溪洛渡高拱坝反拱水垫塘与平底水垫塘流场的三维数值模拟比较

采用RNG型k-ε三维紊流数学模型和自由水面"刚盖"的假定,对溪洛渡高拱坝七表孔泄洪工况下,反拱水垫塘与平底水垫塘的流场进行了数值模拟。首先把反拱水垫塘溢流中心线、两岸边附近的流速以及拱底板压强的计算值与相应的模型实测值进行了验证。在此基础上,对两种水垫塘的流态特征、近壁流速沿程扩散特征、底板压强分布等特征进行了详细比较。研究表明,两种水垫塘体型各有利弊。在水舌入水区,反拱水垫塘的流态和底板压强分布更趋合理,而平底水垫塘隅角有高压区,易产生破坏。在冲击区上下游,反拱水垫塘的流态、消能效果和底板压强分布的合理性逊于平底水垫塘。研究成果可为水垫塘型式的选择和设计提供参考。

高水头、大流量下反拱水垫塘底板块随机振动特性的研究

反拱水垫塘拱圈底板块稳定性是其在高水头和大流量作用下能否安全运用的关键技术之一。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、速度和加速度幅值的沿程分布规律及其时域特性。研究表明,反拱水垫塘与平底水垫塘最大区别在于拱圈底板块能产生锁定,锁定高度受底板缝厚度控制,控制缝隙宽度对于反拱水垫塘的稳定起至关重要的作用。

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较

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。在高水头、大流量作用下反拱水垫塘能否安全运用其稳定性是关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强、稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。

反拱水垫塘底板缝隙中动水压强特性的试验研究

对反拱水垫塘底板缝隙中动水压强的特性进行了详细试验研究 ,得出缝口动水压强阻尼特性、盲缝和通缝边界条件对动水压强幅值、时域和频域影响 ,动水压强幅值和谱密度变化规律 ,从而揭示反拱水垫塘底板稳定机理 ,说明反拱底板稳定性比平底板优越。

反拱水垫塘拱端力变化规律的试验研究

分析了反拱水垫塘底板的稳定机理 ,用先进的模拟方法和量测手段 ,对反拱水垫塘拱端力进行了详细试验研究 ,得出在约 30 0米级水头和最大坝身泄流 (双曲拱坝 ) 30 0 0 0m3 s的作用下 ,拱端力沿程及随下游水深变化的规律、其时域和频域的特性。研究表明 ,若能保证两岸山体和拱支座稳定 。

反拱水垫塘衬砌结构整体稳定性研究

本文针对拉西瓦水电站的水垫塘的反拱式底板,通过数值计算,研究了正向荷载和反向荷载作用下的锚固钢筋水平、基岩弹性模量、静水压力和板块分块数量对反拱水垫塘底板整体稳定性的影响,论证了底板的稳定性。

扬压力作用下反拱水垫塘缝隙动水压力研究

以国内某高坝工程为参照,对水垫塘排水和底板锚固措施都失效后,底板缝隙动水压力随扬压力、底板缝宽以及不同止水破坏程度这3个关键因素的变化规律进行了理论分析和试验研究。研究表明,止水正常时,由于底板表面动水压力脉动、底板振动,使缝隙动水压力大于扬压力;止水破坏后在小扬压力范围内,缝隙动水压力增大,但增幅随扬压力增大而减小、也随底板缝宽增加、或止水破坏程度增加而减小;止水破坏后在大扬压力范围,缝隙动水压力减小,但减幅随扬压力增大而增大,也随底板缝宽增加、或止水破坏程度增加而减小。分析了水工规范中底板块安全系数的不妥之处,建议用缝隙动水压力代替扬压力准确计算底板块安全系数。工程中应尽可能做好排水措施,确保水垫塘排水设施正常运行。

反拱水垫塘拱圈破坏机理研究

为了揭示高水头和大流量作用下反拱水垫塘拱圈底板的破坏机理,采用物理模型试验研究的方法,结合溪洛渡拱坝表孔水舌作用下的反拱水垫塘,在拱圈底板块之间的止水设施破坏和底板锚筋失效的条件下,对拱圈多底板块的振动规律进行研究,得到拱圈底板块振动位移沿程及沿横向分布的规律、拱圈振动底板块数目与其振动位移的关系。结果表明:-2.0≤x/bm≤1.5为拱圈失稳破坏的危险区域,缝隙宽度的累加效应为拱圈发生失稳破坏的内在原因。

