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1、天津大學博士學位論文底流消力池水動力荷載特性研究ResearchonHydrodynamicLoadsofUnderflowStillingBasin(申請博士學位)一級學科:水利工程學科專業(yè):水利水電工程作者姓名:李會平指導教師:楊敏天津大學建筑工程學院二零一四年五月萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特別加以標注和致謝之處外,論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得天津大學或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所
2、做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學位論文作者簽名:簽字日期:年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解天津大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定。特授權天津大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索,并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤。(保密的學位論文在解密后適用本授權說明)學位論文作者簽名:導師簽名:簽字日期:年月日簽字日期:年月日萬方數(shù)據(jù)摘要底流消能主要通過表面旋滾與底部主流的強烈紊動摻混過程消殺能量,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、對地質條件適應性強等優(yōu)點在高壩工程中的應用受到越來越多的關注。但由于其底部主流流速較高、水流條件復雜,到目前為止,水動力荷載與防護結構穩(wěn)定性之間的內在關系不十分清楚,工程實際中屢屢發(fā)生消力池底板泄洪破壞。因此,深入研究底流消能的水動力荷載特性具有重要的理論意義和工程應用價值。本文依托某工程1:50跌坎消力池和某工程1:80寬尾墩消力池兩個水工模型對底流消能進行了水動力荷載系統(tǒng)試驗研究,主要內容如下:(1)基于模型試驗對消力池底板脈動壓強和上舉力進行研
4、究,得出了脈動壓強、單位面積上舉力與總水頭的關系;對跌坎消力池與傳統(tǒng)消力池進行對比,給出了跌坎消力池對脈動壓強和上舉力的降低幅度。(2)對消力池底板和邊墻的脈動壓強和整體荷載進行研究,得到了消力池底板和邊墻板塊的脈動壓強點面轉換系數(shù)以及最大上舉力與脈動壓強的關系;提出以脈動壓強為參數(shù)的底流消力池防護結構穩(wěn)定的評估指標。(3)對消力池中線底板、邊墻板塊、陡槽板塊尺度對上舉力的影響進行了研究,在試驗范圍內建立了消力池底板尺度、脈動壓強空間積分尺度與上舉力的關系,給出了優(yōu)選板塊尺度的參考指標。(4)針對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上舉力的影響。(5)對消力池底板塊各種止水完好程度對上舉力影響進行了研究,以板塊四周止水完全破壞時的上舉力為基準,給出可能出現(xiàn)的最大上舉力的增加幅度;并對以后進行水動力荷載試驗時預測可能出現(xiàn)的最大上舉力提供參考。(6)基于模型試驗研究了寬尾墩對消力池水動力荷載的影響,并給出寬尾墩對不透水底板和透水底板的下表面脈動壓強及上舉力的影響程度。(7)對透水底板透水孔內的脈動壓強特性進行研究,得到透水孔內任意兩點脈動壓強相關系數(shù)的取值范圍;從幅值特性和頻譜特性兩方面就孔內各點的脈動壓強與相同
6、位置上表面的脈動壓強進行了對比。關鍵詞:底流消力池,脈動壓強,上舉力,點面轉換,板塊尺度,縫隙,止水,透水孔1萬方數(shù)據(jù)AbstractEnergydissipationbyhydraulicjumpisdissipatingenergymainlybystrongturbulenceandmixbetweensurfacerollerandbottommainflow,whichisthecommonenergydissipatingmodeinthedischargestructure.Basedontheadvantages
7、ofstableflow,goodeffectofenergydissipation,slightscour,smallatomizationrange,strongadaptabilitytogeologicalconditions,energydissipationbyhydraulicjumpisverypopularintheapplicationtothehighdamproject.However,duetotheconsiderablehighmainflowvelocityandcomplexflowcondit
8、ion,theinternalrelationbetweendynamicloadsandstabilityofprotectivestructureisstillnotveryclearsofar,andthestillingbasinslaboftensub