高壩泄洪誘發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)振源特性與傳播規(guī)律研究.pdf

1、高壩大庫(kù)水電工程是水資源綜合利用的需要，隨著高壩建設(shè)的發(fā)展，泄洪引發(fā)的振動(dòng)問(wèn)題備受關(guān)注。由于高壩大庫(kù)泄洪落差大，巨大的下泄水體能量引起的水流脈動(dòng)荷載會(huì)誘發(fā)泄流結(jié)構(gòu)及其他水工建筑物產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)由大壩上部結(jié)構(gòu)傳遞至大壩基礎(chǔ)，進(jìn)而通過(guò)地基傳遞至周邊場(chǎng)地，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定能量時(shí)，會(huì)對(duì)場(chǎng)地建筑物的結(jié)構(gòu)安全以及周邊環(huán)境和附近居民的身體心理產(chǎn)生不利影響。然而，以往更多的是考慮水工結(jié)構(gòu)自身的泄洪振動(dòng)安全問(wèn)題，對(duì)場(chǎng)地振動(dòng)鮮有研究。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文從結(jié)

2、構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)的輸入（泄流激勵(lì)）、結(jié)構(gòu)（泄流結(jié)構(gòu)-場(chǎng)地振動(dòng)傳播系統(tǒng)）和輸出（振動(dòng)響應(yīng)）三者相互關(guān)系入手，采用原型觀測(cè)、數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，對(duì)多振源泄流脈動(dòng)荷載聯(lián)合誘發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)的振源特性、振動(dòng)傳播規(guī)律以及場(chǎng)地振動(dòng)響應(yīng)預(yù)測(cè)方法開(kāi)展研究。取得以下成果：
　　（1）分析了高壩泄洪引發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)現(xiàn)象的成因。基于泄洪誘發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)原型觀測(cè)體系，對(duì)比研究背景振動(dòng)情況下地脈動(dòng)作用對(duì)場(chǎng)地的影響與泄洪情況下水流對(duì)場(chǎng)地的影響，評(píng)估場(chǎng)地土體動(dòng)力特

3、性和自振特性，研究泄洪誘發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)分布情況以及局部場(chǎng)地條件下的振動(dòng)放大效應(yīng)。
　　（2）研究了泄洪誘發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)振源特性。通過(guò)引入時(shí)間-小波能量變換以及交叉小波變換方法，對(duì)泄流結(jié)構(gòu)與場(chǎng)地振動(dòng)信號(hào)中的水流脈動(dòng)能量進(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別場(chǎng)地振動(dòng)主振源。建立不同振源時(shí)域和頻域相關(guān)關(guān)系，分析各振源間的時(shí)-頻域空間相關(guān)特性。建立各振源與場(chǎng)地振動(dòng)的時(shí)域和頻域相關(guān)關(guān)系，從振動(dòng)能量同步變化角度，定量分析各振源對(duì)場(chǎng)地振動(dòng)的貢獻(xiàn)。
　　（3）研究場(chǎng)地振動(dòng)

4、傳播規(guī)律。建立了“多振源-泄流結(jié)構(gòu)-地基-場(chǎng)地”有限元-無(wú)限元耦合動(dòng)力分析模型。該模型很好的處理了振動(dòng)波在無(wú)限域的傳播問(wèn)題，解決了大型復(fù)雜場(chǎng)地模擬的相關(guān)問(wèn)題，其計(jì)算結(jié)果與原型觀測(cè)結(jié)果吻合程度高。通過(guò)有限元-無(wú)限元耦合模型，研究了多振源激勵(lì)誘發(fā)場(chǎng)地振動(dòng)沿復(fù)雜河谷向下游傳播及向地基傳播（衰減、放大）的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了不同振源影響下的場(chǎng)地振動(dòng)傳播特性。
　?。?）研究建立場(chǎng)地振動(dòng)預(yù)測(cè)方法。基于場(chǎng)地振動(dòng)振源特性及振動(dòng)傳播規(guī)律

5、，建立了多振源聯(lián)合輸入下基于傳遞函數(shù)的“噪聲修正”場(chǎng)地振動(dòng)預(yù)測(cè)體系。結(jié)果表明，該體系能夠預(yù)測(cè)場(chǎng)地振動(dòng)強(qiáng)度與頻譜特性，解決了噪聲影響下多振源聯(lián)合輸入系統(tǒng)預(yù)測(cè)難題。同時(shí)提出一種改進(jìn)的EEMD和小波閾值聯(lián)合濾波方法，該方法降噪能力強(qiáng)，能準(zhǔn)確保留振動(dòng)信號(hào)的有用信息，為場(chǎng)地振動(dòng)的預(yù)測(cè)提供了保障。
　　總之，高壩泄洪時(shí)不同泄水建筑物產(chǎn)生的水流脈動(dòng)荷載是引起下游場(chǎng)地振動(dòng)的主要原因。不同振源的振動(dòng)特性不同，但又相互影響相互作用。不同泄洪方式，不同