论文部分内容阅读
当跨河交通桥(闸)与河道中心线不垂直(即斜交桥),而在桥后需要建设消力池时,在工程实践中出现了斜向消力池,即消力池的尾槛(墙)与河道的中心线呈现一定夹角。斜向消力池不仅满足消能要求,相对于正向消力池,可节省工程投资。目前对于传统的正向消力池开展了广泛的研究,而对斜向消力池的研究较少。因此本论文对斜向消力池的水动力特性进行研究,为工程实践提供依据。本论文采用物理模型实验与分析的方法进行研究。实验模型主要考虑消力池的斜角和消力池深度因素,其中消力池的斜角分别为50°、60°、70°、90°(90°为比较方案),在50°斜角消力池中又分为3个消力池深度方案,每个实验方案进行了5个流量的水力实验。利用实验得到的消力池水深、流速及动水压力数据,论文研究了斜向消力池的水跃特性、流速、底板及边墙的脉动压力分布规律等,主要研究内容与成果如下:(1)开展了斜向消力池的水跃特性研究,分析了斜角、入池流量的变化对斜向消力池内水跃特性及水深的影响。结果表明,斜向消力池内水跃分布不均匀,不同斜角消力池在同一流量下,沿水流方向上各纵向断面的水跃跃前、跃后位置不同,水跃长度也不同。与正向消力池不同,斜向消力池内跃前、跃后断面均不垂直于水流方向,而与水流方向呈一定夹角。跃前断面与水流方向夹角β1,以及跃后断面与水流方向夹角β2具有相同规律,斜角α越小,β1、β2越小,水跃长度越大。斜角或流量越小,跃前、跃后断面越靠近上游。受斜角的影响,消力池内相同流量下同一横断面(平行于消力池进口断面)水深不同。不同纵断面的沿程水深变化也不同,同一斜角,右岸水深沿程变化较大,左岸和中心线水深沿程变化较小。消力池斜角越大,左、右岸水面越均匀。流量越大,左岸水面越不均匀。(2)开展了斜向消力池的临底流速与垂向流速研究。通过对斜向消力池内三维流速分析,得出了斜角、入池流量变化时斜向消力池内临底流速和纵、横向流速垂线分布规律。研究发现,与正向消力池相比,斜向消力池左岸、中心线临底纵向流速明显减小,但右岸流速无明显差异。角度越大或流量越小,临底流速分布越均匀。纵、横向流速在左岸、中心线底层较大,右岸表层较大。横向流速方向具有如下规律:在左岸附近,50°消力池内流速方向为左岸流向右岸,60°、70°时则为右岸流向左岸;在中心线附近流速方向不受角度影响,均为从左岸流向右岸;在右岸附近均为从右岸流向左岸。(3)开展了斜向消力池底板、边墙的脉动压力研究,通过对斜向消力池底板、边墙脉动压强数据的分析,得出了斜角、入池流量变化时斜向消力池底板三条纵断面以及左、右边墙脉动压强的分布规律、概率密度以及频谱特性。研究发现,与正向消力池相比,设置斜向消力池后底板脉动压强明显减小。消力池斜角越小,左、右边墙脉动压强越小。不同位置脉动压强概率密度均符合正态分布。(4)对斜向消力池条件下的水跃方程进行了推导,提出了斜向消力池共轭水深修正系数。利用实验得到的不同斜角消力池不同流量下的跃前、跃后水深,通过回归分析得到了斜向消力池共轭水深修正系数计算公式,以及斜向消力池共轭水深计算公式;根据实验得到的跃长系数频数及频率分布,提出了不同斜向消力池跃长系数取值范围,可供工程设计参考。