帶鍵槽透水底板脈動(dòng)壓力試驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間：2019-08-24 08:08
【摘要】：消力塘防護(hù)結(jié)構(gòu)是大壩安全的第一道防線,消力塘的安全是高壩泄洪安全的前提與保障。依托向家壩物理模型,以將"主動(dòng)防護(hù)"與"被動(dòng)防護(hù)"相結(jié)合的帶鍵槽的透水底板為試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn),主要針對(duì)帶鍵槽透水底板的脈縫隙水流壓力特性、下表面的脈動(dòng)壓力分布規(guī)律、時(shí)空相關(guān)性、空間相關(guān)性和壓力頻譜特性進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明,在水躍穩(wěn)定區(qū),增設(shè)透水孔后,帶鍵槽底板下表面及垂直縫隙處各測(cè)點(diǎn)脈動(dòng)壓強(qiáng)最大值和脈動(dòng)壓強(qiáng)系數(shù)有所減小;帶鍵槽底板下表面各測(cè)點(diǎn)間的相關(guān)性有所減小,同時(shí)渦漩的空間積分尺度與保持性減小;底板下表面及鍵槽處各測(cè)點(diǎn)的功率譜密度有所減小,并趨于低頻。
【圖文】：
/s，消能工為中－表孔交叉間隔布置的底流消能形式，共有12個(gè)表孔和10個(gè)中孔。消力塘長(zhǎng)228m，分左右兩區(qū)為平底板結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅瘸卟捎弥亓ο嗨茰?zhǔn)則，比尺為1∶80。主要針對(duì)左半?yún)^(qū)消力塘的6個(gè)表孔和5個(gè)中孔同時(shí)泄水進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量。由于要保證模型相似性，底板的模型材料要滿足結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相似要求，故底板采用加重橡膠材料，其重度和彈性模量能滿足結(jié)構(gòu)動(dòng)力相似準(zhǔn)則，能在承受水動(dòng)力荷載后保證變形相似，反映實(shí)際工程的特征。在底板中間位置布置9塊20cm×20cm×12cm的加重橡膠板塊，其他地方采用有機(jī)玻璃填平，試驗(yàn)板塊布置如圖1。在順?biāo)鞣较蛏希鍓K沿垂直方向增設(shè)鍵槽，鍵槽布置如圖2。在板塊上均勻布置貫穿板塊的孔徑為0.35cm的透水孔36個(gè)，開孔率為3.5%［11］。由于縫隙水流比較復(fù)雜，這種縫隙水流屬于層流范疇。弗勞德準(zhǔn)則已不再適用，原型中的縫隙與模型縫隙大小屬于同量級(jí)，因此，滿足了模型與原型縫隙的流場(chǎng)相似，也就滿足了壓力脈動(dòng)相似［12］。所有板塊之間保留2mm的間隙以保證動(dòng)水壓力傳遞的相似性。圖1試驗(yàn)板塊布置(單位:mm)Fig.1Testplatelayout(unit:mm)圖2鍵槽布置(單位:mm)Fig.2Keygroovelayout(unit:mm)由于條件所限，試驗(yàn)采用16通道DJ800脈動(dòng)壓力測(cè)試系統(tǒng)，其壓力傳感器測(cè)點(diǎn)布置為:上表面測(cè)點(diǎn)1～4，下表面測(cè)點(diǎn)5～8，縫隙一側(cè)測(cè)點(diǎn)9～13，另一側(cè)14～16，且脈動(dòng)壓力傳感器都布置在板塊各表面中心軸線上。帶鍵槽底板各測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力傳感器布置見圖3。在保證縫隙邊界條件不改變的情況下，計(jì)算出不同弗勞德數(shù)下脈動(dòng)壓力傳播特性，每組試驗(yàn)均進(jìn)行3次數(shù)據(jù)采集，以避免偶然因素引起的試驗(yàn)誤差，增加試驗(yàn)可信度。工況設(shè)計(jì)為:工況1，F(xiàn)r=6.30，上游水位352m，下游水位285m;工況2，F(xiàn)r=6.05，上游水位360m，下游水位287m;工況3，F(xiàn)r=5.0
