异型差动坎对水垫塘底板压力的影响
变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验
变缝宽异型构造底板脉动压力特性试验作者：马斌李浩韡马永磊张涛来源：《南水北调与水利科技》2016年第04期摘要：在水利工程中，水垫塘是大坝的重要安全防护设施之一，在高速水流冲击下，水垫塘的安全与稳定关系到大坝能否正常运行。
以某消力塘水工模型试验为背景，结合模型试验结果，对比分析了不同缝隙宽度对底板下表面脉动压力特性的影响。
研究表明：在水跃稳定区，带键槽底板下表面的脉动压强系数会随着键槽间的缝隙宽度的增大而增大，带键槽底板概率密度分布图的正态性较好；当键槽缝隙宽度增大时，带键槽底板可能产生的最大脉动上举力有所减小；对于相同测点，键槽缝隙宽度越大，下表面缝隙涡旋的平均尺度和脉动压力空间积分尺度都越大；随着键槽缝隙宽度变小，带键槽底板下表面的脉动能量更加集中于低频。
关键词：水利水电工程；水垫塘；键槽；模型试验；脉动压力中图分类号：TV653 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2016）04-0123-06Abstract：In hydraulic engineering，the plunge pool is the key to the safety of protecting structure.It affects whether the dam can operate safely or not under impact of high-speed water flow.Based on a plunge pool hydraulic model test and its results，this paper discussed the characteristics of fluctuating pressure acting on the under-surface of the slab with different gap widths.The analysis results showed that in the stable hydraulic jump area，the fluctuating pressure intensity coefficient of slab with keyway increased with the increase of the gap width between slot plates.The probability density distribution was in accordance with the normal distribution.When the gap width increased，the maximum fluctuating uplift force decreased.At the same point，the greater the gap width was，the greater the average eddy scale and spatial integral scale were.With the decrease of the gap width，the pressure fluctuation energy of slab was concentrated more on low frequency section.Key words：hydraulic and hydroelectric engineering；plunge pool；keyway；model test；fluctuating pressure随着我国水利事业飞速发展，一大批高坝正在兴建，高水头、大流量、窄河谷的特点导致了泄洪消能安全问题更加引人关注，许多水利工程泄洪消能建筑物都或多或少的受到冲击破坏。
溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响
基金项目作者简介湖南安乡人博士主要从事水力学及河流动力学研究溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响万五一水利水电工程系北京摘要对采测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘试验结果表明采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式可以提高碰撞消能效果关键词分流齿坎表孔中孔消能泄洪研究背景对于这种泄洪消能的布置如何充分利用水舌的碰撞消能许多学者就泄洪水舌形崔广涛等跌落水舌对河床或岸坡破坏的主要孙建等刁明军等杨家卫等玉芝对二滩水电站表孔采用俯角坝面加分流齿坎的布置进行研究还有许多学者对构皮滩湾溪洛渡对于大型拱坝的坝身表孔泄洪在表孔出口设置分流齿坎可以改变水舌的形状和落水范围其中大差动俯角坎对水舌空中碰撞效果以及水垫塘底板冲击压力的影响分流齿坎的基本布置形式分流齿坎在表孔布置中的相对位置如图所示分流如图间表孔的中间它使出口形成图溢流表孔上的分流齿坎图分流齿的常见布置形式如果齿坎设单孔泄洪试验不同分流齿坎形式对水舌形状及落水区域分布影响的模型试验结果如图图不同齿坎布置的水舌落水形状与相对位置表孔设置分流齿坎后有齿坎的部位水流上挑坎上水深变挑齿坎布置的水舌落水区域的形状如图有齿坎的部位水舌上挑无齿坎的中间形成一道较深水舌中间的纵向分布中间双齿坎布置的水舌落水区域的形状如图扩散因此可能在齿坎迎水面与表孔溢流面相交处发生空化现多孔联合泄洪试验联无齿坎情况水舌落水区域与碰撞特性联合泄洪的水舌空通过对表孔和深所示图中至至水舌落水范围示意与深孔相比角可以错开为保证水舌归槽良好相邻水舌通常叠如图此同时泄洪时表孔和深孔的水舌在空中碰撞不同齿坎方案对比性试验测试在高坝坝身泄洪表孔布置齿坎其主要目的是扩散水流改善泄既有可能减小水垫塘底板的冲击压力为了分析不同分流齿坎的布置形式对水舌碰撞和水垫塘底板冲击压无齿坎双中齿坎无齿坎三外侧边齿坎双边齿坎外侧边齿坎四无齿坎双边齿坎无齿坎五无齿坎无齿坎无齿坎联合泄洪水舌交叉碰撞特性表孔不设置齿坎时表孔水舌与深孔水舌碰撞位如果只对部分表孔设置分流齿坎距较远的深孔水舌与挑距较远的表孔水舌碰撞而去掉表孔边孔的齿坎时联合泄洪水垫塘底板冲击压力测试对以上种方案联合泄洪的水垫塘底板受到的冲击压力表在初始方案的基础上优化前后的水垫塘底板最大脉动压力过程分别如图和图由图方案优化后的水垫塘底板的冲击压力分布如图上游水位?方案一方案二方案三方案四方案五试验结果对比分析以上变化规律是各方案的共同之处除尽管和去掉齿坎可以使水舌与深孔碰撞图水垫塘底板冲击压力分布本试验方案一过将水舌分成溢流表孔采用中间齿坎的形式可能更有从水垫塘的落水区域来看孔去掉齿坎后并且直接与边侧深孔水舌充分碰撞这样有可能使边侧水舌的落水远离最大冲击点并且使碰撞后的整体落水范围在纵向更进一步扩散从而减小水垫塘底板承受的最大结论在水力学模型中研究了分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响包括单孔水舌泄洪和试验结果表明增加水舌增大碰撞后的纵向落水范围参考文献梁兴蓉孙建马麟秦玉芝黄国兵肖白云周钟。
