高拱坝表深孔分层射流式水垫塘消能机理研究

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发表于 2022-8-29 19:20:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库解析:
摘  要高拱坝不仅具有体积小、工程量小等突出优点,且安全性和抗震性也相当好。高拱坝建设已成为当今世界高坝建设发展的主要趋势。由于高拱坝工程所处河道狭窄、泄洪水头高、泄洪流量大,目前普遍采用的是挑跌流水垫塘水舌空中碰撞的泄洪消能型式。挑跌流水垫塘泄洪消能型式,虽可通过射流水舌的空中碰撞,达到分散下泄水流,减小对水垫塘底板冲击压力的目的。但存在因水舌空中碰撞引起的泄洪雾化加剧、动水垫作用微弱及因深孔挑流造成的二道坝上涌浪过高等题目。因而寻求一种既无水舌空中碰撞又可有效减小水垫塘底板冲击压力的新型坝身泄洪消能布置方案是十分必要的。刘沛清、焦爱萍、李乃稳等对表孔宽尾墩深孔窄缝坎非碰撞入水垫塘的泄洪消能型式进行了研究。题目是这类高拱坝泄洪消能布置型式,虽然较好地解决了因水舌空中碰撞引起的泄洪雾化加剧题目,并能充分地发挥表孔射流对深孔射流的动水垫作用,但只适用于高拱坝渲泄常遇洪水的泄洪消能。当高拱坝渲泄校核洪水时,不仅会发生表孔大水冲深孔小水的不合理泄洪消能情况,且无法利用深孔射流产生的动水垫效应来消弱表孔射流对水垫塘底板的冲击力。为此本文研究了国内外高拱坝尚未采用的,表深孔分层射流式水垫塘消能型式。该泄洪消能布置方式,在高拱坝渲泄常遇洪水时,虽然也会出现深孔大水冲表孔小水的情况,但此时由深孔射流产生的最大冲击压力相对较小,不足以对水垫塘底板构成威胁。只有在高拱坝渲泄校核洪水时,表孔射流产生的最大冲击压力才可能对水垫塘底板构成威胁,但此时由深孔射流产生的动水垫效应亦大为增强,可大大削弱表孔射流对水垫塘底板的冲击力。本文通过理论分析、数值计算和模型试验等流体力学研究手段,对高拱坝表深孔分层射流式水垫塘消能这一概念性型式进行了系统的研究。所取得的主要创新成果如下:1.数值模拟了分层射流式水垫塘内的二元水流结构和消能机理,定量揭示了在不同水垫深度下表深孔联合泄洪时动水垫效应对水垫塘底板冲击压力的减小规律及时均动能的衰变规律。2.数值研究了高拱坝表深孔在渲泄校核洪水时,表深15股自由射流在三维反拱型水垫塘内的水流特征和流态结构。通过与试验结果比较表明,三维数值结果虽然与物理模型试验结果有一定差别,但定性上是合理的。3.在溪洛渡1:100正态模型上,对表深孔分层射流式水垫塘消能型式进行了试验研究,通过试验总体上验证了这种布置方案的可行性和先进性。特别是在表深孔联合渲泄校核洪水时,所形成的多股射流分层入水格局,可有效地减轻泄洪雾化,并且在水垫塘内上游深孔射流水股对下游表孔射流水股的动水垫效应明显,底板上的最大时均冲击压力略微大于推荐的碰撞方案。但水垫塘内流态理想,消能充分,二道坝上涌浪不明显。关键词:高拱坝;泄洪消能;水垫塘;数值模拟计算;物理模型试验





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