大坡降復(fù)合式水平旋流內(nèi)消能泄洪洞阻塞擴(kuò)散段試驗(yàn)

本文結(jié)合公伯峽水電站旋流泄洪洞水工模型試驗(yàn)研究,提出了水平旋流泄洪洞泄流能力、螺旋流流速沿程分布及其徑向分布、壁面壓力、通風(fēng)量等計(jì)算方法。通過體型優(yōu)化,較好地解決了起旋器與旋流洞連接拐角處的負(fù)壓和摻氣問題,有效地避免了空蝕破壞,可供同類工程設(shè)計(jì)參考

公伯峽水電站水平旋流泄洪洞試驗(yàn)研究——本文結(jié)合公伯峽水電站旋流泄洪洞水工模型試驗(yàn)研究，提出了水平旋流泄洪洞泄流能力、螺旋流流速沿程分布及其徑向分布、壁面壓力、通風(fēng)量等計(jì)算方法。通過體型優(yōu)化，較好地解決了起旋器與旋流洞連接拐角處的負(fù)壓和摻氣問題...

在水電建設(shè)項(xiàng)目中,大體積混凝土及地下洞室混凝土施工技術(shù)已相對(duì)成熟和完善,薄壁混凝土施工,特別是洞室薄壁混凝土襯砌施工難度很大,還有不少問題亟待解決。本文依據(jù)公伯峽水電站旋流泄洪洞工程薄壁混凝土的施工實(shí)例,介紹了洞室薄壁混凝土襯砌的工藝流程、施工方法和控制要領(lǐng),其成功經(jīng)驗(yàn)可為類似工程施工提供一些參考。

通過物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)比研究了不同有壓出口高度時(shí)多級(jí)洞塞泄洪洞各項(xiàng)水力特性參數(shù),分析了出口高度對(duì)泄洪洞泄流能力、洞身壓強(qiáng)及消能率的影響。結(jié)果表明,隨著出口高度的降低,泄洪洞泄流量減小,流量系數(shù)增大；洞身壓強(qiáng)整體呈增大趨勢(shì),出口壓坡高度的變化主要對(duì)洞塞及其以后洞段的壁面壓強(qiáng)影響較大,而對(duì)上平段影響相對(duì)較弱；泄洪洞整體消能率逐漸減小,出口高度對(duì)豎井洞塞和壓坡洞塞消能率影響較大,而對(duì)水平洞塞組的消能率影響甚微。

泄洪洞出洞水流如果處理不好,易發(fā)生消能結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況。結(jié)合黃金坪水電站1號(hào)泄洪洞單體水工模型實(shí)驗(yàn)的研究,提出一種適合該工程泄洪需要的連接方式——拋物線連接,同時(shí)修改消力池的形狀。實(shí)驗(yàn)表明,該修改方案能夠很好地改善下泄水流的流態(tài),并能使消力池內(nèi)發(fā)生完整水躍,消能結(jié)果符合要求。圖3幅。

右岸旋流泄洪洞選型研究是在水平旋流自由流推薦方案與淹沒流推薦方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。兩個(gè)方案體形優(yōu)化的思路、方向以及所推薦的建筑物各部位的體形尺寸有所不同。通過對(duì)兩個(gè)方案的水力特性對(duì)比分析、結(jié)構(gòu)體形上的比較以及其他因素等研究,綜合比較推薦公伯峽水電站右岸旋流洪洞采用淹沒出流形式。

根據(jù)公伯峽水電站特定的水頭和泄量,研究了公伯峽水電站導(dǎo)流洞改建成水平旋流泄洪洞和豎井旋流泄洪洞兩種型式,并對(duì)選定的水平旋流泄洪洞進(jìn)行了體型優(yōu)化研究。

中國首次建成的公伯峽水電站旋流泄洪洞已通過了原型觀測(cè)和專家會(huì)議驗(yàn)收。就此,對(duì)該泄洪洞的試驗(yàn)研究進(jìn)行了總結(jié),重點(diǎn)說明3個(gè)問題:①公伯峽水電站為什么采用旋流泄洪洞;②旋流泄洪洞存在的水力學(xué)問題及解決辦法;③怎樣優(yōu)化設(shè)計(jì)旋流泄洪洞,并提出旋流泄洪洞設(shè)計(jì)方法,可供設(shè)計(jì)科研參考。

