构皮滩第三级升船机塔柱顶板支撑系统设计与应用

构皮滩水电站第三级垂直升船机是国内外规模最大的卷扬垂直提升下水式升船机,塔柱顶板具有施工高度大、跨度大、结构体型复杂、安全风险大等施工特点,采用的支撑结构体系,是保证塔柱顶板高质量、安全施工的关键。文章对构皮滩水电站第三级升船机塔柱顶板支撑系统的设计与应用进行了介绍,供类似工程施工参考。

构皮滩通航设施第一级中间渠道水力学观测与实船试验

依托乌江构皮滩通航工程,开展了含长距离通航隧洞中间渠道的水力学观测与实船试验,揭示了中间渠道波动传播时空变化规律及船舶航行特性。观测表明:中间渠道波动传播速度约5.0~6.8 m/s,波幅与水面宽度呈反比,中间渠道两端的水面波动最大,通航隧洞内次之,大型渡槽交汇区波动最小;在中间渠道船厢卧倒门启闭产生的波幅在2 cm内,船舶正常航行产生的最大波幅约10 cm以内,主要波动周期为120~160 s,水面波动对船舶航行富余水深影响不大;船舶在中间渠道正常航行速度达到了设计指标,最大下沉量发生于船舶出厢连续加速阶段,实测上行和下行最大下沉量分别约25和13 cm,船舶在中间渠道内航行下沉量约10 cm以内,富余水深较大,通航隧洞断面设计总体合理。

基于模糊综合评价的岩溶帷幕灌浆效果分析

针对岩溶帷幕灌浆效果评价存在控制因素多、难以统筹定量分析、现行方法具有片面性等问题,提出了基于模糊综合评价法的灌浆效果评价模型。首先构建了模型因素集U、评价集V、评价矩阵R,然后确定了基于层次分析法的权系数向量D,通过模糊合成算子得到了决策集E,实现了灌浆效果多维度定量评价。并以构皮滩水电站为例对模型进行了验证分析,分析结果表明:提出的灌浆效果评价模型与现行传统评价方法具有较好的同步性,但相较于现行方法,该模型不仅可反馈灌后岩体透水率,也可诠释灌后岩体完整性和岩溶封堵程度,具有更高的评价维度和更全面真实的评价体系,具有广阔的行业推广前景。

构皮滩升船机主提升机卷筒结构焊缝疲劳强度分析

构皮滩升船机主提升机卷筒结构规模大、受力及边界条件复杂、运行频繁,且卷筒筒体的应力呈现周期性变化,卷筒焊缝可能产生疲劳破坏,因此焊缝的疲劳强度分析是卷筒结构设计的必要和重要环节。基于卷筒结构与载荷的复杂性,采用有限元分析方法计算卷筒结构的应力变化范围,其建模方法充分考虑了卷筒组与轴承座以及卷筒组各子结构的机械装配特性;采用标准“Eurocode 3”疲劳强度评估方法进行焊缝疲劳强度设计。基于有限元和“Eurocode 3”疲劳强度评估的焊缝疲劳强度设计方法,可为水利枢纽升船机设计提供参考。

乌江流域构思沙水电站大坝安全监测自动化系统建设

为了提高工作效率以及监测数据的可靠性,保证极端情况下(地震、暴雨等)监测数据的易得性,更好的保障大坝安全运行,乌江流域构皮滩、思林、沙沱水电站自动化系统采用先进的设计、建设理念,将监测站的串行链路通信方式提升到网络层,采用机架式安装方式安装现场监测站设备,经过试运行期考核,系统各项考核指标均优于规范要求。

构皮滩水电站通航建筑物第一级中间渠道布置与设计优化

构皮滩水电站通航建筑物是全线渠化乌江航道的重要环节,其中间渠道的布置关系到通航建筑物的通过能力、工程造价投资等诸多方面。为改善构皮滩水电站挡泄水建筑物占据了主河床,通航建筑物中间渠道的布置空间有限,且受到地形地质等多种边界条件制约,布置难度较大等问题,通过采用曲进直出方式过船、调整隧洞平面布置、调整错船段渡槽变宽方式、适当增加渠道断面系数等措施对构皮滩通航建筑物第一级中间渠道总体布置进行优化,有效改善了前期研究阶段总体布置方案结构尺度偏小、过船速度慢、影响通过能力等问题。研究提出的优化设计方案已成功应用到构皮滩水电站通航建筑物建设中,可为高山峡谷地区通航建筑物布置提供参考。

