乌东德水电站水垫塘护坡防护结构型式研究

摘要

作为西南地区又一项大型水利枢纽工程，乌东德工程泄洪消能整个问题是工程当中十分重要的一个环节。西南地区水利工程有大流量、大泄洪功率、大单宽流量等特点，乌东德工程同样面临着类似的工程问题。论文的主要目的为了探究泄洪时坝下游水垫塘的水流特性，不同型式护坡衬砌在泄洪时的性能及所受荷载，论证不同型式护坡的安全性及稳定性，为工程应用提供选择依据。本论文主要针对乌东德工程的护坡不护底天然水垫塘进行了相关的研究，通过水力学实验探究乌东德水垫塘护坡板块及底部的水动力特性，分析了透水护坡、封闭抽排护坡、封闭自排护坡及排水失效护坡几种型式的护坡外侧脉压及缝隙内脉压的相关性，对透水护坡及排水失效护坡板块进行了上举力实验。最后，对受水面波动及涌浪影响较大的上层护坡进行了内外侧压强差的测量实验，分析了各种护坡型式的排水性能。
　　（1）乌东德水垫塘水垫深厚，宽度大，大流量泄洪工况下泄洪水舌也没有对底部及护坡形成直接冲击。水垫塘底部及护坡上的时均压强基本呈静水压强分布，各测点间压强差较小，主要由于泄洪导致的水面波动及护坡形状变化造成的局部水面壅高。水垫塘护坡及底部的脉动压强较小，均方根最大值为1.56m水头，护坡及底部脉压均方根的分布与泄洪流量、泄洪方式等因素有关，但均方根值都较小，整体上没有受到太大的水流旋滚造成的影响。
　　（2）进行了排水失效护坡、透水护坡、封闭抽排护护坡及封闭自排护坡的缝隙内侧及外侧的脉动压强的相位分析，发现排水失效时，护坡板块的内外侧脉压的同步性最差，还会出现较大的时滞，有可能会导致内外侧瞬时压差变大，形成较大的上举力。而封闭抽排、封闭自排及透水护坡板块依次能从不同程度上消除内外侧脉压的相位差。封闭抽排护坡消除相位差的效果比较有限，但是封闭自排护坡已经能较大幅度地提高内外侧脉压的相关系数，增强其同步性。从原理上封闭自排与透水护坡是一样的，即使开孔率较小的透水护坡也能极大地增强内外侧脉压的同步性，相关系数非常高，可有效沟通内外侧水体，减小相位差。
　　（3）针对透水护坡型式，设置不同开孔率的排水孔进行了上举力实验，上举力整体较小，只是在大流量工况下个别板块单位上举力稍大。同时实验发现，虽然小开孔率的透水护坡就能有效增加内外侧脉压的同步性，但是开孔率要达到一定程度才能有效地减小上举力，开孔率达到3.6％以上时，护坡板块的上举力最大值显著下降。
　　（4）乌东德天然水垫塘的形成了巨大的消能水体，防护结构可以有效避免受到水舌的直接冲击，防护结构安全性的主要问题在于水面波动造成的涌浪拍击及消退时护坡板块内外侧形成的瞬时水位差，试验中在这一高程位置进行了不同护坡型式内外侧压强差的实验，发现透水护坡及封闭自排护坡可以较快地排出缝隙内的水头，减小内外侧压差，保证护坡衬砌板块的安全。

目录

声明

第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2水垫塘护坡水力特性及稳定性研究现状

1.3研究存在的问题

1.4本论文研究的内容

第二章 乌东德水垫塘时均及脉动压强实验研究

2.1 模型试验简介

2.2实验泄洪流量及流态

2.3 Flow-3D计算水垫塘内流态

2.4水垫塘底部及护坡时均压强

2.5不同工况下护坡脉动压强分布及特性

2.6不同工况下水垫塘底部脉动压强分布及特性

第三章 封闭抽排、封闭自排护坡结构型式研究

3.1封闭抽排、封闭自排结构型式

3.2时均压强比较

3.3脉动压强比较

3.4板块内侧渗压与外侧脉压相关性讨论

3.5本章小结

第四章 透水护坡结构型式研究

4.1透水护坡开孔率及开孔方式

4.2透水护坡内外侧脉动压强实验分析

4.3透水护坡脉动压强内外侧相位差分析

4.4排水失效护坡与透水护坡上举力实验分析

4.5本章小结

第五章 不同护坡结构型式排水降载研究

5.1 排水失效的工程隐患

5.2 封闭自排护坡板块实验结果

5.3 透水护坡板块实验结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

硕士期间发表论文及参加科研情况

致谢