高壩消力塘透水底板脈動壁壓特性及其相似律研究.pdf

1、我國水電站多建于高山峽谷地區(qū)，在泄洪消能方面具有高水頭、大流量、窄河谷的特性。由水頭高和泄洪功率大產(chǎn)生的泄洪消能問題十分突出。為消殺巨大的泄洪能量，防止高速水流對下游河床的沖刷，工程中通常在壩趾以下一定距離的河床內(nèi)用混凝土襯砌，并在適當位置修建二道壩，形成具有一定水深的消力塘，以達到消能防沖的目的。而消力塘底板作為下游河床的防護結(jié)構(gòu)，其自身在高速水流沖擊下的穩(wěn)定性是其關(guān)鍵所在。因此，高壩消力塘防護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題至今仍是工程水力學的前沿

2、課題之一。為提高防護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，研究人員開始考慮更有效的抵抗荷載的方法。即從“主動防護”的觀念出發(fā)，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，以達到提高防護結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的目的。由于模型相似律是水工模型與原型的換算準則，為解讀新型消力塘透水防護結(jié)構(gòu)的工作原理以及荷載特性，首先應開展透水防護結(jié)構(gòu)脈動壁壓相似律問題的研究。其次，由于透水防護結(jié)構(gòu)改變了自身原來的結(jié)構(gòu)形式，有可能完全改變脈動荷載的傳遞方式。因此，應該開展透水防

3、護結(jié)構(gòu)縫隙層中脈動壁壓的傳播規(guī)律的研究，對合理確定新型防護結(jié)構(gòu)的受力與穩(wěn)定設(shè)計具有重要意義。本文以理論分析和模型試驗為基礎(chǔ)，設(shè)計了系列比尺水工模型試驗，對比分析了透水防護結(jié)構(gòu)與不透水防護結(jié)構(gòu)脈動壁壓幅值、相關(guān)及頻譜特性及其模型相似律，在此基礎(chǔ)上，研究了透水防護結(jié)構(gòu)縫隙層中脈動壁壓的傳播規(guī)律。主要成果包括：
　　 (1)分析了底流消能與沖擊射流情況下透水防護結(jié)構(gòu)與不透水防護結(jié)構(gòu)脈動壁壓強度、偏差系數(shù)、峰度系數(shù)以及概率密度函數(shù)的沿程

4、分布特征，并研究了系列比尺模型試驗中脈動壁壓幅值特性的相似律問題。
　　 (2)分析了底流消能與沖擊射流情況下透水防護結(jié)構(gòu)與不透水防護結(jié)構(gòu)脈動壁壓自相關(guān)函數(shù)、瞬時空間相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)，并研究了系列比尺模型試驗中脈動壁壓相關(guān)特性和頻譜特性的相似律問題。
　　 (3)對透水防護結(jié)構(gòu)脈動壁壓在縫隙內(nèi)傳播規(guī)律進行了研究，包括脈動壁壓幅值特性、相關(guān)特性及頻譜特性沿縫隙的傳播規(guī)律。
　　 綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，底流消能與