构皮滩水利枢纽垂直升船机设计中的关键问题研究

构皮滩水利枢纽通航设施采用三级500吨级升船机组合型式,其中第一级和第三级升船机为非全平衡式,即下水式升船机,是国内提升力最大的垂直升船机。在构皮滩通航设施布置及一、三级升船机机械布置的基础上,针对其设计中的部分难点,进行了深入的研究。介绍了构皮滩下水式升船机机械设计中的重要研究方案,讨论了下水式垂直升船机共同面临的主提升机减速器疲劳载荷和结构优化以及船厢水动力设计与试验问题。

构皮滩水电站通航建筑物第一级升船机形式与布置

根据工程总进度安排,构皮滩水电站在2008年汛后下闸蓄水,位于水库内的第一级升船机需在蓄水前完成水下部分施工。受地形地质条件、左岸缆机平台布置、施工进度要求等因素制约,第一级升船机布置和选型极其困难。本文通过对构皮滩水电站通航建筑物第一级升船机形式选择及布置方案进行研究,从技术条件、通过能力、施工工期、经济效益等方面,对采用常规全平衡式升船机形式与下水式升船机形式两种方案进行了全面比选,研究并提出了上游下水式垂直升船机创新布置方案,有效解决了升船机建设制约工程蓄水发电的核心矛盾。

乌江构皮滩水电机组水力稳定性试验研究

针对乌江构皮滩水电机组1#振动值超标,水电机组5#运行于高负荷区振动、水力不稳定等问题,进行了系统研究.采用工程测试软件Lab VIEW和美国国家仪器公司硬件对该问题制定测试方案,并对水电机组1#和5#进行了现场压力脉动试验.对试验结果进行处理分析,并根据试验分析结果推测水电机组产生不稳定性原因.针对可能的原因,采用相应处理方案对机组进行修型,最后进行试验验证.试验结果表明,水电机组1#将泄水锥由柱状改变为常规泄水锥,高负荷工况压力脉动严重的现象消失;水电机组5#对活动导叶出水边采取修薄处理,高负荷区振动轰鸣现象未消失,验证结果表明不是卡门涡引起水电机组5#高负荷区振动问题.研究结果对实际电站机组安全运行具有一定的指导意义.

构皮滩双曲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

针对构皮滩的地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,全面模拟了大坝基础的不连续岩体条件、岩石力学性质、基础处理和整体双曲拱坝,研究了基础对大坝结构变形和稳定的影响,揭示拱坝坝体和坝肩从加荷开始到破坏的整个进程和机理,从而得出了拱坝的破坏机理及超载安全能力。试验结果表明:在设计荷载P0作用下,坝体左、右岸变形比较对称,最大位移为62.1mm,发生在拱冠梁顶部。坝体在2.4P0以后进入塑性阶段;在4.4P0以后进入破坏阶段;在6.0P0以后坝体下游面出现可见裂缝;到8.6P0以后坝体最终破坏。

构皮滩升船机中间渠道通航隧洞和渡槽的尺度研究

构皮滩水电站通航建筑物采用带二级中间渠道的三级垂直升船机方案,其中第一级中间渠道由单线通航隧洞、渡槽、明渠及错船段组成。采用水工物理模型和船模试验,对第一级中间渠道的航行水力条件、单线通航隧洞和渡槽的尺度进行了系列研究。结果表明,船舶航行阻力、下沉量和渠道内水位波动随着船舶航速的增大而增大,一定航速条件下,渠道内还将产生横波,对船舶航行安全影响较大,应避免;错船段和单线渠道的连接应平顺,并应注意船舶从单线渠道航行至错船段时,因阻力减小,造成航速突然增大的影响。试验提出了不同航速条件下的单线通航渠道合理尺度,优化了错船段的位置,建议单线渠道宽采用18 m,水深不小于3.0 m,船舶航速小于等于1.2 m/s。

构皮滩水电站泄洪表孔分流齿坎的空化试验研究

高拱坝泄洪表孔增设分流齿坎可以改善下泄水流流态和水垫塘底板的压力特性,提高消能效率,但由此带来分流齿坎的空化问题。采用减压模型试验方法对构皮滩水电站泄洪表孔分流齿坎的空化特性进行了试验研究。试验成果表明:该处空蚀可能性较大,而修改方案中,此处空化强度明显减弱且未超过空化初生阶段。

构皮滩拱坝设计及优化

构皮滩拱坝坝高232.5m,坝基地质条件复杂,坝身孔口多、规模大,拱坝规模和技术难度均超出现行拱坝设计规范的控制。借鉴国内外高拱坝设计经验和最新研究成果,采用多种分析方法和模型试验,结合工程类比,对构皮滩拱坝体形、应力、坝肩稳定、抗震和基础处理等进行了研究分析,并结合工程实际施工情况,对大坝进行适当优化调整,使拱坝设计最终达到安全可靠,技术可行,经济合理。

