水垫塘板块结构特性对底板稳定性的影响分析
|
摘要
大坝下游水垫塘不仅对坝后河床起着保护作用,其在高速下泄水流巨大的冲击作用下自身的安全与稳定也是消能防冲的关键,与此同时它还关系到大坝是否能正常工作和运行。所以对于水垫塘防护结构安全与稳定的研究一直以来都是国内外学者关注的课题之一。基于模型试验,本文研究了水垫塘底板结构的变化对底板稳定性的影响,主要成果如下：
(1)、借助模型试验,在研究了水垫塘平底板分别采用透水与不透水这两种底板形式下上举力的变化情况并在此基础上,分顺水流方向和垂直水流方向进一步探寻开孔率的不同,不同位置底板上举力因此而受到的影响情况。
(2)、通过不同的模型试验验证和分析,寻找水垫塘底板脉动压力空间积分尺度、板块尺寸及上举力较大值在水垫塘出现的区域这三者之间的关系。为选择水垫塘的重点防护区域提供一定的参考。
(3)、通过在水垫塘模型底板之间设置键槽这一特殊结构,实测出了设置键槽前后板块上举力的变化情况。并对底板设置键槽前后的水动力响应进行了比较细致的分析与比较。为以后这种特殊结构在实际工程中的运用提供一定的参考。
(4)、在两处采用不同消能形式的水垫塘模型上,本文通过试验,对底板板块尺寸的变化与上举力由此而受到的影响进行了比较细致的分析研究。寻找尺寸的变化与上举力之间可能存在的规律,探寻更好的底板优化设计的方向。
Plunge pool located at downstream of dam is an effective measure to protect river bed.The security and stability of the plunge pool is the key to ensure the well-balanced run of the dam. So many researchers are more interested in how to ensure the safety of plunge pool. Based on the model test,the stability of concrete slabs for plunge pools is affected by structure change and it is studied in this dissertation. The main achievements of this dissertation as following:
(1) Based on the model test,the differents grounds of the uplifting between the pervious slab and impermeable bottom were studied. At the same time,the relation between the uplifting on floors of plunge pool in different position and previous coefficient is analyzed.
(2) The relation between the space integral scales of fluctuating pressure of bed-plate of stilling pound、plate dimensions and larger value of uplift force was found out by checking and analysis on different model test,. That can be as a reference for selecting key protection area of bed-plate of stilling pound.
(3) The uplift force changes of the plates after setted the keyway have been measured. Hydrodynamic responses of the bottom plates setted keyway were analyzed and compared detailedly. The results can be as a reference for the application of special construction in engineering.
(4) The influence on the uplift force caused by the changes of dimensions of bottom plate was analyzed detailedly through model test of plunge pool with different energy dissipation mode. The aim is to find out the regularity between the changes of bottom plate dimension and uplift force, and explore better method of optimization design of bottom plate.
(1)、借助模型试验,在研究了水垫塘平底板分别采用透水与不透水这两种底板形式下上举力的变化情况并在此基础上,分顺水流方向和垂直水流方向进一步探寻开孔率的不同,不同位置底板上举力因此而受到的影响情况。
(2)、通过不同的模型试验验证和分析,寻找水垫塘底板脉动压力空间积分尺度、板块尺寸及上举力较大值在水垫塘出现的区域这三者之间的关系。为选择水垫塘的重点防护区域提供一定的参考。
(3)、通过在水垫塘模型底板之间设置键槽这一特殊结构,实测出了设置键槽前后板块上举力的变化情况。并对底板设置键槽前后的水动力响应进行了比较细致的分析与比较。为以后这种特殊结构在实际工程中的运用提供一定的参考。
(4)、在两处采用不同消能形式的水垫塘模型上,本文通过试验,对底板板块尺寸的变化与上举力由此而受到的影响进行了比较细致的分析研究。寻找尺寸的变化与上举力之间可能存在的规律,探寻更好的底板优化设计的方向。
Plunge pool located at downstream of dam is an effective measure to protect river bed.The security and stability of the plunge pool is the key to ensure the well-balanced run of the dam. So many researchers are more interested in how to ensure the safety of plunge pool. Based on the model test,the stability of concrete slabs for plunge pools is affected by structure change and it is studied in this dissertation. The main achievements of this dissertation as following:
(1) Based on the model test,the differents grounds of the uplifting between the pervious slab and impermeable bottom were studied. At the same time,the relation between the uplifting on floors of plunge pool in different position and previous coefficient is analyzed.
