带键槽透水底板脉动压力试验研究.pdf

《带键槽透水底板脉动压力试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4期水利水运工程学报No.42017年8月HYDRO-SCIENCEANDENGINEERINGAug.2017DOI：10.16198／j.cnki.1009-640X.2017.04.011马斌，马永磊，李昕尧.带键槽透水底板脉动压力试验研究[J].水利水运工程学报，2017（4）：76-82.（MABin，MAYonglei，LIXinyao.Experimentalstudiesofpulsatingpressuresonperviousbaseslabwithkeyway[J].Hydro-ScienceandEngineering，2017（4）：76-82.

2、（inChinese））带键槽透水底板脉动压力试验研究马斌，马永磊，李昕尧（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072）摘要：消力塘防护结构是大坝安全的第一道防线，消力塘的安全是高坝泄洪安全的前提与保障。依托向家坝物理模型，以将“主动防护”与“被动防护”相结合的带键槽的透水底板为试验对象进行试验，主要针对带键槽透水底板的脉缝隙水流压力特性、下表面的脉动压力分布规律、时空相关性、空间相关性和压力频谱特性进行试验分析。结果表明，在水跃稳定区，增设透水孔后，带键槽底板下表面及垂直缝隙处各测点脉动压强最大值和脉动压强系数有所减小；带键槽底板下表面各测点间的相关性有所

3、减小，同时涡漩的空间积分尺度与保持性减小；底板下表面及键槽处各测点的功率谱密度有所减小，并趋于低频。关键词：键槽；透水底板；脉动压力；模型试验中图分类号：TV653文献标志码：A文章编号：1009-640X（2017）04-0076-07我国有一大批坝高接近或超过300m的高坝或超高坝正在或将要建设，这些高坝多集中于高山峡谷地[1]带，例如溪洛渡、白鹤滩，面临的泄流安全问题有流量大、泄流功率大、水头高、河谷狭窄等。大坝下游河床的消能防冲设计成为一个难题，高坝泄洪消能防护安全问题十分突出。为了保护高坝下游河床和岸坡不受泄洪高速水流的严重冲刷，需修建各类消力塘防护结构构建大坝安

4、全的第一道防线，消力塘安全因此成为高坝泄洪安全的前提保障。然而，消力塘毁坏事故时有发生。1961年建成的卡娜拂俐工程，在同年8月泄[2][3]水后发现其溢洪道消力池跃首处底板完全破坏；萨扬舒申斯克水电站消力池底板两次发生破坏；刘家峡水电站底板发生溢洪道冲毁事故，底板被掀起冲走，底板下基岩被冲刷成深坑；五强溪水电站右消力池部[4]分底板块被水流掀起冲走，基岩冲坑深度超过30m，威胁大坝安全。通过对这些事故的调查，发现底板上[5]的脉动压力是造成底板发生破坏的主要原因，大量模型试验也证实了这一点。国内外学者通过对消力塘失稳机理以及对水力学特性的研究，提出从优化设计的角度出发，可

5、通过改进[6]防护结构造型来提高消力塘底板的整体抗力以减少其发生失稳破坏的风险。彭彬等利用有限元分析计算百色消力池设置键槽对消力塘底板应力与变形的影响，计算结果表明设置键槽可以有效消除板块间的不[7]均匀沉降及错台现象，增强底板块的安全。许翔分析了消力塘底板增设键槽对上举力特性的影响，分析[8]表明增加键槽之后，板块整体性得到加强，且上举力明显减小，提高了底板的稳定安全性。马斌等通过建立有限元模型，模拟键槽的工作机理，得出了在底板设置键槽可以保证消力塘稳定的结论。随着对高坝下游防护工程研究的不断深入和对一些水利工程破坏的实例分析，消力塘稳定性的研究逐[9-10]渐从“被动防

6、护”模式向“主动防护”模式转变。本文主要对“主动防护”与“被动防护”相结合的带键槽透水底板进行模型试验研究，基于模型试验结果，研究分析了带键槽透水底板缝隙水流脉动压力特性，对比收稿日期：2016-07-19基金项目：国家重点研发计划（2016YFC0401705）；国家自然科学基金青年基金资助项目（51309177）；高等学校学科创新引智计划（B14012）；高等学校博士学科点专项科研基金（新教师类）（20120032120051）作者简介：马斌（1979—），男，安徽宿州人，副教授，博士，主要从事高坝泄流安全研究。E-mail：mabin97＠tju.edu.cn通信作者

7、：马永磊（E-mail：mayonglei.arly＠qq.com）第4期马斌，等：带键槽透水底板脉动压力试验研究77分析带键槽底板增加透水孔后底板下表面脉动压力的分布规律。1模型试验及测试方法2试验以向家坝物理模型为研究对象，其最大坝高161m，最大泄量48660m／s，消能工为中-表孔交叉间隔布置的底流消能形式，共有12个表孔和10个中孔。消力塘长228m，分左右两区为平底板结构。试验模型比尺采用重力相似准则，比尺为1∶80。主要针对左半区消力塘的6个表孔和5个中孔同时泄水进行试验测量。由于要保证模型相似性，底