底流消力池水動(dòng)力荷載特性研究

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1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文底流消力池水動(dòng)力荷載特性研究ResearchonHydrodynamicLoadsofUnderflowStillingBasin(申請(qǐng)博士學(xué)位)一級(jí)學(xué)科:水利工程學(xué)科專業(yè)：水利水電工程作者姓名：李會(huì)平指導(dǎo)教師：楊敏天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一四年五月萬(wàn)方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所

2、做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬(wàn)方數(shù)據(jù)摘要底流消能主要通過(guò)表面旋滾與底部主流的強(qiáng)烈紊動(dòng)摻混過(guò)程消殺能量，是水電站泄水建

3、筑物常用的水力消能方式。底流消能以其流態(tài)穩(wěn)定、消能效果好、沖刷輕微、霧化范圍小、對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在高壩工程中的應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注。但由于其底部主流流速較高、水流條件復(fù)雜，到目前為止，水動(dòng)力荷載與防護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之間的內(nèi)在關(guān)系不十分清楚，工程實(shí)際中屢屢發(fā)生消力池底板泄洪破壞。因此，深入研究底流消能的水動(dòng)力荷載特性具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文依托某工程1:50跌坎消力池和某工程1:80寬尾墩消力池兩個(gè)水工模型對(duì)底流消能進(jìn)行了水動(dòng)力荷載系統(tǒng)試驗(yàn)研究，主要內(nèi)容如下：(1)基于模型試驗(yàn)對(duì)消力池底板脈動(dòng)壓強(qiáng)和上舉力進(jìn)行研

4、究，得出了脈動(dòng)壓強(qiáng)、單位面積上舉力與總水頭的關(guān)系；對(duì)跌坎消力池與傳統(tǒng)消力池進(jìn)行對(duì)比，給出了跌坎消力池對(duì)脈動(dòng)壓強(qiáng)和上舉力的降低幅度。(2)對(duì)消力池底板和邊墻的脈動(dòng)壓強(qiáng)和整體荷載進(jìn)行研究，得到了消力池底板和邊墻板塊的脈動(dòng)壓強(qiáng)點(diǎn)面轉(zhuǎn)換系數(shù)以及最大上舉力與脈動(dòng)壓強(qiáng)的關(guān)系；提出以脈動(dòng)壓強(qiáng)為參數(shù)的底流消力池防護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的評(píng)估指標(biāo)。(3)對(duì)消力池中線底板、邊墻板塊、陡槽板塊尺度對(duì)上舉力的影響進(jìn)行了研究，在試驗(yàn)范圍內(nèi)建立了消力池底板尺度、脈動(dòng)壓強(qiáng)空間積分尺度與上舉力的關(guān)系，給出了優(yōu)選板塊尺度的參考指標(biāo)。(4)針對(duì)板塊四周止水完全破壞的極限情況，

5、研究了消力池底板下表面與基巖之間縫隙的貫通程度對(duì)上舉力的影響。(5)對(duì)消力池底板塊各種止水完好程度對(duì)上舉力影響進(jìn)行了研究，以板塊四周止水完全破壞時(shí)的上舉力為基準(zhǔn)，給出可能出現(xiàn)的最大上舉力的增加幅度；并對(duì)以后進(jìn)行水動(dòng)力荷載試驗(yàn)時(shí)預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的最大上舉力提供參考。(6)基于模型試驗(yàn)研究了寬尾墩對(duì)消力池水動(dòng)力荷載的影響，并給出寬尾墩對(duì)不透水底板和透水底板的下表面脈動(dòng)壓強(qiáng)及上舉力的影響程度。(7)對(duì)透水底板透水孔內(nèi)的脈動(dòng)壓強(qiáng)特性進(jìn)行研究，得到透水孔內(nèi)任意兩點(diǎn)脈動(dòng)壓強(qiáng)相關(guān)系數(shù)的取值范圍；從幅值特性和頻譜特性兩方面就孔內(nèi)各點(diǎn)的脈動(dòng)壓強(qiáng)與相同

6、位置上表面的脈動(dòng)壓強(qiáng)進(jìn)行了對(duì)比。關(guān)鍵詞：底流消力池，脈動(dòng)壓強(qiáng)，上舉力，點(diǎn)面轉(zhuǎn)換，板塊尺度，縫隙，止水，透水孔1萬(wàn)方數(shù)據(jù)AbstractEnergydissipationbyhydraulicjumpisdissipatingenergymainlybystrongturbulenceandmixbetweensurfacerollerandbottommainflow,whichisthecommonenergydissipatingmodeinthedischargestructure.Basedontheadvantages

7、ofstableflow,goodeffectofenergydissipation,slightscour,smallatomizationrange,strongadaptabilitytogeologicalconditions,energydissipationbyhydraulicjumpisverypopularintheapplicationtothehighdamproject.However,duetotheconsiderablehighmainflowvelocityandcomplexflowcondit

8、ion,theinternalrelationbetweendynamicloadsandstabilityofprotectivestructureisstillnotveryclearsofar,andthestillingbasinslaboftensub