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1、高拱壩表孔寬尾墩泄流能力及水力特性研究Studyondischargecapacityandhydrauliccharacteristicsofflaringgatepiersofsurfacespillwayinhigharchdam工程領(lǐng)域:水利工程作者姓名:桑林瀚指導(dǎo)教師:練繼建教授企業(yè)導(dǎo)師:徐寶高工天津大學(xué)建筑工程學(xué)院2017年12月獨(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)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)
2、本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。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：年月日摘要峽谷區(qū)高拱壩普遍具有高水頭、大流量的特點(diǎn)，其下泄水流的消能防護(hù)成為關(guān)鍵技術(shù)難題之一。鑒于高拱壩的泄洪消能特點(diǎn)，壩身泄洪一般采用孔口挑跌
3、流結(jié)合水墊塘的消能形式，通過水舌在空中的擴(kuò)散摻氣以及水墊塘內(nèi)射流的紊動(dòng)剪切進(jìn)行消能。隨著高壩工程的建設(shè)和發(fā)展，為了滿足不同工程泄洪消能的要求，各種新型的挑流布置形式被提出并應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中，取得了較好的效果。在高拱壩表孔設(shè)置寬尾墩可以增強(qiáng)表孔水舌在空中的擴(kuò)散，提高消能效率。本文以東莊水利工程為依托，對(duì)高拱壩表孔應(yīng)用寬尾墩時(shí)的泄流能力以及水力特性進(jìn)行了研究。主要研究工作如下：（1）通過數(shù)值模擬研究了寬尾墩各類體型參數(shù)對(duì)高拱壩表孔泄流能力的影響以及泄流能力與過堰水流弗勞德數(shù)Fr的關(guān)系。研究結(jié)果表明：表孔泄流能力隨著寬尾墩俯角α的減小而減小，隨著收縮比ε的減小而減小，隨著墩尾折角θ的減小而
4、增大，隨著始折點(diǎn)位置與堰頂水平距離x的減小而減?。惶岢鲆粋€(gè)表征寬尾墩體型參數(shù)與堰上水頭的綜合影響系數(shù)k，當(dāng)k≥2時(shí)，寬尾墩不影響表孔的泄流能力，當(dāng)k<2時(shí)，隨著k值的減小，寬尾墩對(duì)表孔泄流能力的影響逐漸增大；過堰水流Fr沿程變化曲線在寬尾墩始折點(diǎn)上游存在一個(gè)折點(diǎn)，該折點(diǎn)處的Fr越大，寬尾墩對(duì)表孔泄流能力的影響越小。（2）通過模型試驗(yàn)研究了高拱壩表孔寬尾墩跌流-深孔挑流消能時(shí)下游水墊塘的動(dòng)水壓力特性。水墊塘底板及邊坡受表孔水舌沖擊的影響，時(shí)均壓強(qiáng)在表孔射流沖擊區(qū)出現(xiàn)峰值，并形成較大的壓力梯度，校核水位工況下底板最大沖擊壓強(qiáng)ΔPmax=35.20×9.8kPa。水墊塘的脈動(dòng)壓強(qiáng)同樣在表孔水
5、舌沖擊區(qū)產(chǎn)生峰值，脈動(dòng)壓強(qiáng)的幅值特性、相關(guān)特性以及頻譜特性與水舌的形態(tài)及落點(diǎn)密切相關(guān)。（3）提出水舌碰撞與非碰撞兩種不同的體型優(yōu)化方案，以降低水墊塘的沖擊壓強(qiáng)。非碰撞方案通過延伸表孔的兩側(cè)邊墻，增強(qiáng)水舌在空中的縱向拉伸，當(dāng)寬尾墩收縮段延伸至26m時(shí)，水墊塘底板的最大沖擊壓強(qiáng)在設(shè)計(jì)和校核水位工況下相比原體型分別降低了63.10%和56.82%；碰撞方案通過減小表孔寬尾墩的出口俯角，得到橫向擴(kuò)散為主的表孔水舌，使表深孔水舌在空中發(fā)生碰撞，當(dāng)表孔出口俯角減小至25°時(shí)，在設(shè)計(jì)和校核水位工況下最大沖擊壓強(qiáng)相比原體型分別降低了41.60%和87.36%。關(guān)鍵詞：高拱壩，寬尾墩，泄流能力，數(shù)值模擬
6、，水墊塘，沖擊壓強(qiáng)IABSTRACTHigharchdamslocatedinrivercanyonhavethecharacteristicsofhighwaterheadandlargedischarge.Theenergydissipationprotectionofflooddischargehasbecomeoneofthekeytechnicalproblems.Thetrajectoryjetwithenergydissipationinplungepoolisgenerallyacceptedinflooddischargethroughdam.Theenergyisd
7、issipatedbysprayandaerationofwaternappeandturbulenceinplungepool.Withdevelopmentofhighdamconstruction,aseriesofnewenergydissipatorsofjetflowhavebeenproposedandappliedinprojectseffectively.Applyingflaringgatepierstosurfacespi