构皮滩软岩流变模型原位载荷蠕变试验研究

针对构皮滩水电站破碎页岩进行2点原位刚性承压板载荷蠕变试验,采用1级循环加载方式,试验压力为工程应力水平,试验历时1686,2299 h。试验揭示了该软岩如下蠕变特性:在工程应力下,岩体经历起始阶段减速蠕变和682,910 h较长时间的等速蠕变后,蠕变速率趋于零,总体呈衰减蠕变,并不发生塑性流动;卸荷后,经历瞬时回弹、弹性后效,存在较大的残余变形,残余变形大于总变形的50%。提出一种加载呈弹性、卸载不回弹的单向弹簧元件[HI]描述残余变形,将其与广义Kelvin模型串联组成变异广义Kelvin模型,该模型结构简单,可综合描述软岩加载呈衰减蠕变、卸载存在较大残余变形的蠕变特性。视岩体体积变形为弹性、畸变遵循变异广义Kelvin模型,基于相应性原理推导了岩体表面蠕变方程,以岩体蠕变方程拟合试验蠕变曲线,得到了模型参数。

构皮滩枢纽软岩围岩粘弹性位移反分析研究

利用粘弹性有限元位移反分析方法对洞室围岩粘弹性变形参数及地应力条件进行了分析，并与岩体现场变形试验及地应力测量结果进行了比较。在位移反分析计算模型中，根据洞室围岩位移观测的实际情况，分别考虑了仪器埋设断面测点的设置时间和开挖工作面推进过程中的影响。通过围岩变形观测资料，对位移反分析所涉及的某些问题进行了讨论。

乌江构皮滩双曲拱坝整体稳定性分析

采用固定网格的结点虚流量法进行构皮滩拱坝坝基三维渗流场分析,建立了拱坝及坝基的整体三维非线性有限元计算模型,研究了坝体、坝基的变形应力分布规律以及屈服区、开裂区影响范围,并进行了坝体、坝基的整体稳定性分析,对构皮滩拱坝的初步设计方案作出了科学、合理的评价。

构皮滩电站水轮机水力设计回顾

尽管构皮滩电站的水头变幅并不大,但最高效率要求较高,而且设计水头附近横向权值大。为了使电站充分发挥经济效益,变流量的工况下保证出力,水轮机必须具有高效宽广的效率圈。本文通过对过流通道及转轮的研究,展示了构皮滩电站水轮机水力开发的全过程,并介绍了实现高效宽广效率圈的指导思想。通过三维粘性流CFD对通流部件进行详细分析和优化,并比较分析了三组不同导叶分布圆对性能的影响。模型试验分别在哈尔滨大电机研究所和瑞士洛桑EPFL-LMH进行。该成果已用于构皮滩电站。

构皮滩水电站岩石力学研究

针对构皮滩水电站地下厂房、边坡和坝基3大稳定问题,综述了20余年来所开展的岩石力学试验、地应力测试、工程岩体分级以及数值模拟分析等研究工作,对岩体质量评价、岩体力学特性及参数取值、软岩流变及成洞特性、岩体初始应力场、导流洞软岩段和进出口边坡稳定性以及地下厂房洞室群围岩稳定性等研究成果进行了综合分析。

构皮滩工程泄洪雾化降雨强度及雾流范围研究

构皮滩工程泄洪流量和泄洪落差巨大,泄洪水舌入水激溅产生的强降雨及雾流对工程的安全以及电站的正常运行将产生一定的影响。通过物理模型试验研究和经验公式计算的方法,对构皮滩工程大坝泄洪雾化现象进行了较为深入的研究,分析了该工程泄洪雾化降雨强度分布特性,对降雨强度及雾流影响范围进行了预测。同时通过与相似工程类比,分析了构皮滩工程雾化降雨局部雨强大,雨强变化快以及两岸雨强分布不对称的特点。物理模型研究成果与经验公式计算和工程类比成果基本一致。

构皮滩拱坝坝身泄洪振动水弹性模型试验研究

构皮滩双曲薄拱坝最大坝高232.5 m,采用表孔和中孔泄洪,水垫塘消能。坝身最大泄流量与泄洪功率居世界拱坝之首,大坝的流激振动对坝体安全的影响问题必须研究解决。采用1/150的水弹性相似模型试验和有限元法计算研究坝身泄洪引起的坝体振动问题。研究结果表明:实验模态分析的大坝满库前4阶频率和振型与有限元法计算结果甚为吻合;在给定的泄洪条件下大坝的振动位移和动应力都很小,不会对大坝整体安全构成危害,但可能出现局部疲劳损伤;大坝流激振动的主要振源是泄洪孔上的水流脉动压力;优化表孔体型和齿坎布置有助于减小坝体的流激振动。