大石牛水電站的導(dǎo)流泄洪洞扮演著導(dǎo)流度汛的雙重作用。因此,合理設(shè)計(jì)對(duì)保證水庫的正常建設(shè)和運(yùn)行安全具有重要作用。文章通過模型試驗(yàn)的方法對(duì)導(dǎo)流泄洪洞出口消能段體型進(jìn)行優(yōu)化研究,最終確定優(yōu)化方案二為推薦設(shè)計(jì)方案。

澤城水電站導(dǎo)流泄洪洞出口河道段狹窄、險(xiǎn)峻,泄流流態(tài)異常復(fù)雜,沿河段消能防沖設(shè)計(jì)難度大。為驗(yàn)證泄洪洞體型及布置方式的合理性,設(shè)計(jì)、實(shí)施了流態(tài)模擬試驗(yàn),結(jié)果表明:泄洪洞過流能力略大于水力學(xué)計(jì)算結(jié)果,出口水頭可以滿足規(guī)范要求,在汛限水位、設(shè)計(jì)水位、校核水位三種工況下,挑角在20°至25°之間均合理。據(jù)此為設(shè)計(jì)修改提出了有益的建議。工程試運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本匹配,效果良好。

公伯峽水電站導(dǎo)流洞改建為旋流泄洪洞方案研究——為減小公伯峽水電站右岸泄洪洞改建施工風(fēng)險(xiǎn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)、施工以及公伯峽水電站目前的實(shí)際出發(fā)，對(duì)原龍?zhí)ь^泄洪洞方案、豎井旋流方案、水平旋流泄洪洞方案等進(jìn)行了對(duì)比論證，并重點(diǎn)研究了水平旋流泄洪洞...

針對(duì)某水電站大壩壩址河谷狹窄、水頭高、洪水峰高量大,致其泄洪消能措施復(fù)雜的問題,通過1∶100水工整體模型優(yōu)化壩身泄流建筑物體型,表孔采用單邊擴(kuò)散加齒坎,中孔采用平底型及上翹型。模擬結(jié)果表明,優(yōu)化方案實(shí)現(xiàn)了各孔水流在跌落下降過程中的碰撞擴(kuò)散消能,有效減小了下泄水流射入水墊塘的動(dòng)水壓力,底板沖擊壓力由284.5kpa下降到137.3kpa以下,較好地解決了泄洪消能問題,保證了大壩和消能建筑物的安全。

通過對(duì)新疆某水電站導(dǎo)流兼泄洪洞水工模型試驗(yàn),在原設(shè)計(jì)方案采用傳統(tǒng)底流消能不滿足消能效果的前提下,采用設(shè)置消力墩和摻氣槽方式進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)證明:優(yōu)化方案能有效地改善消力池內(nèi)的水力特性,起到穩(wěn)定水流流態(tài),提高消能效率,消能率可達(dá)到59.32%-67.91%。

大流量水電站的消能設(shè)計(jì)歷來都是非常復(fù)雜和困難的.在1:60溢流壩表、中泄水孔斷面模型上對(duì)密松水電站泄水建筑物的布置方案進(jìn)行了泄流能力、流速流態(tài)、壓力分布等相關(guān)水力學(xué)問題的試驗(yàn)研究,并通過10多個(gè)方案的比較優(yōu)化,提出了基本可行的泄水建筑物體型和消力池型式.研究成果表明:表孔取消寬尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能時(shí)的池底板流速,同時(shí)消除寬尾墩形成的水翅擊打兩側(cè)導(dǎo)墻現(xiàn)象,達(dá)到了較滿意的消能效果.試驗(yàn)成果對(duì)該工程設(shè)計(jì)提供了較好的參考方案,并對(duì)類似工程有很好的啟發(fā)借鑒作用.

