反拱水垫塘拱圈底板动水压强时域与频域的变化规律

设计试验装置,测量高水头和大流量作用下反拱水垫塘全流场内拱圈底板动水压强.利用分析方法,得出拱圈底板表面与底板缝隙动水压强自相关特征和时空相关特征的变化规律,分析其与反拱水垫塘内水流的流动结构和流态之间的关系,揭示拱圈底板动水压强的变化和传播机理;对其频域特性进行分析,结果表明:拱圈底板表面动水压强的优势频率分布范围较广并比底板缝隙内的宽,其峰值频率分布范围主要集中在0～1 Hz,脉动能量均以低频为主.     

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性的比较

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在我国溪洛渡等高拱坝中采用,其稳定性是其在高水头、大流量的作用下能否安全运用的关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘底板稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强和稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。     

反拱水垫塘单底板块振动特性的理论分析与试验研究

对反拱水垫塘的单底板块振动进行了理论分析,提出了单底板块自由振动的最大位移公式、底板块振动分区及近壁流场的划分依据;得出反拱水垫塘底板块动力特性优于平底板块;得到反拱水垫塘单底板块振动位移的特性及特征量的沿程分布规律,提出单底板块振动沿程分为强振区和弱振区,对反拱水垫塘破坏机理的研究具有重要意义。     

反拱水垫塘底板块上举力变化规律的试验研究

结合溪洛渡拱坝,模型试验研究了拱坝坝身泄量最大时,在反拱圈横缝止水设施破坏、动水压强贯入底板缝隙、基岩锚固力失效的极端情况下,反拱水垫塘底板块上举力的分布规律及脉动上举力谱密度特性等。该成果对反拱水垫塘的设计、运用及稳定性研究具有理论和实际意义。     

高拱坝水垫塘反拱型底板的体型

反拱型底板的稳定性是实现消能防冲的关键所在，为了研究反拱型底板块各体型参数对其稳定性的影响，结合某高拱坝水垫塘反拱型底板稳定性的实验研究，采用有限元数学模型及局部稳定性力学模型，从反拱水垫塘底板的圆心角、板块厚度、板块尺度和锚固水平等几个方面分析了底板稳定性与其体型的关系．结果表明，拱圈的圆心角及板块尺度不宜过大，板块厚度在满足稳定性要求的基础上可做适当调整，而锚固钢筋应尽量做到均匀布置．     

反拱水垫塘底板块上举力变化规律的试验研究

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在中国溪洛渡等300m级高拱坝中采用,其稳定性是其在高水头、大流量作用下能否安全运用的关键技术之一。结合溪洛渡拱坝,通过模型试验研究了拱坝坝身泄量最大达3万m3/s时,反拱圈横缝止水设施破坏,动水压强贯入底板缝隙,基岩锚固力失效的极端情况下的反拱水垫塘底板块上举力,得出底板块上举力分布规律和脉动上举力谱密度特性,并推算出拱端的极限推力。研究成果对反拱水垫塘设计、运用和稳定研究具有理论和实际意义。     

反拱水垫塘拱圈多底板块振动特性的理论分析和试验研究

以溪洛渡拱坝下游出流条件和反拱水垫塘体型为参考,在拱圈底板块间止水破坏、底板块锚筋失效的极端条件下,对拱圈弹性底板块的振动特性进行了研究,得到拱圈底板块振动位移幅值沿流程、沿拱圈的分布规律及其时域和频域特性.研究结果表明,随拱圈底板块数目的增多,部分板块形成局部拱作用,拱圈底板块锚固失效的连锁反应及缝隙宽度的累加效应是造成底板破坏的主要原因.     

反拱水垫塘拱端结构稳定的研究

利用冲击射流理论和重力相似准则及同时满足紊流阻力相似的条件,建立了高水头、大流量作用下反拱水垫塘精细模型。在拱圈底板块止水设施破坏和底板块锚固失效的条件下,研究了拱端轴力的变化规律。试验和分析表明,沿水流方向,拱端力在冲击点上下游各0.1 m附近达到最大,沿流程衰减;拱端力大小随拱圈振动底板块数目的增多而增大;通过转换得到拱端最大受压强度,在试验范围条件下的底板块尺寸,最大径向相对位移小于底板块厚度的70%时,满足抗压强度要求。     

水垫塘反拱形底板局部稳性分析

针对局部脉动随机荷载在某一时刻出现大的数值造成局部板块失稳的可能性，结合某高拱坝水垫塘反拱形底板稳定性的研究，用“随机拱”的概念，建立了基于板块极限失稳的力学模型和与其相应的物理模型，分析了单个板块的局部稳定性，导出了板块局部失稳极限抗力的表达式．力学模型计算和物理模型实验得出的极限抗力结果一致．从板块极限平衡角度得出了反拱形底板优于平底板的量化指标．结果表明，反拱形底板安全系数大于平底板3倍以上．以某高拱坝的工程实例计算了安全系数．     

高水头大流量作用下反拱水垫塘弹性单底板块振动规律研究

对反拱水垫塘单底板块振动特性进行了理论分析,提出了在止水破坏、锚固力失效后,拱圈单底板块失稳分为自由振动、锁定、滑动变形及失稳破坏4个过程。对高水头、大流量作用下,反拱圈弹性单底板块的振动特性进行了试验研究,给出底板块沿流程各振动区域的划分界限,得到拱圈单底板块振动特征值沿流程分布规律及时域和频域特性,为反拱水垫塘失稳机理的研究提供了科学依据。     

反拱水垫塘底板块破坏机理的试验研究

在高水头、大流量作用下,在反拱水垫塘底板块止水设施完全破坏、锚筋完全失效的条件下,对底板块的振动位移与缝隙宽度的变化进行了试验研究,得出了两者之间的变化规律。在此基础上获得了拱圈底板块失稳的破坏机理,即底板块失稳是由于底板缝隙宽度增加的效应。因此．实际工程中,控制底板块的缝隙宽度是防止拱圈失稳的关键因素之一。     

拱坝水垫塘内水舌合理间距的分析计算

首次提出了上、下水垫深度的概念。以射流理论为基础导了上，下水垫深度与双股入水水舌的水力要素之间的关系，指出了这两个水垫深度可用来划分拱坝水垫塘底板上最大动力压力区（“１＋１＝１”、“１＋１〉１”和“１＋１〈１”区），结合小湾电站水垫塘的实验成果，给出了可用来迅速求解上，下水垫深度的图表，分析结果表明，当小湾电站水垫塘内水３７．８７ｍ至４０￣４９ｍ的间距基本相符。     

拱坝坝面动水压力的加权余量解法

本文假定库水为无粘性的不可压缩流体,将坝-水系统作为三维问题.利用加权余量法给出了一种求解拱坝坝面动水压力的计算方法.文中研究了矩形河谷上拱坝坝面动水压力的分布规律,并讨论了河谷宽高比和拱坝中心角等因素对坝面动水压力的影响.算例结果表明,本文所建议的方案简便易行,计算效率高,是求解拱坝坝面动水压力的一种较好方法.     

地震下桥墩动水压力分析

对地震下圆柱形桥墩上的动水压力,提出了一个半解析半数值方法,针对弹性桥墩结构,利用Trefftz完备函数分别构造了流体的弹性振动速度势和刚体运动速度势,采用梁单元有限元方法求解耦联运动方程,与其他方法相比,这一方法计算相对简单、有效,并可考虑表面波效应和流体的压缩影响.算例表明,这一方法具有较高的精度.