消力塘透水底板減壓降載機(jī)理研究.pdf

1、高壩消力塘作為防護(hù)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(shí)現(xiàn)消能和防沖目的的關(guān)鍵所在。近年來，我國(guó)擬建和在建的一批具有世界級(jí)水平的300m量級(jí)高壩，消能問題十分突出。消力塘防護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是當(dāng)前水工水力學(xué)學(xué)科的前沿課題之一，也是實(shí)際工程所面臨的亟待解決的課題。消力塘的防護(hù)結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：梯形復(fù)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(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)，從“主動(dòng)防護(hù)”的觀念出發(fā)，即通過改變防護(hù)襯砌的結(jié)構(gòu)形式，主動(dòng)降低作用在防護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載，達(dá)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(jī)理，增加人們對(duì)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(yàn)為背景，通過同步測(cè)量各種水力參數(shù)以及理論分析，對(duì)比分析了透水防護(hù)結(jié)構(gòu)與不透水防護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙脈動(dòng)壓力的傳播機(jī)理以及水動(dòng)力特性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)透水防護(hù)結(jié)構(gòu)減壓降載機(jī)理進(jìn)行了研究。主要

3、成果包括： (1)按照脈動(dòng)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(gè)階段，即瞬變流階段和板塊一水體振蕩階段，分析了兩個(gè)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(dòng)壓力為研究對(duì)象，對(duì)脈動(dòng)壓力傳播過程的幅值特性、頻域特性和相關(guān)特征及脈動(dòng)尺度進(jìn)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(yīng)測(cè)點(diǎn)脈動(dòng)壓強(qiáng)較不透水底板減小。并且不透水板塊下表面脈動(dòng)壓力功率譜密度所代表的能量強(qiáng)

4、度明顯高于透水板塊。表明當(dāng)板塊下表面脈動(dòng)壓力沿著縫隙向前傳遞時(shí)，遇到透水孔后脈動(dòng)壓力會(huì)沿著透水孔傳遞，使脈動(dòng)壓力得到釋放。同時(shí)研究表明透水底板上下表面的脈動(dòng)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(dòng)水壓差就有可能減小，導(dǎo)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(dòng)壓強(qiáng)系數(shù)首先隨Lx/L(脈動(dòng)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(shí)