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溢流式面板堆石坝坝体溢洪道泄流特性研究

代仲海  
【摘要】: 混凝土面板堆石坝随着碾压技术的不断发展,越来越多的在实际工程中采用,溢流面板堆石坝因其特有的优点而成为目前一种富有竞争性的坝型,也得到了国内外坝工界的普遍关注。溢流面板堆石坝根据坝址实际地形、地质条件将溢洪道直接布置在堆石体上,同时,充分利用开挖弃料,简化了枢纽布置,加快了工程进度,降低了工程造价。随着国内几座溢流坝的修建,国内对溢流坝的研究也得到越来越多的关注。本文将研究的重点放在溢洪道高速水流的水流特性及其对溢洪道、坝体的流激振动上,通过数值模拟的方式来实现。 本文首先对坝体溢洪道的结构组成、细部构造进行详述,并对光滑式泄槽和台阶式泄槽两种溢洪道进行比较;在充分了解坝体溢洪道的结构布置后,利用有限元结合模型试验的方法对溢洪道上高速水流的水力特性进行研究,通过对泄洪时两种不同流量下光滑式泄槽和台阶式泄槽上水面线、速度场、压力场、紊动能和紊动耗散率的相互比较分析,可以得出的结论是对于小流量泄洪采用台阶式溢洪道的方式有非常好的消能效果,不仅能满足工程的安全要求,还可以节省投资,而对于大流量的泄洪,台阶式不但没有消能上的优势,反而由于掺气剧烈,使得水面线变高,增大投入。 在对高速水流水力特性研究的基础上,进一步研究脉动压力作用下结构的流激振动问题,为了了解脉动对大坝的模态影响,建立了一简单模型,通过模态分析发现,水流流速对大坝的振动频率影响明显,随着流速的增大,振动频率逐渐变小,进一步考虑坝体弹性模量和厚度的影响,弹性模量越大,大坝的自振频率越大,坝体的厚度越大,自振频率降低,因此可以通过提高系统的刚度来提高安全性。 最后结合实际工程计算岗曲河面板坝在泄洪时两种不同流量下脉动压力的流激振动响应,从泄槽板的动位移分布可以看出,最大位移出现在泄槽板的上部,在溢洪道的下端板上的响应减小,并且板上的动位移变形都微乎其微,可见在实际工程最大流速不超过30m/s的情况下,可以不用考虑脉动压力的流激振动响应。


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