跌坎式消力池水力特性影响因素试验研究
图 ３为传统 消力 池 内水跃 形态 示意 图 ， 通过列 １ １断面 和 — ２ —２断面的能量方程 ：
Ｅ１ ｈ１＋Ｌ１ ｉ ＋ ｎ ｓ ，
图 １ 试 验布 置 示意 图
Байду номын сангаас
Ｅ＿ ＝ ２２ 则：
。
试 验主要 对三种不 同坡 角和坎高 进行 了模 型试 验。试验 分 两组 ：） １ 坡角角度分别取 ２ 。３ 。 ４ 。 ０ ，０ 和 ５ 。在 同一坎高和尾 门高度
・
第３ ８卷 第 １ ０期 ２ ０・ ２０ １２年 ４月 ６
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲ ＣＨⅡｌＣ ＵＲＥ Ｅ Ｔ
Ｖ １３ ． ０ ｏ ． ８ Ｎｏ １ Ａ ｒ ２ １ ｐ。 ０２
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２）０ ０ ６ — ２ １０ — ８ ５ ２ １ １ —２ ０ ０
影 响到消能效果 。
其 ，＝． ＋ ） ＋５ ）日 堰 着坡角 的增大 ， 率在减 小。因此在 流量 一定 时 ， 角 的大 小 中 。（ ０ 【 ｏ （ 为 上 ｍ ０５ ４ １． 】 ５ ， 消能 坡
水 头 ， Ｐ为堰高 ， ｍ， ｍ。
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ８ ２ １ —２ ０ 作者 简介 ： 壮 （９０ ， ， 苗 １８ 一） 男 工程师
挑跌流水垫塘透水底板水动力特性试验研究
挑跌流水垫塘透水底板水动力特性试验研究
许翔;杨敏
【期刊名称】《水利水运工程学报》
【年(卷),期】2012(000)002
【摘要】结合具体工程模型试验,研究了水垫塘透水底板不同开孔率对上举力的影响.结果表明:在采用透水底板这一新型消能方式减小底板上举力的情况下,不同的开孔率对水垫塘不同位置的底板上举力会产生影响,同时还分析研究了脉动压力空间积分尺度与水垫塘底板上举力的关系,并根据试验的实测数据提出了本工程上举力的预测公式文中所阐述的透水孔开孔率对不同位置底板上举力的影响趋势,可为同类工程中透水底板的设计与施工提供一定的参考.
【总页数】6页(P15-20)
【作者】许翔;杨敏
【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TV135.2
【相关文献】
1.高拱坝挑跌流泄洪消能水垫塘底板稳定性研究 [J], 张建民;杨永全;戴光清
2.拱坝挑流坎的优化与水垫塘底板压强研究 [J], 洪新;刘亚坤;倪汉根
3.挑跌流消能防护形式中的水垫塘体型优化探索 [J], 严涛;王兴建;刘廷海;刘辉
4.高拱坝挑跌流非碰撞水垫塘消能形式研究 [J], 刘沛清;许唯临
5.挑跌流护底或不护底水垫塘控制标准研究 [J], 王继敏;郭航忠;崔广涛;彭新民;杨敏
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水闸底板测压管水位“异常”变化影响因素研究
收稿日期：２０１９ ０９ ２４ 基金项目：江苏省水利科技项目（２０１７０２８） 作者简介：张友明（１９７４—），男，硕士，高级工程师，主要从事水利工程管理及研究工作。
第 １１期
张友明，等：水闸底板测Байду номын сангаас管水位“异常”变化影响因素研究
６３
０ 引言
２ 观测数据准确性影响因素分析
扬压力是影响水闸建筑物抗滑稳定的重要因 素。测压管是水闸常用的扬压力观测设备，如三河 闸、嶂山闸、高 良 涧 闸 等。 定 期 开 展 测 压 管 水 位 观 测和成果 整 编 分 析，验 证 工 程 设 计 的 准 确 性，是 水 闸管理 单 位 承 担 的 技 术 管 理 任 务 之 一。相 关 研 究 表 ［１－５］ 明，部分大型水闸观测的测压管水位数据 出现了“异常”变化现象，表现为观测数据与采用改 进阻力系数法计算的理论值存在较大的偏差；靠近 上游侧测压管水位有时高于同期的上游水位，靠近 下游侧测压管水位有时低于同期的下游水位等。
Ｓｔｕｄｙｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆ＂ａｂｎｏｒｍａｌ＂ｖａｌｕｅｓ ｏｆｐｉｅｚｏｍｅｔｅｒｔｕｂｅｉｎｓｌｕｉｃｅｆｌｏｏｒ
ＺＨＡＮＧＹｏｕｍｉｎｇ
（１．ＴｈｅＨｏｎｇｚｅＬａｋｅＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＰｒｏｊｅｃｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔＯｆｆｉｃｅｏｆＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈｕａｉ＇ａｎ２２３１００，Ｊｉａｎｇｓｕ）
针对测压 管 水 位 “异 常 ”变 化 问 题，科 研 院 所、 水管单位从测压管布置、有效性、地基土承压水、温 度等 方 面 开 展 专 项 研 究，如 三 河 闸 于 １９６３年、 １９９２年、２００８年、２０１６年专题研究。基于已有研究 成果，调研江苏省 ６座大型水闸测压管水位观测情 况，从闸基土质、温度场、工程运行等方面进一步分 析影响测压管水位变化的主要因素，进而分析其与 水闸沉降的关系。对研究水闸扬压力变化规律，具 有一定的参考作用。
消力池或水垫塘底板稳定性设计与防护
消力池或水垫塘底板稳定性设计与防护
刘沛清
【期刊名称】《水力发电》
【年(卷),期】2001(000)010
【摘要】以往在消力池或水垫塘底板的稳定性设计中,很少注意板块上脉动荷载的作用.近年来,由大多数底板块失事工程事故分析表明,脉动压力在底板块的破坏过程中是一个不可忽视的要素,有些工程甚至起决定作用.因此,板块的稳定性设计必须考虑脉动荷载的作用,特别是对于中、高水头工程.为此,对考虑脉动荷载的板块稳定性设计方法进行了详细的分析,提出了不同工况下的计算公式,并对增强板块稳定性的各种必要措施进行了讨论,以望供设计部门参考.