?2個(gè)表孔和10個(gè)中孔。消力塘長(zhǎng)228m，分左右兩區(qū)為平底板結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅瘸卟捎弥亓ο嗨茰?zhǔn)則，比尺為1∶80。主要針對(duì)左半?yún)^(qū)消力塘的6個(gè)表孔和5個(gè)中孔同時(shí)泄水進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量。由于要保證模型相似性，底板的模型材料要滿足結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相似要求，故底板采用加重橡膠材料，其重度和彈性模量能滿足結(jié)構(gòu)動(dòng)力相似準(zhǔn)則，能在承受水動(dòng)力荷載后保證變形相似，反映實(shí)際工程的特征。在底板中間位置布置9塊20cm×20cm×12cm的加重橡膠板塊，其他地方采用有機(jī)玻璃填平，試驗(yàn)板塊布置如圖1。在順?biāo)鞣较蛏�，板塊沿垂直方向增設(shè)鍵槽，鍵槽布置如圖2。在板塊上均勻布置貫穿板塊的孔徑為0.35cm的透水孔36個(gè)，開孔率為3.5%［11］。由于縫隙水流比較復(fù)雜，這種縫隙水流屬于層流范疇。弗勞德準(zhǔn)則已不再適用，原型中的縫隙與模型縫隙大小屬于同量級(jí)，因此，滿足了模型與原型縫隙的流場(chǎng)相似，也就滿足了壓力脈動(dòng)相似［12］。所有板塊之間保留2mm的間隙以保證動(dòng)水壓力傳遞的相似性。圖1試驗(yàn)板塊布置(單位:mm)Fig.1Testplatelayout(unit:mm)圖2鍵槽布置(單位:mm)Fig.2Keygroovelayout(unit:mm)由于條件所限，試驗(yàn)采用16通道DJ800脈動(dòng)壓力測(cè)試系統(tǒng)，其壓力傳感器測(cè)點(diǎn)布置為:上表面測(cè)點(diǎn)1～4，下表面測(cè)點(diǎn)5～8，縫隙一側(cè)測(cè)點(diǎn)9～13，另一側(cè)14～16，且脈動(dòng)壓力傳感器都布置在板塊各表面中心軸線上。帶鍵槽底板各測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力傳感器布置見圖3。在保證縫隙邊界條件不改變的情況下，計(jì)算出不同弗勞德數(shù)下脈動(dòng)壓力傳播特性，每組試驗(yàn)均進(jìn)行3次數(shù)據(jù)采集，以避免偶然因素引起的試驗(yàn)誤差，增加試驗(yàn)可信度。工況設(shè)計(jì)為:工況1，F(xiàn)r=6.30，上游水位352m，下游水位285m;工況2，F(xiàn)r=6.05，上游水位360m，下游水位287m;工況3，F(xiàn)r=5.06，，上游水位370m，下游水位290m;工況4，F(xiàn)r=4.60，上游水位3
【作者單位】： 天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0401705) 國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(51309177) 高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(B14012) 高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(新教師類)(20120032120051)
【分類號(hào)】：TV135.2
【圖文】：
/s，消能工為中－表孔交叉間隔布置的底流消能形式，共有12個(gè)表孔和10個(gè)中孔。消力塘長(zhǎng)228m，分左右兩區(qū)為平底板結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅瘸卟捎弥亓ο嗨茰?zhǔn)則，比尺為1∶80。主要針對(duì)左半?yún)^(qū)消力塘的6個(gè)表孔和5個(gè)中孔同時(shí)泄水進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量。由于要保證模型相似性，底板的模型材料要滿足結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相似要求，故底板采用加重橡膠材料，其重度和彈性模量能滿足結(jié)構(gòu)動(dòng)力相似準(zhǔn)則，能在承受水動(dòng)力荷載后保證變形相似，反映實(shí)際工程的特征。在底板中間位置布置9塊20cm×20cm×12cm的加重橡膠板塊，其他地方采用有機(jī)玻璃填平，試驗(yàn)板塊布置如圖1。在順?biāo)鞣较蛏希鍓K沿垂直方向增設(shè)鍵槽，鍵槽布置如圖2。在板塊上均勻布置貫穿板塊的孔徑為0.35cm的透水孔36個(gè)，開孔率為3.5%［11］。由于縫隙水流比較復(fù)雜，這種縫隙水流屬于層流范疇。弗勞德準(zhǔn)則已不再適用，原型中的縫隙與模型縫隙大小屬于同量級(jí)，因此，滿足了模型與原型縫隙的流場(chǎng)相似，也就滿足了壓力脈動(dòng)相似［12］。所有板塊之間保留2mm的間隙以保證動(dòng)水壓力傳遞的相似性。