泄洪诱发地基及场地振动是“水动荷载-大坝-消力塘-地基-周边场地”相互作用和影响下的多因素耦合动力问题。水弹性模型试验是研究高坝泄洪流激振动问题的重要有效手段。目前由泄洪诱发的地基及场地振动研究主要针对某一个重力坝,该工程采用底流消能的形式,相对于这种坝型以及泄洪方式,乌东德大坝与其有显著区别,坝型为拱坝,泄洪消能方式为挑跌流+天然水垫塘消能。因此流激振动振源与水垫塘动力响应也相应具有差异,这就需要对这类型高拱坝的泄洪诱发地基及场地振动进行专门的研究,将来可供同类型工程借鉴。本文依托乌东德水弹性模型试验,对泄洪诱发水垫塘地基及场地振动加速度进行测试,根据试验结果定性分析了对水垫塘振动分布影响较大的因素,对振动分布特性进行了研究。对不同流量、不同开孔方式下水垫塘的振动情况进行了对比分析。通过细化不同流量下的开孔组合方式,对水垫塘振动情况进行了减振优化研究。(1)就主要泄洪激励而言,可定性归结为冲击荷载和“拍击”荷载两种。冲击荷载是由表中孔水舌冲击水垫产生,而“拍击”荷载则是由水垫塘内射流冲击区水位波动对岸坡拍打产生。冲击荷载主要影响水垫塘底部以及边坡767m高程振动分布;由于乌东德水电站水垫深可超100 m,水位波动影响区域主要在高程827 m附近,所以“拍击”荷载主要影响边坡827 m高程振动分布。(2)就三向振动加速度沿桩号分布而言,无论是水垫塘底部还是岸坡,其竖直向振动要大于顺河向和横河向振动。表中孔水舌对竖直向加速度均方根沿桩号分布有着重要的影响,中孔泄洪时,水垫塘底部竖直向加速度均方根沿桩号分布峰值出现的位置偏向下游;表孔泄洪和表中联合泄洪时,水垫塘底部竖直向加速度均方根沿桩号分布峰值出现的位置偏向上游,主要受表孔水舌影响;这可能是由于表孔泄洪跌落水头高,入水角度大,因此表孔水舌冲击对竖直向振动加速度均方根分布的影响要大于中孔水舌。(3)就振动加速度沿高程传播规律而言,边坡767 m高程处左右岸竖直向加速度均方根分布趋势与水垫塘底部相仿,其量值较水垫塘底部有所减小。而边坡827 m高程处左右岸竖直向加速度均方根沿桩号分布趋势则不同于底板。其振动分布受水位波动、泄量大小、开孔方式、对撞消能效果、两岸天然水垫塘边坡走势等诸多因素的共同影响,情况较为复杂。流量小、下游水位低时,“拍击”荷载影响较小,边坡827 m高程处的竖直向加速度均方根基本小于767m高程,振动加速度均方根分布由低往高呈递减规律。流量大、下游水位高时,在“拍击”荷载作用下,边坡827 m高程处的竖直向加速度均方根可能会大于767 m高程,振动加速度均方根分布由低往高呈先减后增规律。(4)就振动分布与泄洪流量和开孔组合之间的关系而言,绝大部分情况下,流量越大,振动加速度均方根越大,水垫塘振动加速度量值与流量大致呈正相关关系。同一流量级下,不同的开孔方式对水垫塘振动分布的影响较为明显。整体来看,表孔泄洪引起的水垫塘整体振动最大,中孔泄洪次之,表中联合泄洪(中孔数大于表孔数)由于碰撞消能,水垫塘底部振动降低,但是水垫塘内部水流紊动剧烈,考虑到左右岸边坡坡比不同以及形状差异,左岸上游边坡827m高程在水位波动造成的“拍击作用”的影响下,振动明显大于表孔泄洪或中孔泄洪情况。(5)就减振优化泄洪方式而言,通过细化不同流量下开孔组合方式,综合考虑地基和边坡的振动情况,分析得出流量较小时,可优先采用中孔泄洪,因为中孔泄洪地基和边坡振动均比较小。而流量较大时,必须采用表中联合泄洪才能满足安全度汛要求,此时应特别注意确保中孔数n大于表孔数m,因为当表孔数m大于中孔数n时,泄洪时引起的振动较大,甚至会大于表孔泄洪,为了使水垫塘振动不致过大,这种组合方式在实际运行过程中应该尽量避免。