高拱坝挑跌流水垫塘水力特性及其稳定安全研究

论文摘要

高拱坝工程一般具有“高水头、大泄量、窄河谷、水流向心集中”等特点,泄洪消能布置十分重要且复杂,挑跌流水垫塘是一种采用较为普遍且经济的坝身泄洪消能布置形式,其水力特性及安全稳定性尚需要进行深入研究。本文在整理分析前人研究成果的基础上,以某高拱坝工程水垫塘为研究对象,结合国家重点研发计划项目（枢纽泄洪运行安全实时调控技术2016YFC0401904）课题内容,采用水工整体模型试验及数值模拟计算研究手段,通过泄水建筑物结构型式调整、水流条件变化等对坝身泄洪消能问题重点是水垫塘的水力特性响应及安全稳定性进行了研究。主要研究内容及成果有:（1）研究了不同中孔挑角组合工况（-5°,0°,5°,10°）碰撞消能的水垫塘水力特性,确定了挑跌流碰撞消能水舌碰撞交汇夹角α、碰撞叠加比γ、入水面积A与底板冲击压力ΔPm的相关关系:随着中孔挑角的增大,表孔水舌与中孔水舌碰撞点位置向上游偏移,水舌碰撞点高程抬升;适当增大中孔挑角,可以增大水舌碰撞交汇夹角α,保证一定的空中碰撞消能率,而减小碰撞叠加比γ,可以分散水流,扩大入水面积A,减轻水垫塘底板冲击压力ΔPm。（2）研究了不同表孔体型（边表孔均采用等宽式,中表孔分别采用扩散坎、宽尾墩、舌形坎、燕尾坎等形式）碰撞消能的水垫塘水力特性响应关系,分析了结构型式的改变对底板冲击压力ΔPm底、边墙冲击压力ΔPm边和二道坝冲击压力ΔPm坝三者之间的影响,水垫塘整体安全稳定应同时权衡水垫塘底板、边墙及二道坝等水力特性,燕尾坎-20°方案相对而言效果较好。（3）基于边表孔出口等宽式+中表孔燕尾-20°+中孔挑角（0°-10°-10°-0°）的相对较优方案,对水垫塘安全稳定控制指标（单位水体消能率、脉动压力均方根、最大冲击压力、压力梯度等）进行了初步分析,同时比较了水流条件改变对底板动水压力冲击区范围及压力梯度变化的影响并分析了其基本规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 前人研究成果
•     1.2.1 高坝泄洪消能
•     1.2.2 消力池与水垫塘
•     1.2.3 水垫塘结构型式
•     1.2.4 水垫塘内水流的流态特征
•     1.2.5 水垫塘底板失稳机理
•     1.2.6 水垫塘底板稳定控制指标
•   1.3 本文的研究工作
• 第二章 不同中孔挑角碰撞消能水垫塘水力特性
•   2.1 研究对象概况
•     2.1.1 布置参数
•     2.1.2 研究方法
•   2.2 原方案水垫塘水力特性
•     2.2.1 方案介绍
•     2.2.2 泄流能力
•     2.2.3 泄洪流态
•     2.2.4 水垫塘底板冲击压力
•     2.2.5 边墙动水压力
•     2.2.6 二道坝动水压力及坝顶流速
•     2.2.7 其他水力特性
•   2.3 不同中孔挑角水垫塘水力特性
•     2.3.1 优化分析
•     2.3.2 方案设计
•     2.3.3 泄洪流态
•     2.3.4 水舌入水形态
•     2.3.5 水垫塘底板动水压力
•     2.3.6 水垫塘底板临底流速
•     2.3.7 相关关系
•     2.3.8 模型验证
•   2.4 本章小结
• 第三章 不同表孔体型碰撞消能水垫塘水力特性
•   3.1 表孔体型
•     3.1.1 优化思路
•     3.1.2 方案设计
•   3.2 扩散坎方案
•   3.3 宽尾墩方案
•   3.4 舌形坎方案
•   3.5 燕尾坎方案
•   3.6 试验成果分析
•     3.6.1 泄洪流态
•     3.6.2 底板中心线压力
•     3.6.3 底板、侧墙及二道坝压力
•   3.7 本章小结
• 第四章 水垫塘底板安全稳定性分析
•   4.1 研究基础
•   4.2 评价指标
•     4.2.1 单位水体消能率
•     4.2.2 脉动压力均方根
•   4.3 水垫塘底板动水压力
•     4.3.1 最大冲击压力
•     4.3.2 冲击区压力分布规律
•   4.4 边墙及二道坝水力特性
•   4.5 其他水力学条件
•   4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 唐志朋

导师: 黄国兵

关键词: 高拱坝,挑跌流,水垫塘,碰撞消能,体型优化,水力特性,稳定性,压力梯度

来源: 长江科学院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程,水利水电工程

单位: 长江科学院

分类号: TV653;TV135.2

总页数: 118

文件大小: 13583K

下载量: 121