阿尔塔什水垫塘护坡不护底试验研究

摘要

我国大型水利枢纽的泄洪消能建筑物具有水头高、流量大、河谷狭窄、泄流功率巨大的特点，高速水流及其泄洪消能问题十分突出，消能防护成为关键技术难题之一。随着二滩等高拱坝的建设发展，我国开发了新的消能技术，采用表中（深）孔和泄流洞分散泄水，坝下设置水垫塘和二道坝进行防护，较好地解决了高坝泄流消能技术的难题。但同时，该模式施工工艺繁琐、施工质量直接影响防护效果。那么在下游基岩很好且有一定的下游水深时，则可考虑采用护坡不护底水垫塘。本文结合阿尔塔什水利枢纽工程，对表中孔泄流条件下护坡不护底水垫塘进行了系统的试验研究，具体研究工作如下：
　　（1）首先采用了衬砌平底板水垫塘进行了水力特性试验，得到了不同工况条件下的塘内时均压力、脉动压力和上举力的分布，通过脉动压力与上举力的分布推测了水垫塘的可能破坏范围和需要提供的最大锚固力；
　　（2）对本工程底板上举力的分布特点，对水垫塘体型进行了优化，分别采用降低底板、加设尾坎、降低底板和加设尾坎相结合的方式，对底板上举力分布进行了试验研究；
　　（3）采用散粒体砂石材料模拟下游水垫塘内天然冲料条件，研究了各消能工况下的下游冲刷坑形态。根据下游冲坑的形态和水舌形态对挑坎形式进行了优化，使用斜切导向坎、舌型坎、曲面贴角坎等不同组合进行了冲刷试验，总结出了各挑坎变化的冲刷规律；
　　（4）采用RNG k-ε三维紊流模型对各工况表中孔联合泄洪消能水力特性进行了数值模拟，并与相应的试验值进行对比分析，结果虽然有一定的差异，但可以作为模型试验参考，同时能增进对水垫塘内复杂水流流态及消能机理的理解。利用水力特性的计算结果，计算了单孔出流下的下游冲坑形态，所得结果与试验冲坑体型近似。

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第一章 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 高坝泄洪消能研究进展

1.3 挑跌流水垫塘水动力荷载研究进展

1.4 护坡不护底水垫塘研究进展

1.5 本文的研究内容

第二章 平底板水垫塘水力特性试验研究

2.1研究背景

2.2 平底板动水压强特性

2.3 水垫塘优化上举力特性

2.4 稳定性分析

2.5 本章小结

第三章 水垫塘护坡不护底及挑坎优化试验研究

3.1 护坡不护底水垫塘的提出及应用实例

3.2 护坡不护底水垫塘试验布置

3.3 护坡不护底水垫塘动床冲刷研究

3.4 挑坎优化研究

3.5 本章小结

第四章 水垫塘护坡不护底及挑坎优化数值模拟研究

4.1 计算模型及网格划分

4.2 数值模拟验证

4.3各类挑坎对比研究

4.4单孔冲刷模拟

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