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。

反拱水垫塘拱圈底板动水压强变化规律的研究

采用先进的模拟方法和量测手段,对高水头和大流量作用下反拱水垫塘拱圈底板动水压强进行了详细的试验研究。实现了拱圈位于反拱水垫塘流场中任意位置时,同步量测底板表面和底板缝隙中动水压强,得出拱圈底板动水压强沿流程以及沿拱圈横向的分布规律,揭示了底板块上举力的形成和变化机理;提出把底板缝隙动水压强划分为三种形态;提出底板块振动的可能方式;得出拱圈底板缝隙动水压强的频率分布范围比底板表面的更窄,但两者优势频率接近,脉动能量都以低频为主。

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。

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 ,拟在我国溪洛渡等 30 0m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 ,试验研究了拱坝坝身泄量达 30 0 0 0m3 /s ,反拱圈横缝止水设施破坏 ,动水压力贯入底板缝隙 ,基岩锚固力失效的极端情况下 ,反拱水垫塘底板块上举力 ,得出底板块上举力分布规律 ,脉动上举力谱密度特性等 ,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0～1Hz，脉动能量均以低频为主．

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。

反拱水垫塘淹没冲击射流水力特性研究

【目的】系统研究高坝坝身泄洪水舌在空中的运动规律,以及下游反拱水垫塘流场内的流速分布、紊流结构及底板压强分布。【方法】以溪洛渡水电站工程为例,建立高拱坝及其下游水垫塘物理和数学模型,对工况1(坝身7表孔单独泄洪)和工况2(7表孔与8深孔联合泄洪)条件下反拱水垫塘内形成的淹没冲击射流的水力特性进行研究。【结果】工况1条件下,7表孔单独泄洪时的泄洪水舌不发生碰撞而分别交错射入水垫塘;工况2条件下,7表孔与8深孔联合泄洪时的泄洪水舌在空中发生碰撞后均匀落入水垫塘。2种工况下,反拱水垫塘内形成具有横向和纵向漩涡的淹没冲击射流为复杂的三维流动,塘内临底流速大小相当,最大时均临底流速约为24m/s;水垫塘底板压强在冲击区存在峰值区,且工况1较工况2小,沿纵向分别约为70和90m范围,但工况1最大底板时均压强较工况2大,分别为1 670和960kPa,前者约为后者的1.74倍。【结论】高坝坝身表孔、深孔联合泄洪较表孔单独泄洪具有更大的泄洪能力,在临底流速大小相当的情况下可明显降低底板压强,具有更好的安全性能。

反拱水垫塘在拉西瓦特高拱坝枢纽中的应用及研究成果综述

为了实现反拱水垫塘在高水头、窄河谷、高地应力和水垫塘长度受限制条件下的应用,采用各种物理模型试验、结构仿真计算和流行元超载能力分析等多种研究方法,解决了反拱水垫塘适应条件、作用荷载、工作机理、稳定机理、破坏机理、承载能力、成拱条件、体型结构和构造等关键技术问题,实现了反拱水垫塘在拉西瓦250 m特高拱坝中的应用。连续运行半年,监测结果表明反拱水垫塘运行正常,满足设计要求。

反拱水垫塘底板块轴力在上举力作用下的变化规律探讨

为研究反拱水垫塘底板块轴力特征,以溪洛渡高拱坝和反拱水垫塘为参照,在高水头、大流量作用下,以反拱水垫塘在止水破坏、拱圈单底板块、五底板块和九底板块锚固分别失效为代表工况,对拱圈底板块的轴力在上举力作用下的变化规律进行了试验研究。研究表明,拱圈底板块轴力产生和传递的机理是,底板块上举力诱导了底板块位移和锁定,锁定后相邻底板块产生了约束轴力,同时轴力又反过来向相邻底板块传递直至拱端。轴力沿程可分为冲击强振区和上下游强振区。在冲击强振区,底板块瞬时值较大,时均值小,脉动强度最大,拱圈底板能瞬时锁定形成瞬时拱;在上下游强振区,底板块瞬时值和时均值大,而脉动强度较小,拱圈底板块能长时间锁定形成局部拱。在3个强振区,底板块轴力的优势频率在小于0.2 Hz的低频窄带。试验条件下拱圈底板块不发生强度破坏、共振破坏。反拱水垫塘运用时,应控制底板块位移、减少拱圈锁定底板块数,才能使轴力分布在合理范围。

反拱水垫塘多底板块振动特性试验研究

对溪洛渡拱坝工程建立了水力学精细模型,考虑了拱圈底板块锚固力失效,止水破坏,拱圈所有底板块横缝、纵缝和底缝完全贯通的极端情况,利用先进量测系统,测量了高水头、大流量作用下拱圈9个底板块的振动位移,揭示了拱圈多底板块位移沿流程及拱圈的分布规律。结果表明,拱圈多底板块位移特征值沿流程及拱圈呈多峰分布,拱圈在局部拱和整体拱的作用下不会发生整体失稳或强度破坏。