(2) The relation between the space integral scales of fluctuating pressure of bed-plate of stilling pound、plate dimensions and larger value of uplift force was found out by checking and analysis on different model test,. That can be as a reference for selecting key protection area of bed-plate of stilling pound.
(3) The uplift force changes of the plates after setted the keyway have been measured. Hydrodynamic responses of the bottom plates setted keyway were analyzed and compared detailedly. The results can be as a reference for the application of special construction in engineering.
(4) The influence on the uplift force caused by the changes of dimensions of bottom plate was analyzed detailedly through model test of plunge pool with different energy dissipation mode. The aim is to find out the regularity between the changes of bottom plate dimension and uplift force, and explore better method of optimization design of bottom plate.
引文
[1]刘沛清,侯建国,高坝下游水垫塘混凝土底板块的稳定性分析[J]水力学报,1998,(7)；3-6
[2]刘沛清,高拱坝下游水垫塘底板块稳定性设计[J],水力学报,1999(2)5-12
[3]彭新民,王继敏,催广涛,拱坝水垫塘拱形底板受力与稳定性实验研究[J],水力发电学报,1999,(2)：52-59
[4]孙建,陈长植,反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较[J]长江科学院院报2003,20(4)；3-6
[5]杨敏,崔广涛,水垫塘底板稳定性控制指标的探讨[J],水力学报2003,(8)6-10
[6]王继敏,郭航忠,崔广涛,彭新民,杨敏,挑跌流护底或不护底水垫塘控制标准研究[J],水力发电学报,2008,27(1)
[7]杨敏,彭新民,崔广涛,水垫塘底板的试验仿真模拟研究[J],水利水电技术,2002,33(3)
[8]冯超,周洪林,张云海,安康大坝表孔消力池底板破坏原因分析及补强加固处理[J],大坝与安全,2009,5
[9]哈焕文,透水护坦上动水荷载及其脉动的研究[J]。水力学报,1964,4(1)：62-66
[10]杨敏,孙勉,水垫塘透水底板上举力实验研究[J],水力发电学报,2007,26(6)：88-90
[11]张建民,杨永全,戴光清,高拱坝挑跌流泄洪消能水垫塘底板稳定性研究[J]。四川大学学报,2000,32(2)：17-20
[12]崔莉,张廷芳,射流冲击下护坦板块失稳机理的随机分析[J]。水动力学研究与进展,1996,7(2)212-218
[13]催广涛,程荣光,林继镛,跳跌流对河床的动水压力及基岩的防护问题[J]。天津大学学报,1982,2,212-218
[14]杨敏,彭新民,高坝水垫塘底板上举力特性与预测方法[J]。水利水电技术。2003,34(9)29-31
[15]练继建,杨弘,李福田,水垫塘底板稳定性的动位移响应识别方法研究[J]。水力学报,2007,6,38(6)717-723
[16]Edward C, Joel Toso, Kanafuli project model studies of spillway damage[J], J, Hydr Eng, ASCE,1988,114(5):469-484
[17]刘沛清,消力池或水垫塘底板稳定性设计与防护[J]。水力发电学报,2001,(10)53-55
[18]孙建,陈长植,平底水垫塘底板块失稳的数值模拟[J]。水利学报,2002,(11)：84-88
[19]刘沛清,李福田,水垫塘内淹没冲击射流中的大尺度涡结构及其特征[J],水力发电学报,2000, (1)60-66
[20]昆明勘测设计院。小湾水垫塘保护型式及衬护结构稳定研究[R]1995
[21]刘沛清,冬俊瑞,余常昭,在岩缝中脉动压力传播机理探讨[J]。水利学报,1994,12
[22]刘沛清,冬俊瑞,余常昭。应用随机振动理论分析岩块的起动过程[J]。水利学报,1997,11
[23]孙建,陈长值,反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较[J]长江科学院院报,2003,20(4)：3-6.
[24]彭新民,王继敏,崔广涛,拱坝水垫塘底板拱型底板受力与稳定性实验研究[J]。水力发电学报,1999,18(2)：52-59.