【总页数】3页(P53-55)
【作者】刘沛清
【作者单位】北京航空航天大学,
【正文语种】中文
【中图分类】TV653.1
【相关文献】
1.反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较 [J], 孙建;陈长植
2.高坝泄洪水垫塘底板防护安全研究 [J], 高星江
3.水坝水垫塘底板块稳定性设计与施工 [J], 刘晓燕
4.消力池底板块的失稳破坏机理及其防护措施 [J], 刘沛清;刘心;李福田
5.高拱坝下游水垫塘底板块稳定性设计 [J], 刘沛清
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
谷幅变形对白鹤滩水电站反拱底板水垫塘应力状态的影响分析
谷幅变形对白鹤滩水电站反拱底板水垫塘应力状态的影响分析李琪;徐建荣;赵兰浩
【期刊名称】《水资源与水工程学报》
【年(卷),期】2022(33)4
【摘要】目前,国内外一些高拱坝工程在蓄水后已有谷幅变形的现象产生,谷幅变形不但影响拱坝性态变化,已有实例还表明其可能影响到下游消能建筑物的正常运行。
为分析谷幅变形对白鹤滩水电站消能建筑物运行状态的影响,运用边界位移法进行
有限元分析,模拟不同谷幅变形量作用下反拱底板水垫塘无水检修工况及正常运行
工况的应力状态,分析弹性结构缝的不同布置方式对水垫塘在谷幅变形作用下应力
状态的影响。
结果表明:随着谷幅变形量的增加,水垫塘的应力也不断增大;当水垫塘顶部的谷幅变形量不大于50 mm时,无缝结构水垫塘的安全是可控的,且蓄水可以
减小谷幅变形对水垫塘结构不利应力的影响,设置弹性结构缝可能会增大其不利应力。
【总页数】7页(P178-184)
【作者】李琪;徐建荣;赵兰浩
【作者单位】河海大学水利水电学院;中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TV223.21;TV741
【相关文献】
1.反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较
2.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
3.反拱水垫塘单底板块振动特性的理论分析与试验研究
4.反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性的比较
5.白鹤滩水电站施工期谷幅变形监测分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
万家口子水电站泄洪消能布置优化研究
摘 要： 云南万家 口 子水电站 大坝 坝址河谷狭 窄， 泄洪能量大 ， 水头高， 泄洪消能难度 大。文章结合模型试验 ， 通过 对表、 中孔泄流建 筑物体型参数进行优化设计 ， 使各孔水流在跌 落下降过程 中先扩散后碰撞 ， 有效地减 小了下泄水
流 进入 水 垫塘 的 动 水 压力 ， 降低 了水 垫塘 内 消能 压 力 ， 证 大 坝和 消 能建 筑 物 的安 全 。 保
４ ８
李布雳 ， 春军 ， 盘 罗秉 珠 ： 家 口子水 电站 泄 洪 消 能 布 置 优 化研 究 万
பைடு நூலகம்
碰撞 消能 ， 水舌 在纵 向上尽 可 能地拉开 与分散 ， 使 削 弱射 流 的集 中强度 ， 并在 下 游 设水 垫 塘 来集 中消 杀
根据 万家 口子 水电站大 坝坝址地形 、 地质情况 ， 以及挡水建 筑物所 采 用 的碾压 混凝 土 拱 坝 的型式 ， 将泄水 建筑 物 布 置 在 坝身 是 合 理 的和 经 济 的 。然 而 ， 水建筑物 布置在坝身 ， 采取特 殊出流措 施 将泄 不
程 １ ３ ． ｍ， ７０ 表孔单孔宽度 １ ． ｍ， ３ 弧形 ４ ２０ 共 孔； 工作 闸门挡水尺 寸 ｂ×ｈ 宽 ×高 ） ２０ｍＸ１ ． （ ＝１ ． ３０
工程 以发 电为主 ， 电站装 机 容 量 １０ＭＷ。水库 两 ８ 岸多为基 岩 裸 露 ， 四系 松 散层 覆 盖较 少 ， 被 发 第 植 育， 两岸坡 度 ５ 。 ０ ， ０ ～７ 。局部 形 成 陡崖 ， 石 以中厚 岩 层灰岩和 厚 层 灰 岩夹 白云岩 、 白云 质灰 岩 、 质 页 砂
４１ ３
２２ ３１ １４ ８９
５９ ４
表孔／ 水垫塘 表孔／ 水垫塘
泄洪洞／
不同掺气浓度对水垫塘底板荷载影响
不同掺气浓度对水垫塘底板荷载影响
近年来,我国的水利水电工程建设取得飞速的发展,水利工程的规模一次次
的刷新记录,所建设的大坝具有高水头、大流量、窄河谷的泄洪消能特点,水垫塘作为近坝消能的主要形式,其自身在高速水流冲击下的安全性与稳定性,是水垫
塘实现消能、防冲的关键性所在。
对此,国内外许多学者从工程水力学的理论分析和模型试验方面对水垫塘塘内水动力荷载进行了大量的研究,但是对掺气条件下水垫塘底板的荷载变化情况却研究较少,在高速水流中,掺气减蚀是一种早已
