小浪底水利枢纽进水塔群前高滩边岸坍塌特性试验研究

发布时间：2017-06-26 21:17

  本文关键词：小浪底水利枢纽进水塔群前高滩边岸坍塌特性试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多沙河流上修建的水库,都存在库区淤积问题。而在黄河的干支流上修建水库,水库淤积问题更为严峻。在上游来水来沙和枢纽调度运行的共同作用下,库区会产生纵向沿程淤积,同时在坝前会形成高滩深槽的横向淤积形态。当它发生到泄流建筑物前的时候,一旦失稳,此时发生的坍塌淤堵比上游沿程淤积相比是急促的、迅速的和危险的。所以防止泄流建筑物前高滩深槽边坡失稳是非常紧迫。选择合适的研究手段,开展泄流建筑物前高滩深槽边坡稳定性试验,意义重大。高滩深槽边坡的稳定性对于枢纽泄水建筑物的安全运行有重要的影响。本文以小浪底水利枢纽为研究对象,探讨进水塔前高滩深槽边岸的稳定性,探讨在特殊急降水条件下高滩深槽边岸坍塌的状况以及可能采取的除险措施。该研究对多沙河流水库的运用实际及河流动力学的理论发展均有重大意义。本文首先进行了阴离子交换树脂模型沙的物理特性的试验研究,进行了模型沙的选取;利用小浪底水利枢纽坝区正态整体动床泥沙物理模型,进行了模型验证。在已经存在高滩深槽淤积形态的基础上,根据《小浪底水利枢纽拦沙后期运用调度规程》,开展了不同降水速率的泄流拉沙试验,观察了塔前高滩深槽边坡在不同降水速率时的稳定性、滑塌状况;研究了可以采用的防淤堵运用措施。研究表明在库区实际运行最大降水速率为3m/d的条件下,塔前高滩坍塌严重,而且左岸坍塌更为严重,平均淤堵到189m,局部淤堵高度高达8m。为此进行产生塔前高滩坍塌主要因素的试验,得知水位骤降是引起塔前边岸坍塌的主因。由于在最大降水条件下,塔前坍塌严重,在此基础上进行塔前淤堵后拉沙试验,研究表明,在超过允许淤沙高程时,采用先开启明流洞、后孔板洞、再排沙洞的运行方式,可以将塔前淤积的大部分沙拉走。泄流拉沙过程中,各孔洞排沙效率与孔洞位置、泄量紧密相关,同时还与相邻前期孔洞排沙形成的漏斗特性有关,孔板洞拉沙时,冲刷效率最高。为了进一步精细研究高滩边坡稳定性与降水速率、泥沙粒径的关系,本文又利用0.8m(宽)×1.0m(高)的大型水槽,开展了高滩边岸坍塌特性的概化水槽试验。研究不同降水速率(0.3m/d、1m/d、4m/d和7m/d)条件下、不同中值粒径(细沙、中沙和粗沙)对高滩边滩坡度的影响。研究表明:泥沙休止角与泥沙堆积体的水下平衡坡度不一致,且粒径越粗,水下平衡坡度越大;泥沙淤积体在水位降低下滑塌过程基本符合一致规律,但淤积体水上坡度和水下坡度随时间的变化其分布不一致;随着水位下降,粗沙和中沙坡度变化总体上没有细沙坡度变化明显。相对而言,细沙最不稳定;降水结束后的最终横向淤积形态,分为爬坡段、斜坡段和反坡段。其各段上相对边角与其相对位置呈分段函数关系。本项研究丰富了对模型沙的物理特性认识,提出了边坡坍塌的规律及形成机理;同时针对工程问题,回答了降水速率、泥沙粒径与边坡稳定的关系,以及淤堵后的除险措施。
【关键词】：小浪底水库 模型试验 高滩边岸 稳定分析 淤堵后冲刷 水槽试验 降水速率 滑塌
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV145
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 问题的提出11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 工程概况15-16
• 1.4 研究方法及技术路线16-17
• 1.4.1 研究方法16
• 1.4.2 技术路线16-17
• 1.5 主要研究内容17-19
• 2 坝区动床模型的设计与验证19-27
• 2.1 模型相似理论19-22
• 2.1.1 模型相似条件19-20
• 2.1.2 模型类别及几何比尺20
• 2.1.3 模型沙选择20-22
• 2.1.4 模型比尺总汇22
• 2.2 模型布置22-24
• 2.2.1 整体平面布置22-23
• 2.2.2 模型量测断面及测点平面布置23-24
• 2.3 模型制作与测量仪器24
• 2.4 模型验证24-27
• 2.4.1 整模型验证试验24-25
• 2.4.2 试验方法25
• 2.4.3 试验结论25-27
• 3 进水塔群前高滩边岸稳定性试验27-61
• 3.1 水位降低条件下边坡稳定性试验27-40
• 3.1.1 研究思路27
• 3.1.2 试验控制条件27-28
• 3.1.3 试验成果28-40
• 3.1.4 成果及分析40
• 3.2 边坡失稳的主因试验40-45
• 3.2.1 研究思路40
• 3.2.2 试验试验控制条件及方案40
• 3.2.3 试验成果40-45
• 3.2.4 成果及分析45
• 3.3 进水塔群前边坡失稳后淤堵除险试验45-61
• 3.3.1 试验思路45
• 3.3.2 试验控制条件45-46
• 3.3.3 试验过程46-47
• 3.3.4 试验成果47-59
• 3.3.5 成果及分析59-61
• 4 高滩边岸坍塌特性的概化水槽试验61-97
• 4.1 研究思路61
• 4.2 试验设计61-63
• 4.3 预备试验63-71
• 4.3.1 沙样63-66
• 4.3.2 水下休止角试验66-68
• 4.3.3 加沙方法探究68-71
• 4.4 对比水下坡度试验71-85
• 4.4.1 细沙水下平衡坡度稳定性试验71-79
• 4.4.2 粗沙水下平衡坡度稳定性试验79-82
• 4.4.3 中沙水下平衡坡度稳定性试验82-85
• 4.5 结果与分析85-97
• 4.5.1 试验段各断面的对比分析85-86
• 4.5.2 淤积过程分析86-88
• 4.5.3 最后淤积形态分析88-95
• 4.5.4 堆积体坡度变化结果与分析95-97
• 5 结论与展望97-99
• 5.1 结论97-98
• 5.2 展望98-99
• 攻读硕士学位期间参加的项目及发表的论文情况99-101
• 科研经历99
• 科研成果99-101
• 致谢101-103
• 参考文献103-105

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