高壩泄洪誘發(fā)場地振動振源特性與傳播規(guī)律研究.pdf

1、高壩大庫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)的振動問題備受關(guān)注。由于高壩大庫泄洪落差大，巨大的下泄水體能量引起的水流脈動荷載會誘發(fā)泄流結(jié)構(gòu)及其他水工建筑物產(chǎn)生振動，這種振動會由大壩上部結(jié)構(gòu)傳遞至大壩基礎(chǔ)，進(jìn)而通過地基傳遞至周邊場地，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定能量時，會對場地建筑物的結(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)自身的泄洪振動安全問題，對場地振動鮮有研究。針對這一現(xiàn)象，本文從結(jié)

2、構(gòu)振動系統(tǒng)的輸入（泄流激勵）、結(jié)構(gòu)（泄流結(jié)構(gòu)-場地振動傳播系統(tǒng)）和輸出（振動響應(yīng)）三者相互關(guān)系入手，采用原型觀測、數(shù)值模擬和物理試驗相結(jié)合的研究方法，對多振源泄流脈動荷載聯(lián)合誘發(fā)場地振動的振源特性、振動傳播規(guī)律以及場地振動響應(yīng)預(yù)測方法開展研究。取得以下成果：
　?。?）分析了高壩泄洪引發(fā)場地振動現(xiàn)象的成因?；谛购檎T發(fā)場地振動原型觀測體系，對比研究背景振動情況下地脈動作用對場地的影響與泄洪情況下水流對場地的影響，評估場地土體動力特

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

4、傳播規(guī)律。建立了“多振源-泄流結(jié)構(gòu)-地基-場地”有限元-無限元耦合動力分析模型。該模型很好的處理了振動波在無限域的傳播問題，解決了大型復(fù)雜場地模擬的相關(guān)問題，其計算結(jié)果與原型觀測結(jié)果吻合程度高。通過有限元-無限元耦合模型，研究了多振源激勵誘發(fā)場地振動沿復(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地振動傳播特性。
　?。?）研究建立場地振動預(yù)測方法?；趫龅卣駝诱裨刺匦约罢駝觽鞑ヒ?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”場地振動預(yù)測體系。結(jié)果表明，該體系能夠預(yù)測場地振動強(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)測難題。同時提出一種改進(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)確保留振動信號的有用信息，為場地振動的預(yù)測提供了保障。
　　總之，高壩泄洪時不同泄水建筑物產(chǎn)生的水流脈動荷載是引起下游場地振動的主要原因。不同振源的振動特性不同，但又相互影響相互作用。不同泄洪方式，不同