被验证,行之有效的减免泄槽空蚀破坏的手段,对高速水流掺气,可以有效的改善负压对泄水建筑物的破坏作用,但掺气浓度对底板壁面脉动压强的影响研究较少。
本文以水工模型试验为主,结合理论分析方法,采用数理统计手段,分析掺气浓度对水垫塘底板荷载作用影响。
主要研究成果如下:(1)引用紊动冲击射流研究成果,详细的分析了水垫塘内的水流流态特征,并对冲击射流和淹没水跃的典型
混合流态进行横向、纵向、水平向水流结构分区。
(2)利用数理统计手段,对压力传感器采集的随机数据进行了分析,研究脉动压强的幅值特性、概率密度分布特性、频谱特性。
(3)研究了在泄槽段增设掺气坎,对水垫塘塘内水体掺气浓度的影响,分析其沿程变化规律和沿水深的变化规律。
(4)详细的研究了不同工况下,分别以入塘流量、塘内水垫深度、掺气浓度为因变量下,脉动压强的幅值、概率密度分布、频谱特性变化情况,归纳其变化规律。
跌坎型底流消能工冲击区时均动水压强分布与抗冲磨强度确定
跌坎型底流消能工冲击区时均动水压强分布与抗冲磨强度确定吴智源;张建蓉;崔召;徐庶伟
【期刊名称】《南水北调与水利科技》
【年(卷),期】2015(013)006
【摘要】在跌坎型底流消能工消力池内水流流态分区的基础上,根据自由紊动射流理论,得出不同入射角度下冲击区时均动水压强半经验公式.利用冲击区底板时均动水压强分布图,在角度和流量不变的工况下,跌坎的变化对底板时均动水压强的影响,以及角度跌坎不变的工况下,流量的变化对底板时均动水压强的影响,显示出冲击区最易遭受冲磨与破坏的区域.以某水库工程为例,由实测数据推求经验公式相关参数,验证经验公式的可行性,进一步结合临底流速求出消力池底板混凝土抗冲磨强度分布图,对底板分区,为合理确定消力池底板混凝土强度等级提供参考.
【总页数】6页(P1118-1123)
【作者】吴智源;张建蓉;崔召;徐庶伟
【作者单位】昆明理工大学电力工程学院,昆明650500;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650500;昆明理工大学电力工程学院,昆明650500;昆明理工大学电力工程学院,昆明650500
【正文语种】中文
【中图分类】TV653
【相关文献】
1.跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用 [J], 杨宇;张家明;陈维亮
2.跌坎型底流消能工的跌坎最小深度研究 [J], 崔召;张建蓉;张强
3.跌坎型底流消能工冲击区时均动水压强计算与试验 [J], 田野;王海军;林赛;蒋霖波
4.跌坎式底流消能工跌坎深度确定及工程应用 [J], 曾园园;赵伟;许鑫鑫;王海军
5.跌坎深度对跌坎型底流消能工水力特性影响的数值模拟分析 [J], 郑雪;付腾吉;张闻辉;钟志镭
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
异型差动坎对水垫塘底板压力的影响
异型差动坎对水垫塘底板压力的影响郭学仲;王影;赵青【摘要】采用异型差动坎消能形式,使拱坝表孔水舌呈分层立体出流、入水分区形态,解决了水垫塘底板冲击压力过大的问题.首先假定水舌入水区域,经计算选择各差动齿坎的参数,再通过模型试验验证,优化调整各参数间的关系,推荐合理的拱坝消能方案.文中结合工程实例,介绍了畀型差动齿坝在拱坝表孔上的应用.【期刊名称】《东北水利水电》【年(卷),期】2010(028)003【总页数】3页(P47-49)【关键词】拱坝消能;异型差动坎;水舌形态;底板冲击压力【作者】郭学仲;王影;赵青【作者单位】中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林,长春,130021;中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林,长春,130021;中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林,长春,130021【正文语种】中文【中图分类】TV653+.9高150m左右的拱坝工程共同特点是上游一般是暴雨区，洪水来流量大；坝下游河谷狭窄、山高坡陡。
坝顶设3个溢流表孔，坝身不设或设一个、两个中孔，洪水全部由坝身下泄，泄洪能量完全由坝下游水垫承担，对坝下游产生较大的射流冲击。
因此表孔末端的挑流体形是消能的关键。
由于高速水流具有灵敏性，故利用各孔不同形式的差动坎，使水流导向和水股变形，对高速水股进行定向抛射，达到空中扩散消能，并跌入位置适宜的下游水垫中。
使水下不叠加、不集中，分散消能，减少入水单宽流量，从而减小水垫塘底板受力或坝下游河床冲深。
1 差动坎的参数选择以四川某工程为例，最大坝高127m，最大泄流量3286m3/s，坝顶设3个溢流表孔，孔宽12m。
