(dòng)壓力問題很難用理論分析方法求得解答，通常是由實(shí)驗(yàn)量測(cè)。通過物理模型試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法，是解決水流脈動(dòng)壓力問題的一種有效方法。 由于實(shí)際工程中需

2、要確定某一大面積上的動(dòng)水荷載，而直接量測(cè)面脈動(dòng)壓力非常困難，因此，人們嘗試建立點(diǎn)脈動(dòng)壓力與面脈動(dòng)壓力之間的關(guān)系。在這方面的研究，近年來已做了大量工作，得到了一些有益的結(jié)論，本文通過模型試驗(yàn)在前人已經(jīng)取得的成果基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究脈動(dòng)壓力的點(diǎn)面轉(zhuǎn)換。另外與脈動(dòng)壓力有著密切聯(lián)系的上舉力破壞也是目前我們所關(guān)心的泄洪建筑物的安全問題，所以也是我們值得深入研究的內(nèi)容。本文的主要內(nèi)容如下： (1)依據(jù)不同的Fr數(shù)，在四種工況下，分別布置了0.2

3、mm、0.5mm兩種板塊縫隙結(jié)構(gòu)(其中工況1額外布置2mm的板塊縫隙)。分析四種工況以及縫隙結(jié)構(gòu)條件下底板上表面的脈動(dòng)壓力特性和底板下表面的脈動(dòng)壓力特性，得出其幅值的沿程分布特征、相關(guān)特性和頻譜特征。 (2)在四種工況下(板塊縫隙為2mm)測(cè)得水躍區(qū)脈動(dòng)壓力強(qiáng)度最大處測(cè)點(diǎn)底板上下表面的若干點(diǎn)的脈動(dòng)壓強(qiáng)和面荷載，依據(jù)相關(guān)理論分別分析底板上表面和下表面的點(diǎn)面脈動(dòng)壓力強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換系數(shù)，得出了經(jīng)驗(yàn)公式，通過與實(shí)測(cè)點(diǎn)面轉(zhuǎn)換系數(shù)的對(duì)比，說明其

4、合理性；另外給出了實(shí)測(cè)的脈動(dòng)壓力極值的點(diǎn)面轉(zhuǎn)換系數(shù)。 (3)分別對(duì)第(2)中底板上下表面的點(diǎn)、面脈動(dòng)壓力的頻譜特征進(jìn)行了分析，說明二者的差別，通過用無量綱化后的面譜密度除以點(diǎn)譜密度，得到上下表面脈動(dòng)壓力頻譜的點(diǎn)面轉(zhuǎn)換系數(shù)隨頻率的變換規(guī)律。 (4)在四種工況下，對(duì)底板上大概脈動(dòng)壓力強(qiáng)度最大處板塊測(cè)得的底板上下表面的面荷載及其合成的向上的面合成力與脈動(dòng)上舉力，通過相關(guān)分析和面合成力的正荷概率統(tǒng)計(jì)，分析了脈動(dòng)上舉力的形成原因；