消力塘透水底板減壓降載機理研究.pdf

1、高壩消力塘作為防護下游河床的結(jié)構(gòu)，其自身在高速水流沖擊下的安全性是實現(xiàn)消能和防沖目的的關(guān)鍵所在。近年來，我國擬建和在建的一批具有世界級水平的300m量級高壩，消能問題十分突出。消力塘防護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是當前水工水力學學科的前沿課題之一，也是實際工程所面臨的亟待解決的課題。消力塘的防護結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：梯形復式斷面和反拱形。前人研究表明：反拱形水墊塘是高壩泄洪消能工的合理選擇。底板開孔對射流沖擊區(qū)板塊上舉力減小作用明顯。透水底板作為新型消

2、能防沖防護結(jié)構(gòu)，從“主動防護”的觀念出發(fā)，即通過改變防護襯砌的結(jié)構(gòu)形式，主動降低作用在防護結(jié)構(gòu)上的荷載，達到了提高結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的目的。因此，如何解讀透水底板減壓降載機理，增加人們對這一問題的理解，也是擺在我們面前需要解決的重要課題。本文以某拱壩消力塘水工模型試驗為背景，通過同步測量各種水力參數(shù)以及理論分析，對比分析了透水防護結(jié)構(gòu)與不透水防護結(jié)構(gòu)縫隙脈動壓力的傳播機理以及水動力特性。在此基礎(chǔ)上，對透水防護結(jié)構(gòu)減壓降載機理進行了研究。主要

3、成果包括： (1)按照脈動壓力沿縫隙傳播的變化情況將水墊塘透水底板破壞過程分為兩個階段，即瞬變流階段和板塊一水體振蕩階段，分析了兩個階段之間的聯(lián)系與區(qū)別。 (2)以透水前后板塊下表面縫隙層中的脈動壓力為研究對象，對脈動壓力傳播過程的幅值特性、頻域特性和相關(guān)特征及脈動尺度進行了分析。 (3)透水底板與不透水底板相比，透水底板下表面相應測點脈動壓強較不透水底板減小。并且不透水板塊下表面脈動壓力功率譜密度所代表的能量強

4、度明顯高于透水板塊。表明當板塊下表面脈動壓力沿著縫隙向前傳遞時，遇到透水孔后脈動壓力會沿著透水孔傳遞，使脈動壓力得到釋放。同時研究表明透水底板上下表面的脈動壓力相位差較不透水底板有所減小。而底板上下表面的相位差減小后，上、下表面的動水壓差就有可能減小，導致底板整體荷載的較小。 (4)不論透水底板與不透水底板，相同的泄流水力條件下，脈動壓強系數(shù)首先隨Lx/L(脈動壓力空間積分尺度與板塊尺寸之比)的增大而增大，在Lx/L=0.73時