原方案为挑流消能，泄洪时水舌入水较集中呈“一”排开，使坝下游冲深达22.0m。
推荐方案是3个表孔为俯冲跌流式、出口末端设异型差动齿坎和坝下设水垫塘消能形式。
为减少工程量，节省投资，要求尽可能地降低二道坝的高程和减少水垫塘的长度。
因此，若使水垫塘底板受力小，则须水舌落水适当横向扩散充满河道，纵向拉开增大入水范围，充分利用下游有限的水体消能，减小入水单宽流量。
舌形挑流鼻坎水力特性研究
舌形挑流鼻坎水力特性研究朱雅琴 张法星 许唯临(四川大学高速水力学国家重点实验室,成都610065)摘要基于拱坝表孔泄洪的水槽实验,分析了舌形挑坎曲率和挑角的变化对水流横向扩散及下游水垫塘底板时均压力的影响。
在不同泄流量和下游水深条件下,对不同曲率和挑角的舌形挑坎以及常规挑坎进行了比较研究。
结果表明,水流经过舌形挑坎时流态稳定,水舌横向扩散明显。
在挑坎末端高程相同的条件下,下泄流量较小时,曲率和挑角越大,水舌单宽流量的横向分布越均匀,水垫塘底板最大时均压力越小;大泄流量时,曲率和挑角不宜过大,以保证水舌扩散效果。
关键词 舌形挑坎 横向扩散 时均压力 水垫塘中图法分类号 T V135.2; 文献标识码 A2004年1月13日收到国家自然科学基金(50279022)资助第一作者简介:朱雅琴(1980)),女(汉族).江西新干人,硕士研究生.挑流消能的基本原理就是利用高速水流所挟带的巨大动能,因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游,使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全[1]。
水流在空中及水下射程中应尽可能分散,以利于通过剪切和混掺消杀大量能量。
在国内外众多高坝泄水建筑物中,挑流消能方式的应用最为广泛。
挑流消能的关键之一是挑坎体型的选择。
随着坝工建设的蓬勃发展,各具特色的挑坎体型陆续出现,其中连续坎、差动坎、高低坎、窄缝坎以及为适应地形变化提出的斜挑坎和扭曲挑坎等应用较广。
连续坎构造简单,不易发生空蚀破坏,但挑流时水股密实集中,高水头大流量时,下游河床冲刷较深;差动坎是齿、槽相间的长挑坎,齿的挑角大于槽的挑角,射流挑射时水股上下错开,加强在空中的扩散作用,故可减轻下游的局部冲刷,但齿的棱线和侧面易受空蚀破坏;斜挑坎是坎顶与水流方向斜交,因而挑距逐渐变化,适用于宽度相对较小的岸边泄洪建筑物,目的是使射流的入水位置满足预期要求;扭曲坎是在斜挑坎基础上发展起来的,对长边墙一侧的槽底设置超高或贴角,使射流在挑射过程中转向变形,使射流落到河床中泓线附近,并沿河槽顺着水流方向散开,适用于峡谷高坝泄水孔和岸边泄洪建筑物;高低坎常用于混凝土坝的表孔、中孔和底孔,主要利用坎的高程差,当各坎射流同时挑射出去时,在空中互相冲击而消杀大量能量,对改善下游河床冲刷有明显效果;窄缝坎多用于峡谷高坝泄洪建筑物的末端,由于两侧边墙沿程缩窄,过流宽度逐渐束窄,末端宽度常在原有宽度1/2以下,挑出的射流呈窄而高的矩形,基于挑射水股在空气中获得充分的竖向和纵向扩散,水舌进入下游水垫转为很窄的长条形,不仅局部冲刷大为减轻,同时,能满足峡谷高岸坡稳定的要求[2]。
小议水坝水垫塘底板块稳定性的设计与施工
小议水坝水垫塘底板块稳定性的设计与施工发表时间：2009-02-24T10:45:19.623Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：张会军[导读] 回顾近年的主要研究成果，我国在泄洪消能方案的选择和布置方面，已取得相当成功的先进经验，提出了“分散泄洪，分区消能，按需防护”的综合治理措施，在坝身泄洪方面采用了“分层多孔，上下差动，摘要：回顾近年的主要研究成果，我国在泄洪消能方案的选择和布置方面，已取得相当成功的先进经验，提出了“分散泄洪，分区消能，按需防护”的综合治理措施，在坝身泄洪方面采用了“分层多孔，上下差动，水流撞击”的布置形式.但在水垫塘消能防护方面目前尚缺乏统一的认识，特别是对水垫塘消能机理、控制标准、体型设计和底板块防护设计等方面尚须作进一步的研究工作。
这里主要针对倒梯形平底水垫塘底板块的稳定性设计进行论述。
关键词：水垫塘板块稳定性 0 引言拱坝下游水垫塘体型，一般根据地形的要求多数采用倒梯形复式断面，亦称平底水垫塘。
此时，水垫塘底板的稳定性设计由单个板块的受力分析获得。
对于高拱坝下游水垫塘，底板受到强烈的射流冲击和脉动压力的作用，特别是底板上脉动压力变化相当剧烈，造成板块间止水破坏的可能性是不能忽视的.因此在板块的稳定性设计中，必须考虑脉动荷载.根据“溢洪道设计规范”SDJ341-89，水垫塘底板的稳定性设计可由最不利运行工况下板块的受力分析给出。
一般底板的设计至少应考虑两种不利工况：①水垫塘正常运行工况；②水垫塘检修放空工况。
1 水垫塘正常运行工况在这种运行工况下，通常假定水垫塘底板止水未破坏，但排水失效。
