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古仙洞拱坝消能模型试验研究

张升堂  
【摘要】: 拱坝以其整体安全度较高和比较经济的特点,近几十年来成为坝工建设中所普遍采用的坝型, 因而得到迅猛发展。但是由于拱坝一般适宜于建造在河流的山谷狭窄段,因此所处地形地质条件 较其它坝型更为复杂,同时由于拱坝自身结构单薄,表孔泄流时溢流面较短,且拱坝平面上呈弧 线水流下泄时向心集中,这些都使拱坝的消能防冲具有很大难度。这方面的研究,尤其是高水头 大流量时的拱坝消能防冲问题的研究已成为我国坝工建设中亟待解决的课题。 本论文以古仙洞水电站拱坝消能防冲实际工程问题为研究对象,根据工程设计单位提供的基 本资料,在分析研究前人各种消能防冲理论基础上,在实验室建立几何比尺为1:60的水工整体模 型,采用几何相似法选取动床模型沙,对原设计消能布置方案的消能效果进行模型试验验证,并 以下游冲坑深度、水舌挑距、坝面压力、水舌厚度、水舌宽度、冲坑上游坡等为指标,以原消能 方案为参照,对消能方案进行修改完善,最终为该水电工程的消能防冲问题的解决提供一种可供 选择的理想的消能布置方案。 在对消能方案进行修改完善过程中,本论文采用宽尾墩、分流墩等新型消能工,并用模型试 验验证它们在不同体型参数时,对在给定水头条件下的溢流堰泄流能力及下游消能防冲效果等方 面的影响规律进行分析研究。同时控制其它因素不变,分别试验研究分析宽尾墩及分流墩的体型 参数与下游冲坑深度,挑距长度之间的关系,并采用拉格朗日插值方法以冲坑深度为评判指标计 算出最佳体型参数。最后根据宽尾墩消能工、分流墩消能工最佳体型模型试验所得结果,分析研 究两者的优缺点,从解决生产实际问题的目的出发,采取综合布置的方法,即一、三、五闸孔采 用宽尾墩,二、四采用分流墩进行布置,并对该方案进行室内模型试验验证,试验证明该方案既 可以使水舌得到进一步的扩散,降低了冲坑深度,而且还使水舌具有良好的归槽性,降低了岸坡 冲刷。 本论文在试验解决实际工程的消能防冲问题过程中,对分流墩和宽尾墩体型参数与水力要素 之间理论关系的分析研究在生产实际中具有一定的指导意义。用插值方法解决最佳体型问题对解 决其他类似问题具有一定借鉴作用。


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