[25]艾克明,拱坝泄洪与消能的水力设计和计算[M]。北京：水利水电出版社,1987,
[26]马斌,练继建,杨敏,李毅佳。高拱坝水垫塘反拱型底板的体型[J]。天津大学学报,2007,11,40(11)
[27]练继建,刘喜珠,马斌。水垫塘反拱底板静动力耦合分析及安全评价[J]中国科学,2009,39(4)
[28]杨丽萍,孙建,陈刚,张发茂,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[J]。西安理工大学学报,2008,24(1)37-42。
[29]杨敏,练继建,水垫塘反拱形底板体型研究[J]。水利发电学报,2002(4),45-50
[30]彭新民,梁勇,杨敏,反拱型水垫塘底板的结构型式与等效荷载的试验研究[J]。水利发电技术,2001,32(12),27-31
[31]史军,杨敏,水垫塘反拱底板稳定性的块体弹簧元分析[J]。水利发电学报,2004,4,23(2)73-78
[32]练继建,杨敏,安刚,胡明罡,反拱型水垫塘底板结构的稳定性研究[J]水利发电技术,2001,32(12)
[33]郝秀玲,孙建,张发茂,邓永峰,张春财,反拱水垫塘底板块破坏机理的试验研究[J]。西安理工大学学报。2008,24(4),451-454
[34]张春财,孙建,反拱水垫塘单底板块振动特性的理论分析与试验研究[J]西安理工大学学报。2006,22(1),24-28
[35]孙建,陈长植,反拱水垫塘底板块上举力变化规律的试验研究[J]。清华大学学报。2003,43(11)
[36]杨敏,李萍,孙勉,反拱透水底板水动力特性研究[J]。水利学与水利信息进展2007,284-288。
[37]安芸周一,关于拱坝中央溢流泄洪护坦上水垫效果的研究,国外科技增刊(1),天津大学图书馆,1981,10,1-38。
[38]安芸周一,关于自由跌落水舌的水垫效果的研究,国外科技增刊(2),天津大学图书馆,1981,10,39-58。
[39]崔广涛,林继镛,梁兴蓉,拱坝溢流水舌对河床作用力及其影响的研究[J].水利学报,1985,(8)：58-63
[40]杨敏,崔广涛,水垫塘底板稳定性控制指标的探讨[J].水利学报,2003,8,(8),6-10
[41]Rajaratnam N, The hydraulic jump as a wall jet, J Hydr Div, ASCE, 1965,91 (HY5):215-225
[42]Rajaratnam N, Pani B S, Three dimensional turbulent wall jets, J Hydr Div, ASCE,1874,100 (HY1):69-83
[43]刘沛清,高季章,李永梅,高坝下游水垫塘内淹没冲击射流实验[J]。中国科学,1998,8,28(4),370-377,
[44]余常昭.射流冲刷作用及分散掺气影响的研究J。 水利学报1962,(2)
[45]刘沛清,冬俊瑞等.挑射水流对岩石河床的冲刷探讨：J1 长江科学院院报,1994(4)
[46]Albertson, M, L,, Dai, Y, B,, Iensen, R, A, and Rouse, H,, Diffusion of submerged jete, proc, of ASCE, Vol,74, No,12,1948
[47]崔广涛,彭新民,练继建,高拱坝大流量泄洪振动及新型水垫塘研究。“八,五”国家重点科技攻关,国家自然科学基金资助项目研究成果之三—拱坝水垫塘反拱型底板研究,天津大学水资源与港湾工程系,1996,03。
[48]米哈列夫,倾斜护坦上水跃的运动特性[J]。水利科技,1980(1)
[49]杨敏,彭新民,高坝水垫塘底板上举力特性与预测方法[J]。水利水电技术。2003,34(9)
[50]刘沛清,冬俊瑞,余常昭,在基岩缝隙中脉动压力传播机理探讨[J]。水利学报,1994,(12)
[51]刘沛清,冬俊瑞,李永祥,余常昭,在冲坑底部岩块上脉动上举力的实验研究[J]。水利学报,1995,12,(12)
[52]刘沛清,李福田,王颖,挑跌流水垫塘内流态结构控制参数与冲击压力变化规律实验研究[J]。水利学报,2003,3,(3)