因此，在板块的受力分析时，须考虑的力有：板块的重力，板块和基岩的锚筋力，板块下的扬压力，底板上由大尺度紊流压力脉动引起的脉动荷载。
由板块受力分析可得，板块的稳定性条件为(P-P′max)+G+FR-Fu≥0 (1) 式中，P和P′max分别为板块顶面上的时均压力和脉动压力，P-P′max为板块顶面上的瞬时压力；G为板块的重力；FR为板块和基岩的锚筋力；Fu为板块下的扬压力。
高拱坝下游水垫塘底板块稳定性设计
高拱坝下游水垫塘底板块稳定性设计刘沛清(北京航空航天大学五系流体所)摘 要 本文分别对高拱坝下游平底水垫塘和反拱水垫塘底板块的稳定性问题进行了分析，并通过对板块的受力分析建立了相应的稳定性条件。
结果可供设计部门应用。
关键词 水垫塘，底板块，稳定性条件。
本文于1998年11月4日收到.本 文得到国家自然科学基金项目的资助(批号：59679004)1 高拱坝下游水垫塘的消能机理、体型设计与板块的防护问题挑跌水流落入下游水垫塘后，具有相当大的机械能(动能)和对河床底部的冲击力。
为了避免下泄的高速射流对河底的冲刷破坏，要求坝下游水垫塘有足够的深度和体积，以消刹下泄集中射流的能量，并通过射流在水垫塘内的充分扩散，减轻其对河床底部的冲击能力(包括压强和流速)。
射流在水垫塘内的流动结构和特征虽然较为复杂，但宏观上可看作为淹没冲击射流和淹没水跃的混合流态，水垫的消能机理实质上类似于淹没射流和水跃的消能机理。
从流态结构看，进入水垫塘中的射流为淹没冲击射流[1]，即沿主流方向存在三个不 同性质的子区域，自由射流区(Ⅰ)、冲击区(Ⅱ)和壁射流区(Ⅲ)。
其中，Ⅰ区内主流近似按 直线规律扩散，但扩散角一般比空气中的射流大，并由于卷吸的作用，在主流区两侧各形成一旋滚区；在Ⅱ区内射流受到底板的折冲，主流转向，流速迅速减小，压强急剧增大，由该区产生的强大冲击压力是造成底板块失稳破坏的主要根源；而在Ⅲ区内，高速主流贴底射出，其沿程的扩散规律类似于壁射流，但随水垫深度的增大，主流顶部的表面旋滚区逐渐被淹没于水下，形成淹没混合流。
从消能观点看，水垫塘的消能机理实质上是主流在沿程变化的过程中所发生的能量传递、再分配和耗散的过程，主流的时均动能通过强紊动剪切和扩散作用不断地传递给紊流脉动(用以紊动生成和紊动耗散)和塘内的大尺度旋涡区(以维持这些大尺度旋滚区的转动)，同时在这种能量的传递、再分配过程中伴随因时均剪切作用引起的粘性耗散.一般而言，对于挑跌流式水垫塘消能型式，单位体积消能率η＜20kW/m 3，我国二滩等工程坝下水垫塘最大单位体积消能率η=10～15kW/m 3。
射流形状对水垫塘底板冲击动压特性的影响
射流形状对水垫塘底板冲击动压特性的影响卢艳娜;李龙国;李乃稳;刘超;邓军【摘要】高坝工程坝身泄洪水流对下游水垫塘底板的冲击动压是水垫塘底板失稳破坏的重要因素.通过物理模型试验的方法详细分析了斜向淹没冲击射流形状(射流长度与宽度之比)对水垫塘底板的冲击动压分布特性影响,结果表明:随着射流长宽比的增加,射流入水形状由宽扁形横向扩散入水转变为窄长形纵向扩散入水,水垫塘底板上的冲击动压和脉动压强先增大后减小.同时,上游水位及下游水垫深度对冲击动压值及分布也存在较大影响,冲击动压值随上游水位增加而增大,随下游水深增加而减小.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2014(012)006【总页数】4页(P89-92)【关键词】冲击射流;射流形状;压力特性【作者】卢艳娜;李龙国;李乃稳;刘超;邓军【作者单位】四川大学水利水电学院,成都610065;四川大学水利水电学院,成都610065;四川大学水利水电学院,成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,成都610065;四川大学水利水电学院,成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,成都610065【正文语种】中文【中图分类】TV135.2Abstract:The impact pressure on the plunge pool bottom caused by the flow discharge of high dam is a key factor to lead to the instability of the plunge pool.In this paper,the effects of the submerged jet flow shape (aspect ratio of jet flow length and width) on the impact pressure distribution in the plunge pool bottom were investigated based on the physical model