圖1試驗(yàn)板塊布置(單位:mm)Fig.1Testplatelayout(unit:mm)圖2鍵槽布置(單位:mm)Fig.2Keygroovelayout(unit:mm)由于條件所限，試驗(yàn)采用16通道DJ800脈動(dòng)壓力測(cè)試系統(tǒng)，其壓力傳感器測(cè)點(diǎn)布置為:上表面測(cè)點(diǎn)1～4，下表面測(cè)點(diǎn)5～8，縫隙一側(cè)測(cè)點(diǎn)9～13，另一側(cè)14～16，且脈動(dòng)壓力傳感器都布置在板塊各表面中心軸線上。帶鍵槽底板各測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力傳感器布置見圖3。在保證縫隙邊界條件不改變的情況下，計(jì)算出不同弗勞德數(shù)下脈動(dòng)壓力傳播特性，每組試驗(yàn)均進(jìn)行3次數(shù)據(jù)采集，以避免偶然因素引起的試驗(yàn)誤差，增加試驗(yàn)可信度。工況設(shè)計(jì)為:工況1，F(xiàn)r=6.30，上游水位352m，下游水位285m;工況2，F(xiàn)r=6.05，上游水位360m，下游水位287m;工況3，F(xiàn)r=5.0
?2個(gè)表孔和10個(gè)中孔。消力塘長(zhǎng)228m，分左右兩區(qū)為平底板結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅瘸卟捎弥亓ο嗨茰?zhǔn)則，比尺為1∶80。主要針對(duì)左半?yún)^(qū)消力塘的6個(gè)表孔和5個(gè)中孔同時(shí)泄水進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量。由于要保證模型相似性，底板的模型材料要滿足結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相似要求，故底板采用加重橡膠材料，其重度和彈性模量能滿足結(jié)構(gòu)動(dòng)力相似準(zhǔn)則，能在承受水動(dòng)力荷載后保證變形相似，反映實(shí)際工程的特征。在底板中間位置布置9塊20cm×20cm×12cm的加重橡膠板塊，其他地方采用有機(jī)玻璃填平，試驗(yàn)板塊布置如圖1。在順?biāo)鞣较蛏�，板塊沿垂直方向增設(shè)鍵槽，鍵槽布置如圖2。在板塊上均勻布置貫穿板塊的孔徑為0.35cm的透水孔36個(gè)，開孔率為3.5%［11］。由于縫隙水流比較復(fù)雜，這種縫隙水流屬于層流范疇。弗勞德準(zhǔn)則已不再適用，原型中的縫隙與模型縫隙大小屬于同量級(jí)，因此，滿足了模型與原型縫隙的流場(chǎng)相似，也就滿足了壓力脈動(dòng)相似［12］。所有板塊之間保留2mm的間隙以保證動(dòng)水壓力傳遞的相似性。圖1試驗(yàn)板塊布置(單位:mm)Fig.1Testplatelayout(unit:mm)圖2鍵槽布置(單位:mm)Fig.2Keygroovelayout(unit:mm)由于條件所限，試驗(yàn)采用16通道DJ800脈動(dòng)壓力測(cè)試系統(tǒng)，其壓力傳感器測(cè)點(diǎn)布置為:上表面測(cè)點(diǎn)1～4，下表面測(cè)點(diǎn)5～8，縫隙一側(cè)測(cè)點(diǎn)9～13，另一側(cè)14～16，且脈動(dòng)壓力傳感器都布置在板塊各表面中心軸線上。帶鍵槽底板各測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力傳感器布置見圖3。在保證縫隙邊界條件不改變的情況下，計(jì)算出不同弗勞德數(shù)下脈動(dòng)壓力傳播特性，每組試驗(yàn)均進(jìn)行3次數(shù)據(jù)采集，以避免偶然因素引起的試驗(yàn)誤差，增加試驗(yàn)可信度。工況設(shè)計(jì)為:工況1，F(xiàn)r=6.30，上游水位352m，下游水位285m;工況2，F(xiàn)r=6.05，上游水位360m，下游水位287m;工況3，F(xiàn)r=5.06，，上游水位370m，下游水位290m;工況4，F(xiàn)r=4.60，上游水位3
【作者單位】： 天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0401705) 國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(51309177) 高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(B14012) 高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(新教師類)(20120032120051)
【分類號(hào)】：TV135.2
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本文編號(hào)：2528829
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