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)由l型擋土墻與加筋土擋墻形成的多級(jí)加筋土復(fù)合式擋墻進(jìn)行了原位試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:土壓力和拉筋應(yīng)變隨上覆填土厚度增加而增大,但增速卻減小;l型擋土墻的加筋土體底部豎向土壓力沿筋長方向在加筋土施工期間呈非殘性分布,在其上的中且上級(jí)模塊式加筋土擋墻的豎向土壓力施工期呈明顯的非線性分布,但最大值均靠近拉筋尾部;l型加筋土擋墻的拉筋應(yīng)變非常小,且曲線只有一個(gè)峰值;模塊式加筋土擋墻的加筋土體底部豎向土壓力沿筋長方向起初呈線性分布且大小基本相同,但隨著填土厚度的增大而呈明顯的非線性分布,且出現(xiàn)雙峰值;中、上級(jí)擋墻的墻面板基底豎向應(yīng)力隨填土厚度的變化形式基本一樣,且隨填土厚度的增大先是內(nèi)側(cè)大于外側(cè),而后是外側(cè)大于內(nèi)側(cè);模塊式加筋土擋墻的墻背側(cè)向土壓力沿墻高、拉筋應(yīng)變沿筋長方向均呈非線性分布,且實(shí)測(cè)值均較小。

針對(duì)三座店水利樞紐左岸泄洪洞單寬流量大,下游河道床面寬、水深小,水墊作用差的特點(diǎn),分析研究了原設(shè)計(jì)方案"差動(dòng)式鼻坎"存在的問題,提出了舌形鼻坎和扭面擴(kuò)散鼻坎2種改進(jìn)方案。通過物理模型試驗(yàn)對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行檢驗(yàn),以舌形鼻坎為推薦方案,較好地解決了消能問題。

對(duì)唐家灣水庫非常泄洪洞的消能效果進(jìn)行了分析,通過試驗(yàn)優(yōu)化了消能設(shè)施,提出了高效可行的設(shè)計(jì)方案,節(jié)約了工程成本。

庫什塔依水電站溢洪洞采用了陡槽臺(tái)階式消能。為確定相對(duì)合理的臺(tái)階高度、體形,進(jìn)行了溢洪洞陡槽段單體水工模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)置47個(gè)高度為1.0m的臺(tái)階具有較好的消能效果;臺(tái)階面在各運(yùn)行工況流態(tài)良好;臺(tái)階水平面在各運(yùn)行工況下均為正壓強(qiáng),但臺(tái)階面的豎向面在臺(tái)階下游有負(fù)壓強(qiáng)出現(xiàn)。采用在臺(tái)階進(jìn)口處增加摻氣設(shè)施可避免可能發(fā)生的空蝕破壞。

針對(duì)水平射流鉆頭釬焊工藝存在的問題,采用真空擴(kuò)散焊接工藝,研究了焊接溫度、焊接壓力和焊接時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)焊縫質(zhì)量的影響,并確定了最佳焊接工藝參數(shù);水壓試驗(yàn)表明,用真空擴(kuò)散焊接制造的水平射流鉆頭焊縫致密性好,在70mpa壓力下無泄漏。

溪洛渡水電站泄洪洞采用龍落尾式布置,由于水頭高,水流在龍落尾后,流速可達(dá)到40~50m/s,屬于水利工程的超高速水流問題,體型稍有不慎,容易造成極大的破壞。通過1∶45的水工模型試驗(yàn),分析出溪洛渡水電站泄洪洞原設(shè)計(jì)體型存在的主要問題為反弧末端附近摻氣濃度低和出口挑流水舌沖擊河道對(duì)岸。通過增設(shè)摻氣坎,修改挑坎體型和洞身曲線,對(duì)泄洪洞體型進(jìn)行了優(yōu)化。并通過模型試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化體型進(jìn)行了檢驗(yàn)。

改變傳統(tǒng)的防漩消渦觀念,研究出一種帶有潛水起旋墩的新型喇叭形豎井泄洪洞,在各種水頭下均能產(chǎn)生穩(wěn)定的空腔旋轉(zhuǎn)流運(yùn)動(dòng),用以消除溢流堰和豎井的負(fù)壓,避免發(fā)生空蝕,同時(shí)提高泄洪洞的消能率。潛水起旋墩同喇叭形堰外緣的切線成小角度連接,其旋流運(yùn)動(dòng)機(jī)理是,當(dāng)水流漫溢堰頂時(shí),開始產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流,而當(dāng)水深超過起旋墩頂時(shí)自動(dòng)擴(kuò)大入流角度和加大泄量,在底層旋流的拖曳下作同步強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)流運(yùn)動(dòng)。所提出的設(shè)計(jì)理論和試驗(yàn)研究成果已應(yīng)用到廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站的豎井泄洪洞設(shè)計(jì)中。

公伯峽水電站右岸泄洪洞旋流豎井二期開挖、支護(hù)施工。