tests.The results showed that with the increasing of aspect ratio,the shape of jet flow varies from the wide-flat shape with horizontal diffusion to the long-narrow shape with vertical diffusion,and the impact pressure and fluctuating pressure on the plunge pool bottom increase first and then decrease.In addition,the upstream water level and downstream water depth have great effects on the impact pressure in the plunge pool bottom,and the fluctuating pressure increases with the increasing of upstream water level but decreases with the increasing of downstream water depth.Key words:jet flow;aspect ratio;pressure characteristics处于狭窄河谷中的高坝工程，其泄洪消能是工程的关键性技术问题，主要采用坝身孔口泄洪和岸边泄洪相结合的泄洪消能方式，而通过坝身宣泄洪水是最为经济的一种泄洪消能形式[1]。
反拱水垫塘底缝隙中的动力水压强特性的试验研究
等设施 ， 最后灌浆封填 为一 连续拱 圈结 构 ，在 动水 荷载 作用 下 ， 圈向拱 心位 移 ， 拱 拱圈下 表
面与基 岩间会 形成一个贯通底缝面 。因此 ， 试验模型可简化 为一个 由反拱圈 、 圈上 下游横 拱 缝和贯通底缝 面组成 的拱圈系统。
试验在溪落渡整体 水垫塘模型 中进行 ， 型按重 力相似 准则 设计 ， 模 比尺 １０ ５。拱 圈和脉
二 、 隙 中动水压 强影 响 因素分 析 缝
设 动水压强 Ｐ 为平稳随机过程 ， 大瞬时值 Ｐ 平 均值 和脉动压强均方根 口 称 （） 其最 、 ，
为幅值特性 ； 自相关 函数 （ ）互相关 函数 （ ）时空相 关 函数 （ ）称 为时域 特性 ； 其 ｒ、 ｒ、 ，，
自谱密度 ｓ ）互谱密度 ｓ ）称为频域特性 。设 Ｐ为其 幅值 、 （ ， （ ， 时域和频域特性集合 ， 则
槽并镶人 。考虑 两种缝 隙边界条件 ： 一是 拱圈上 、 下游侧均 为 敞开缝 隙 ， 与底板 和 基岩 间底 缝 贯通 ， 称通缝边界条件 ； 二是 下游缝 隙堵塞 ， 隙有上 游人 口而无缝隙 出 口， 缝 称盲缝 边界 条
目家 九五 重点科技攻关取日： － １ ５ ２ ２ ９ ２ ． ． ． 和国家 自然科学基金资助项目： ９９ １ ６２ ０ ０ ０ ５ ７ ０ ９ ０
＊本 文 为第 一作 者在 博 士 论 文期 间 完成 的部 分内 容 ． 在 西 安理 工大 学 水 电学 院 工作 。 现
车 文 于 ２ｏ 年 ７月 ２ ０１ ６１ ３收到 。
维普资讯
孙
建 等 ： 拱水 垫 塘 底板 缝 隙 中动木 压 强 特性 的试 验 研究 反
Ｐ ＝ ［ ， 口 Ｒ（ ） （ ） （ ） ｓ ） ｓ （ …］ Ｐ Ｐ， ， ｒ ， ｒ ， ｒ ， （ ， ） （） １ 根据缝 隙 中动水压强传播 机理的分析 ， 为 Ｐ的主要影 响 因素为 ： 认 水流参 数如人 水 流速、 人 水角等 ； 以下游水面高程表示 的水 垫深 度 五 ； 拱 体型参 数 如反 拱形式 、 反 反拱 半 径 、 反拱 中 心角等 ； 测点在缝隙 中的相对位 置 ， 括测点桩号 、 包 沿径向横 向弧坐 标 ｓ 和高程 。 当
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
４７ ・
水 利科 期
顶竖 直 方 向 水 深 ， ｈ 坎 项 平 均 水 深 ， ＾ 坎 ｍ；一 ｍ；广 顶至 水 垫塘 底 板 高 差 ，Ｉ 咖 堰 面 流 速 系 数 ， １； 一 Ｔ 采
游较 远 的 水垫 中 ； 另一 种是 齿 槽 水 流 ， 它沿 着 堰 面
用东勘院的经验公式 ： ＝ 卜
（ ５） ９
其 中 ， Ｓ 为堰 面 流程 ，Ｉ １。 Ｔ 式（） ， １ 中 由于 ｈ 大 于 ｈ ， ２远 １故可 不 计 ｈ 值 ， １
个 表 孔 为俯 冲 跌 流 式 、 出 口末 端 设 异 型 差 动 齿坎 和 坝 下设 水 垫 塘 消能 形 式 。
式 中 己 水 舌 挑 距 ， ， 虑拱 坝 水流 向心 集 中影 一 ｒ 考 ｎ 响． 则 还应 乘 以 ０９￣ ．５的折 减 系数 ： 一 坎 顶 ．０ ０９ ．