[53]崔广涛,水流脉动压力幅值的点面转换[J]。水利学报,1988, (12)
[54]柴华,冬俊瑞,李永祥,热膜测速技术在挑射水流运动特性及高坝消能机理研究中的应用[J]。水利学报,1999,10, (10)
[55]崔广涛,水流脉动压力频谱的点面转换[J]。天津大学学报,1994,27(6)
[56]杨弘, 高坝消力塘防护结构耦合动力分析与健康诊断研究[D],博士学位论文,天津：天津大学,2007,
[57]张少济,杨敏,消力塘透水底板脉动压力特性试验研究[J]水利发电学报,2010,12,29(6)
[58]彭彬,张建海,蒙承刚,右江百色蓬力坝消力池结构缝键槽布置方案优化研究[J].四川大学学报(工程科学版),2004。
[59]马斌,练继建,刘喜珠,带键槽消力塘底板的安全性分析[J]水利水电技术,2009,40(1)。
[2]刘沛清,高拱坝下游水垫塘底板块稳定性设计[J],水力学报,1999(2)5-12
[3]彭新民,王继敏,催广涛,拱坝水垫塘拱形底板受力与稳定性实验研究[J],水力发电学报,1999,(2)：52-59
[4]孙建,陈长植,反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较[J]长江科学院院报2003,20(4)；3-6
[5]杨敏,崔广涛,水垫塘底板稳定性控制指标的探讨[J],水力学报2003,(8)6-10
[6]王继敏,郭航忠,崔广涛,彭新民,杨敏,挑跌流护底或不护底水垫塘控制标准研究[J],水力发电学报,2008,27(1)
[7]杨敏,彭新民,崔广涛,水垫塘底板的试验仿真模拟研究[J],水利水电技术,2002,33(3)
[8]冯超,周洪林,张云海,安康大坝表孔消力池底板破坏原因分析及补强加固处理[J],大坝与安全,2009,5
[9]哈焕文,透水护坦上动水荷载及其脉动的研究[J]。水力学报,1964,4(1)：62-66
[10]杨敏,孙勉,水垫塘透水底板上举力实验研究[J],水力发电学报,2007,26(6)：88-90
[11]张建民,杨永全,戴光清,高拱坝挑跌流泄洪消能水垫塘底板稳定性研究[J]。四川大学学报,2000,32(2)：17-20
[12]崔莉,张廷芳,射流冲击下护坦板块失稳机理的随机分析[J]。水动力学研究与进展,1996,7(2)212-218
[13]催广涛,程荣光,林继镛,跳跌流对河床的动水压力及基岩的防护问题[J]。天津大学学报,1982,2,212-218
[14]杨敏,彭新民,高坝水垫塘底板上举力特性与预测方法[J]。水利水电技术。2003,34(9)29-31
[15]练继建,杨弘,李福田,水垫塘底板稳定性的动位移响应识别方法研究[J]。水力学报,2007,6,38(6)717-723
[16]Edward C, Joel Toso, Kanafuli project model studies of spillway damage[J], J, Hydr Eng, ASCE,1988,114(5):469-484
[17]刘沛清,消力池或水垫塘底板稳定性设计与防护[J]。水力发电学报,2001,(10)53-55
[18]孙建,陈长植,平底水垫塘底板块失稳的数值模拟[J]。水利学报,2002,(11)：84-88
[19]刘沛清,李福田,水垫塘内淹没冲击射流中的大尺度涡结构及其特征[J],水力发电学报,2000, (1)60-66
[20]昆明勘测设计院。小湾水垫塘保护型式及衬护结构稳定研究[R]1995
[21]刘沛清,冬俊瑞,余常昭,在岩缝中脉动压力传播机理探讨[J]。水利学报,1994,12
[22]刘沛清,冬俊瑞,余常昭。应用随机振动理论分析岩块的起动过程[J]。水利学报,1997,11
[23]孙建,陈长值,反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较[J]长江科学院院报,2003,20(4)：3-6.
[24]彭新民,王继敏,崔广涛,拱坝水垫塘底板拱型底板受力与稳定性实验研究[J]。水力发电学报,1999,18(2)：52-59.
