上沟水利枢纽浆砌石空腹重力坝应力分析及消能防冲研究

论文摘要

水流运动是一种非常复杂的自然现象,对各种作用力存在的情况和它们发展的规律,至今还没能很好的掌握,设计水利工程时通常不是用数学分析的方法,就是应用经验公式,这两种方法都有一定局限性,比如为了解决数学分析的困难,在推导理论方程之前需加上各种假设进行简化;在方程求解过程中,对高次项往往加以省略。而应用经验公式虽可靠,但其系数有一定的使用条件和范围,不能任意推广应用。事实上天然河道中水工建筑物的边界条件各不相同,且非常复杂,近几十年来,新的测试技术以及电子计算机在计算、自动控制数据采集和处理方面的应用发展很快,试验水力学与理论流体力学融合的趋向也日益明显。使得某些试验项目与专题研究可借助于数学模型求解,对于有些复杂边界的三元水流问题,目前正在研究用数学模型计算,因此,可以认为,将水工模型试验(物理模型)与数学模型计算紧密结合,互相补充是当前的重要研究途径。本文针对东北初次采用的空腹重力坝的理论与实践以及上沟拦河坝的具体工程,作了以下工作: (1)、上沟拦河坝水工模型试验分析。依据模型试验,对上沟拦河坝的泄流能力、泄流边壁空蚀特性、堰水面线和水舌与起挑流量、挑流消能防冲特性,进行了系统深入的研究。 (2)采用模型试验与数值分析相结合的方法,对上沟拦河坝坝体进行了结构的应力分析。 (3)依据模型试验分析与数值分析的结果,校核了上沟拦河坝原设计方案的合理性和可行性,提出了相应的修改与完善方案,并对该坝坝体体型进行了优化。 本文所做工作不仅可为上沟拦河坝的设计与施工提供直接依据,而且可对我国的空腹重力坝的理论与实践提供有益的补充,因而具有较为重要的理论与实践参考价值。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 2 上沟水利枢纽工程概况
• 2.1 自然状况
• 2.1.1 流域概况
• 2.1.2 气象
• 2.1.3 冰情
• 2.1.4 工程地质
• 2.2 工程任务
• 2.2.1 工程任务
• 2.2.2 工程等别
• 2.2.3 建筑物级别
• 2.2.4 洪水标准
• 2.2.5 主要设计参数
• 2.3 坝型比选
• 2.3.1 沙河桥拦河坝坝型拟定
• 2.3.2 上沟电站坝型比选
• 2.4 工程布置
• 2.4.1 工程总体布置
• 2.4.2 主要建筑物布置
• 3 泄水建筑物水力学模型相似原理及设计
• 3.1 水工模型的相似原理
• 3.2 试验研究任务
• 3.2.1 试验任务
• 3.2.2 基本资料
• 3.3 模型类型及比尺选择
• 3.3.1 模型类型
• 3.3.2 比尺选择
• 3.3.3 模型制作
• 3.3.4 测量仪器选择
• 4 模型试验分析
• 4.1 泄流能力的试验研究
• 4.1.1 流量公式
• 4.1.2 三孔闸门全开泄流能力
• 4.1.3 三孔闸门同步开启泄流能力
• 4.1.4 中孔、两边孔全开泄流能力
• 4.2 泄流边壁空蚀特性研究
• 4.2.1 基本概念及公式
• 4.2.2 测压管布置
• 4.2.3 模型实测结果
• 4.3 堰水面线、水舌及起挑流量
• 4.3.1 水面线及水舌
• 4.3.2 起挑流量
• 4.4 挑流消能试验研究
• 4.4.1 局部动床冲料选取
• 4.4.2 冲坑
• 4.4.3 关于电站尾水堆渣问题
• 4.4.4 水电尾水右导墙问题
• 4.4.5 小结
• 4.5 水流流态
• 4.6 本章小结
• 5 坝体结构应力分析
• 5.1 应力分析任务
• 5.2 应力分析方法综述
• 5.2.1 物理模型实验法
• 5.2.2 材料力学法
• 5.2.3 弹性理论的解析法
• 5.2.4 弹性理论的差分法
• 5.2.5 弹性理论的有限元法
• 5.3 有限元法基本原理
• 5.3.1 有限元法的起源
• 5.3.2 重力坝应力计算的有限元法
• 5.3.3 重力坝有限元法弹性分析的基本原理
• 6 上沟拦河坝体型优化
• 6.1 数学模型的建立
• 6.2 挡水坝段有限元分析及剖面优化
• 6.2.1 荷载计算工况
• 6.2.2 荷载计算与约束
• 6.2.3 材料参数选取及力学模型特性
• 6.2.4 计算结果
• 6.2.5 小结
• 6.3 溢流坝段有限元分析及剖面优化
• 6.3.1 荷载计算工况
• 6.3.2 荷载计算与约束
• 6.3.3 材料参数选取及力学模型特性
• 6.3.4 计算结果
• 6.3.5 小结
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献