底流消力池水动力荷载特性研究

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1、天津大学博士学位论文底流消力池水动力荷载特性研究ResearchonHydrodynamicLoadsofUnderflowStillingBasin(申请博士学位)一级学科:水利工程学科专业：水利水电工程作者姓名：李会平指导教师：杨敏天津大学建筑工程学院二零一四年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所

2、做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要底流消能主要通过表面旋滚与底部主流的强烈紊动掺混过程消杀能量，是水电站泄水建

3、筑物常用的水力消能方式。底流消能以其流态稳定、消能效果好、冲刷轻微、雾化范围小、对地质条件适应性强等优点在高坝工程中的应用受到越来越多的关注。但由于其底部主流流速较高、水流条件复杂，到目前为止，水动力荷载与防护结构稳定性之间的内在关系不十分清楚，工程实际中屡屡发生消力池底板泄洪破坏。因此，深入研究底流消能的水动力荷载特性具有重要的理论意义和工程应用价值。本文依托某工程1:50跌坎消力池和某工程1:80宽尾墩消力池两个水工模型对底流消能进行了水动力荷载系统试验研究，主要内容如下：(1)基于模型试验对消力池底板脉动压强和上举力进行研

4、究，得出了脉动压强、单位面积上举力与总水头的关系；对跌坎消力池与传统消力池进行对比，给出了跌坎消力池对脉动压强和上举力的降低幅度。(2)对消力池底板和边墙的脉动压强和整体荷载进行研究，得到了消力池底板和边墙板块的脉动压强点面转换系数以及最大上举力与脉动压强的关系；提出以脉动压强为参数的底流消力池防护结构稳定的评估指标。(3)对消力池中线底板、边墙板块、陡槽板块尺度对上举力的影响进行了研究，在试验范围内建立了消力池底板尺度、脉动压强空间积分尺度与上举力的关系，给出了优选板块尺度的参考指标。(4)针对板块四周止水完全破坏的极限情况，

5、研究了消力池底板下表面与基岩之间缝隙的贯通程度对上举力的影响。(5)对消力池底板块各种止水完好程度对上举力影响进行了研究，以板块四周止水完全破坏时的上举力为基准，给出可能出现的最大上举力的增加幅度；并对以后进行水动力荷载试验时预测可能出现的最大上举力提供参考。(6)基于模型试验研究了宽尾墩对消力池水动力荷载的影响，并给出宽尾墩对不透水底板和透水底板的下表面脉动压强及上举力的影响程度。(7)对透水底板透水孔内的脉动压强特性进行研究，得到透水孔内任意两点脉动压强相关系数的取值范围；从幅值特性和频谱特性两方面就孔内各点的脉动压强与相同

6、位置上表面的脉动压强进行了对比。关键词：底流消力池，脉动压强，上举力，点面转换，板块尺度，缝隙，止水，透水孔1万方数据AbstractEnergydissipationbyhydraulicjumpisdissipatingenergymainlybystrongturbulenceandmixbetweensurfacerollerandbottommainflow,whichisthecommonenergydissipatingmodeinthedischargestructure.Basedontheadvantages

7、ofstableflow,goodeffectofenergydissipation,slightscour,smallatomizationrange,strongadaptabilitytogeologicalconditions,energydissipationbyhydraulicjumpisverypopularintheapplicationtothehighdamproject.However,duetotheconsiderablehighmainflowvelocityandcomplexflowcondit

8、ion,theinternalrelationbetweendynamicloadsandstabilityofprotectivestructureisstillnotveryclearsofar,andthestillingbasinslaboftensub