異形構(gòu)造水墊塘透水底板減壓降載機(jī)理研究

異形構(gòu)造水墊塘透水底板減壓降載機(jī)理研究隨著對水能資源不斷開發(fā)和利用,一大批高水頭、大泄流量的世界級水平水利樞紐已經(jīng)運(yùn)行或者正在建設(shè)。由于高速水流的復(fù)雜性,如何保證高壩消力塘的安全泄洪消能一直是許多研究人員不斷解決的難題之一。為了保護(hù)高壩下游河床和岸坡不受高速泄流的嚴(yán)重沖刷,需要修建不同的消力塘防護(hù)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建保證大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。因此,消力塘的安全穩(wěn)定性是高壩泄洪安全的前提保障,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是國內(nèi)許多研究人員不斷探索研究的新思路,比如反拱型底板、帶鍵槽底板、透水底板等新型結(jié)構(gòu)形式。本文主要依托向家壩水墊塘水彈性模型為研究背景,利用多種先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和信號處理技術(shù),對這一新型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究,基于模型試驗(yàn)結(jié)果,研究了帶鍵槽透水底板脈動壓力特性及其水動力荷載特性,從而研究了該異形構(gòu)造底板的減壓降載機(jī)理,試驗(yàn)分析研究的內(nèi)容主要包括:(1)研究了增設(shè)透水孔對帶鍵槽底板脈動壓力傳播特性的影響?；谒畯椥阅Ｐ驮囼?yàn)成果,對比分析了透水前后水墊塘塘底板上下表面以及板塊縫隙處脈動壓力大小、頻域特性和相關(guān)特性。結(jié)果如下:增設(shè)透水孔后,帶鍵槽底板下表面的最大脈動上舉力和脈動壓強(qiáng)系數(shù)都有所減小;當(dāng)H=95m時(shí),脈動壓強(qiáng)系數(shù)減小幅度都在30%以上。透水前后脈動壓力的正態(tài)性沒有發(fā)生改變;透水后,帶鍵槽底板下表面各測點(diǎn)間的相關(guān)性有所減小,透水孔起到均化調(diào)壓作用,從而有利于底板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。(2)研究鍵槽對平底板水動力荷載特性的影響。在平底板上增設(shè)鍵槽,改變底板的結(jié)構(gòu)型式,研究鍵槽的增設(shè)對底板的上舉力的影響。結(jié)果如下:增設(shè)鍵槽后,減小了底板所受到的最大上舉力和脈動上舉力,有利于板塊的穩(wěn)定性;增設(shè)鍵槽前后,并沒改變上舉力的正態(tài)性;增設(shè)鍵槽后,上舉力的主頻更趨向低頻。(3)研究透水對帶鍵槽底板水動力荷載特性的影響。通過在帶鍵槽底板上增設(shè)透水孔,研究了透水孔和鍵槽的聯(lián)合作用對底板上舉力的影響。結(jié)果如下:透水后,帶鍵槽底板所受到的最大上舉力和脈動上舉力進(jìn)一步減小,說明鍵槽和透水共同作用增加了底板的穩(wěn)定性;透水孔的增設(shè)并沒有改變上舉力的正態(tài)性;在前人的研究基礎(chǔ)上,得出了帶鍵槽不透水底板和帶鍵槽透水底板的最大上舉力和脈動上舉力之間的量化關(guān)系,對于帶鍵槽不透水底板,最大上舉力基本是對應(yīng)脈動上舉力的4倍,而帶鍵槽透水底板,最大上舉力基本是對應(yīng)脈動上舉力3倍。(4)研究了帶鍵槽透水底板穩(wěn)定性。在平底板上增設(shè)鍵槽和透水孔,對比分析了帶鍵槽透水底板與一般型式平底板水墊塘在高速泄流的沖擊作用下水動力荷載特性。分析得出:帶鍵槽透水能夠更好