满 河 道 ， 向拉 开 增 大 入 水 范 围 ， 分 利 用下 游 有 纵 充 限 的 水体 消 能 ， 小入 水 单 宽流 量 。 由于 河道 狭 减 但
般是暴 雨 区， 水来流 量大 ； 下 游河谷狭 窄 、 洪 坝 山
高 坡 陡 。 坝顶 设 ３个 溢流 表 孔 ，坝 身 不 设 或 设 一 个 、 个 中孔 ， 水 全 部 由 坝 身 下 泄 ， 洪 能 量 完 两 洪 泄
以 四川 某 工 程 为例 ， 大 坝 高 １７Ｉ， 大 泄 最 ２ Ｉ最 Ｔ
流 量 ３ ２ ６ｍ，ｓ ８ ／ ．坝 顶 设 ３个 溢 流 表 孔 ，孔 宽 １ ２ ｍ。原 方 案 为挑 流 消 能 ， 洪 时 水 舌入 水 较 集 中 呈 泄
“
一
在从 挑 坎 挑 出至 落入 下 游水 面运 动 期 间 的水 舌挑
窄 加 之拱 坝 各 孔 射 流 向心 集 中的作 用 ，要 实现 水 舌横 向 、 向有 较 大 的扩 散 ， 度 很 大。为此 ， 用 纵 难 利
异 型 差 动 齿 坎 （ 各 表 孔 选 择 不 同 形 式 的 差 动 即
全 由坝下游水垫承担 ，对坝 下游产 生较 大的射流
中击 。 此表 孔 末 端 的挑 流体 形 是 消能 的关键 。由 因 于 高 速 水流 具 有 灵敏 性 ，故 利 用 各孔 不 同形 式 的 差 动坎 。 水 流 导 向和 水股 变 形 ， 高 速 水股 进 行 使 对
距 可 按 下式 估 算 １ ｌ ：
＝
÷ ｓ ｃ Ｖａ２２， ］） ｎ ，Ｏｖ ０ｇ＋ （ ｏ ｌ ＋（ｈ １ ｓ ｓ ｈ￣ ｉ ｎ
＝ ． １ 咖 ／ｇ １ ｖ ． 、２ １ １
” 开 ． 坝 下游 冲 深达 ２ ． １ 。推 荐 方 案是 ３ 排 使 ２０ １ １
ｈ１ ＝ｈ／ ｏ Ｏ ｃ ｓ
介 绍 了异 型 差 动 齿 坝 在 拱 坝 表 孔 上 的 应 用 。
［ 键词 ］拱坝 消能 ； 关 异型差动坎 ； 水舌形 态 ； 底板 冲击压 力 ［ 中图分 类号］ Ｖ６３． Ｔ ５＇ ９ ［ 文献标识码 ］ Ａ
高 １ ０１ 左 右 的拱 坝 工程 共 同特 点 是 上 游 一 ５ Ｉ Ｔ
［ 要 ］采用异 型差动坎 消能形 式 ， 拱 坝表孔 水舌 呈分层 立体 出流 、 水分 区形 态， 摘 使 入 解决 了
水 垫塘底板 冲击压 力过 大的 问题 。 首先假 定水 舌入 水 区域 ， 经计算 选择 各差动 齿坎 的参数 ， 再
通过 模型试验 验证 ， 优化调 整各参数 间的 关 系， 荐合理 的拱 坝消能方案 。 中结合工程 实例 ， 推 文
定 向抛 射 。 到 空 中扩 散 消 能 ， 跌 入 位 置 适 宜 的 达 并
下 游水 垫 中。使 水 下 不 叠加 、 不集 中 ， 散 消能 ， 分 减 少 入 水单 宽 流 量 ．从 而 减 小 水 垫 塘 底 板 受 力 或 坝
下 游河 床 。 中深
１ 差 动坎 的参数选择
俯 角跌落在距坝较近的水垫 中。两边孔挑流坎的
侧 向扩 散 使 流 经 齿 面 的 孔 口水 流 在 空 中 侧 向 交 汇， 并与 齿 槽 水 流连 成 一体 ， 自形成 近似 １４椭 各 ／ 圆形 水舌 ， 两边 孔水 舌在 下游 水 面 搭 接 ， 成 大 缺 形 口椭 圆弧 线 。 中 间孔 水流 在 跌 流 坎两 侧 扩 散 作 用 下， 与其 两侧 齿槽 水 流 连成 一 体 ， 成 小 缺 口椭 圆 形
２ １年 第 ３期 ００
［ 文章编号 ］０ ２ ０ ２ （ ０ ｏ） ３ ０ ７ ３ １０ － ６ ４ ２ １ ｏ —０ ４ 一ｏ
东 北水 利水 电
水利科 研
异型差动坎对水垫塘底板压力的影响
郭 学仲 ， 影 ， 青 王 赵
（ 中水 东北 勘 测设 计 研 究 有 限责 任 公 司 ． 吉林 长春 １０ ２ ） ３ ０ １
水 面 流 速 ， ｓ 一 坎 顶 平 均 流 速 ， ｓＨ 一 水 库 ｍ／； ｍ／； 水 位 至 坎 顶 的 落 差 ， 挑 坎 的 挑 角 ， ； ｉ 坎 ｍ； 。 ｈ一
．
为减 少工程量 ， 省投 资 ， 求尽可 能地 降低 节 要
二 道 坝 的高 程和 减 少 水 垫 塘 的长 度 。因 此 ， 使 水 若 垫 塘底 板 受 力小 ，则 须 水 舌 落 水 适 当横 向扩 散 充
坎 ） 分 散来 流 水 股 ， 水 舌 入 水 分 区分 层 ， 弧 线 ， 让 沿
散开 。通 常在 左 右两 个 边 孔设 挑 流 坎 ， 中间孔 设 在 跌流坎 。 １１ 差动 齿坎 高度 的确 定 ． 由于表 孔 堰 面 出 口为 俯 角 ３ ｏ 需 控 制 表 孔 末 ５， 端 各 差 动坎 上 水 舌 的 挑 距 ，才 能 使各 孔 水 舌 入 水 分 区 。 因此 ， 据 质 点 运 动 的 抛 射 理论 ， 到 水 舌 根 得