[25]艾克明,拱坝泄洪与消能的水力设计和计算[M]。北京：水利水电出版社,1987,
[26]马斌,练继建,杨敏,李毅佳。高拱坝水垫塘反拱型底板的体型[J]。天津大学学报,2007,11,40(11)
[27]练继建,刘喜珠,马斌。水垫塘反拱底板静动力耦合分析及安全评价[J]中国科学,2009,39(4)
[28]杨丽萍,孙建,陈刚,张发茂,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[J]。西安理工大学学报,2008,24(1)37-42。
[29]杨敏,练继建,水垫塘反拱形底板体型研究[J]。水利发电学报,2002(4),45-50
[30]彭新民,梁勇,杨敏,反拱型水垫塘底板的结构型式与等效荷载的试验研究[J]。水利发电技术,2001,32(12),27-31
[31]史军,杨敏,水垫塘反拱底板稳定性的块体弹簧元分析[J]。水利发电学报,2004,4,23(2)73-78
[32]练继建,杨敏,安刚,胡明罡,反拱型水垫塘底板结构的稳定性研究[J]水利发电技术,2001,32(12)
[33]郝秀玲,孙建,张发茂,邓永峰,张春财,反拱水垫塘底板块破坏机理的试验研究[J]。西安理工大学学报。2008,24(4),451-454
[34]张春财,孙建,反拱水垫塘单底板块振动特性的理论分析与试验研究[J]西安理工大学学报。2006,22(1),24-28
[35]孙建,陈长植,反拱水垫塘底板块上举力变化规律的试验研究[J]。清华大学学报。2003,43(11)
[36]杨敏,李萍,孙勉,反拱透水底板水动力特性研究[J]。水利学与水利信息进展2007,284-288。
[37]安芸周一,关于拱坝中央溢流泄洪护坦上水垫效果的研究,国外科技增刊(1),天津大学图书馆,1981,10,1-38。
[38]安芸周一,关于自由跌落水舌的水垫效果的研究,国外科技增刊(2),天津大学图书馆,1981,10,39-58。
[39]崔广涛,林继镛,梁兴蓉,拱坝溢流水舌对河床作用力及其影响的研究[J].水利学报,1985,(8)：58-63
[40]杨敏,崔广涛,水垫塘底板稳定性控制指标的探讨[J].水利学报,2003,8,(8),6-10
[41]Rajaratnam N, The hydraulic jump as a wall jet, J Hydr Div, ASCE, 1965,91 (HY5):215-225
[42]Rajaratnam N, Pani B S, Three dimensional turbulent wall jets, J Hydr Div, ASCE,1874,100 (HY1):69-83
[43]刘沛清,高季章,李永梅,高坝下游水垫塘内淹没冲击射流实验[J]。中国科学,1998,8,28(4),370-377,
[44]余常昭.射流冲刷作用及分散掺气影响的研究J。 水利学报1962,(2)
[45]刘沛清,冬俊瑞等.挑射水流对岩石河床的冲刷探讨：J1 长江科学院院报,1994(4)
[46]Albertson, M, L,, Dai, Y, B,, Iensen, R, A, and Rouse, H,, Diffusion of submerged jete, proc, of ASCE, Vol,74, No,12,1948
[47]崔广涛,彭新民,练继建,高拱坝大流量泄洪振动及新型水垫塘研究。“八,五”国家重点科技攻关,国家自然科学基金资助项目研究成果之三—拱坝水垫塘反拱型底板研究,天津大学水资源与港湾工程系,1996,03。
[48]米哈列夫,倾斜护坦上水跃的运动特性[J]。水利科技,1980(1)
[49]杨敏,彭新民,高坝水垫塘底板上举力特性与预测方法[J]。水利水电技术。2003,34(9)
[50]刘沛清,冬俊瑞,余常昭,在基岩缝隙中脉动压力传播机理探讨[J]。水利学报,1994,(12)
[51]刘沛清,冬俊瑞,李永祥,余常昭,在冲坑底部岩块上脉动上举力的实验研究[J]。水利学报,1995,12,(12)
[52]刘沛清,李福田,王颖,挑跌流水垫塘内流态结构控制参数与冲击压力变化规律实验研究[J]。水利学报,2003,3,(3)
[53]崔广涛,水流脉动压力幅值的点面转换[J]。水利学报,1988, (12)
[54]柴华,冬俊瑞,李永祥,热膜测速技术在挑射水流运动特性及高坝消能机理研究中的应用[J]。水利学报,1999,10, (10)
[55]崔广涛,水流脉动压力频谱的点面转换[J]。天津大学学报,1994,27(6)
[56]杨弘, 高坝消力塘防护结构耦合动力分析与健康诊断研究[D],博士学位论文,天津：天津大学,2007,
[57]张少济,杨敏,消力塘透水底板脉动压力特性试验研究[J]水利发电学报,2010,12,29(6)
[58]彭彬,张建海,蒙承刚,右江百色蓬力坝消力池结构缝键槽布置方案优化研究[J].四川大学学报(工程科学版),2004。
[59]马斌,练继建,刘喜珠,带键槽消力塘底板的安全性分析[J]水利水电技术,2009,40(1)。