充水式橡胶坝泄流特性试验研究

摘要

橡胶坝自1957年问世以来，以其结构简单、造价低廉、安装容易、操作方便、维护费用低、环境相容性好等诸多优点，在蓄水、发电及城市河道景观建设中发挥出显著的经济效益和社会效益。汛期洪水来临时，橡胶坝应塌坝下泄蓄水，不合理的塌坝泄流很可能造成洪水叠加，危及工程及下游河道的安全。因此，研究橡胶坝的泄流特性，掌握橡胶坝的泄流规律，对于科学合理地调度运行橡胶坝，使之安全度汛具有重要的意义。目前关于橡胶坝泄流特性方面的研究较少，且多集中在对设计坝高情况的研究。论文针对汾河太原城区段已建和拟建的橡胶坝，通过物理模型试验的方法，对双锚固充水式橡胶坝在设计坝高及不同塌落高度下的泄流特性进行了研究。主要研究内容及成果如下：
　　（1）对国内外橡胶坝技术的发展概况和研究现状进行了综合评述。介绍了橡胶坝泄流特性现有研究成果及存在的问题。
　　（2）模型设计与制作及试验方案的确定。对橡胶坝进行设计坝高及不同塌落高度的过流能力试验。共进行31组坝高试验，每组试验做5~6个流量，共计进行184个组次的试验。分别测量每个流量下的上游水位、坝高和坝袋内压水头等数据。
　　（3）进行六种坝高橡胶坝设计坝高情况的物理模型验证。结果表明所建试验模型合理可靠。
　　（4）观察了橡胶坝过坝水流水面线特征和流态变化。试验观测到橡胶坝在塌坝过程中，坝袋形状由实用堰向宽顶堰过渡。
　　（5）橡胶坝是一种薄壁柔性水工结构，坝高及坝袋剖面形状随上下游水位的变化而发生变化。试验发现，随着塌坝高度的增加，坝高的变化幅度越来越大，坝袋形状也越不稳定，坝袋形变增大。
　　（6）通过模型试验和理论分析，研究了双锚固充水式橡胶坝自由出流状态下坝袋内压水头的变化规律。给出h的计算公式（公式略），其平均相对误差为5.04％。
　　（7）结合堰流相关理论和试验数据，得出双锚固充水式橡胶坝自由出流状态下流量系数 m的计算公式为m=0.0454P/P0+0.0338h/P0+0.1160H/P0+0.2743，其平均相对误差为1.17%。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外橡胶坝技术的发展概况和研究现状

1.3主要研究内容

第二章 模型设计

2.1模拟对象

2.2模型比尺

2.3模型整体布置

2.4测量参数及仪器

2.5橡胶坝模型设计

2.6试验组次

第三章 模型试验

3.1试验步骤

3.2模型验证

3.3试验成果

第四章 橡胶坝泄流特性分析

4.1橡胶坝泄流流态描述

4.2橡胶坝坝顶水头与泄流量的关系

4.3橡胶坝坝袋形变及坝高变化分析

第五章 橡胶坝坝袋内压水头分析

5.1坝袋内压水头影响因素分析

5.2坝袋内压水头计算公式推导

5.3误差分析

第六章 橡胶坝流量系数分析

6.1流量系数影响因素分析

6.2流量系数计算公式推导

6.3误差分析

6.4橡胶坝泄流量计算

第七章 结论及展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的工程项目