泄流工况的抗浮稳定分析

在这种运行工况下，通常假定消力塘底板止水未坏，但排水失效，因此，在板块的受力分析时，须考虑的力有：板块的重力，板块和基岩的锚筋力，板块下的扬压力，底板上的动水荷载，如图2.54所示，由板块受力可得，板块的稳定条件为：

式中：P、P′max分别为板块顶面上的时均压力和脉动压力；PP′max为板块顶面上的瞬时压力；G为板块的重力；FR为板块和基岩的锚筋力；Fu为板块下的扬压力。将式（2.60）写成规范形式为：

图2.54　排水失效工况底板的受力情况

式中：K f为安全系数，对于设计工况取1.2，校核工况取1.0。

如板块的底面积为A，板块厚度为d，混凝土板块的容重为γc，则有：

式中：P min为板块上所受的最小时均压力，一般位于射流冲击区的下游。对于板块上的脉动压力，一般假定脉动压力符合正态概率分布，并考虑到面脉动压力的均化作用，按式（2.63）计算：

式中：σp为脉动压力均方根值；ξ为点面脉动压力之间的转换系数（小于1.0）。代入有关计算式中，可得：

本工况上面讨论的是计算安全系数判别板块的稳定性。但在实验中发现最大上举力与失稳力之间存在一定的关系，对此，专门试验并进行概率分析，以确定底板的失稳概率。(www.xing528.com)

改变模型板块的重量，以表示不同的抗力，将其浮置在模型底板上，不做任何连接。固定上游水位，改变消力塘水深，观察板块的稳定情况。找出板块失稳时的水力条件，然后进行相同条件的上举力试验，得出上举力的概率分布。

关于失稳的判别，存在标准的问题。本文暂以板块出穴为标准，包括翻转、浮升和断裂、劈裂。板块失稳概率说明如图2.55所示。上举力时间过程F（t），采样时段内最大上举力F max，时均上举力，板块抗力Fk。脉动上举力的概率密度为右侧图形，且假定按正态分布，脉动幅值为3σ。本文讨论的是在板块处于临界失稳状态下，瞬时上举力超过抗力出现的概率p是多少，即图2.55中阴影部分的面积。若p值确定，即可由此作为判别板块失稳的标准，得出较为严谨的指标。

图2.55　板块失稳的概率说明

图2.56～图2.58和表2.2为三个不同抗力组次的试验结果。因为这项试验耗时较多，目前得到的数据较少，还不能得出规律性的结果，仅就这两组数据进行简单的分析。从表2.2中可以得到基本信息如下：

图2.56　上举力的概率分布曲线350（×9.8k N）

图2.57　上举力的概率分布曲线550（×9.8k N）

（1）三组试验得到的结果表明，随机出现的最大上举力显然不能作为板块稳定性的判别条件。失稳时上举力大于和等于板块抗力出现的概率约为9%～13%。

（2）板块失稳情况下的抗力仅为最大上举力的50%～70%。

表2.2　板块失稳概率试验结果

上述结果仅仅是由三组试验数据得到的初步结论，还不能由此推断在不同工程、不同水力条件下板块破坏的概率。这是一个亟待解决的问题，直接关系到消力塘防护结构的防护标准，因为目前主要依靠模型试验结果板块失稳的上举力。关于这个问题，还需要进行深入的研究。