水垫塘护坡板块动水压强特性研究

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高坝水垫塘防护结构在射流冲击作用下能否安全运行,直接关系到工程的泄流安全。本文通过模型试验,从时域、频域角度对比不同止水破坏型式和不同排水方式下护坡板块的水动力特性。本文的主要研究成果如下:(1)护坡板块背水面的脉动压强大小与Fr呈正相关。盲缝型式一(仅上止水破坏)的背水面脉动压强随着测点高程的降低逐渐增大,盲缝型式二(下游侧纵止水破坏)、通缝型式(上下止水破坏)、四周开缝型式(四周止水全破坏)的脉动压强随测点高程的降低逐渐减小。盲缝型式一和盲缝型式二背/迎水面压强差随着测点高程的降低逐渐增大,通缝型式压强差先增大后减小。(2)盲缝型式一的背水面各测点脉动压强概率密度与正态分布偏离较大,盲缝型式二、通缝型式、四周开缝型式则接近正态分布。(3)通缝和四周开缝型式的背水面各测点所受脉动源不唯一,而盲缝型式一是受同一脉动源的作用。盲缝型式二和四周开缝型式相同位置背/迎水面相关性较好;通缝型式的相关性系数随着高程的降低逐渐增大;盲缝型式一背/迎水面相关性最弱,某一时刻可能出现最大背水面脉动压强和最小迎水面脉动压强。(4)对比四种止水破坏型式,盲缝型式一的背水面脉动压强最小、脉动能量最小、时均压强最大、背/迎水面压强差最大,压强差增大是时均压强增大导致的。因此,盲缝型式一为止水破坏最不利情况,在结构设计时要充分考虑。(5)自排板块通过透水孔联通缝隙内水体和水垫塘内水体,透水孔附近压力波动的同步性增加,在板块底部的压强差明显减小。抽排板块通过抽排管可以快速排出板块与基岩之间的渗水,避免缝隙内水位过高。抽排板块的压强差随着测点高程的降低而逐渐增大。对于水位剧烈波动区域,二者相对于排水失效板块更利于护坡板块的稳定。(6)通过分析低水位运行时上、下止水破坏板块稳定性,得出各体型板块的压强差均随测点高程的降低先减小后增大,是由于涌浪通过上侧止水缝隙进入板块背水面,受到窄缝的毛细作用使得缝隙内壁附着水,导致上部测点压强差较大。故低水位运行时上、下止水破坏,板块的上部和底部都处于易失稳区。(7)抽排板块随着排水速率的增加,背水面时均压强和背/迎水面压强差减小,且减小趋势变大。增大抽排排水速率对于大Fr作用更明显。
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