水垫塘的水动力荷载特性优化方案

图3.29　底板动水压强的分布(www.xing528.com)

高坝泄洪水舌落入消力塘，在护坦上出现的水流流态根据下游水深情况，大体上可分为两种形式：自由射流和淹没冲击射流。当下游无水到形成临界水跃的较小水深时，呈自由射流形态；当下游水深大于形成临界水跃水深时，呈淹没射流形态。实际工程必须保证消力塘呈淹没射流形态。由于射流的卷吸作用，射流流速沿程衰减，水垫起到消能作用。但是，冲击射流到达边壁时，尚具有一定的流速，故产生冲击压强。由于对消力塘底板衬砌块之间存在施工缝以及与基岩间有接触缝，在高速冲击射流的作用下，动水压强不仅作用于底板上表面，也通过缝隙传到底板的下表面，形成上举力。在底板上下表面动水压力差的作用下，有一定的破坏作用。按照表面动水压强分布的差异，可将底板分成三个区域（图3.29）。Ⅰ区为水舌冲击区，直接承受射流冲击作用，底板上下表面的压强都很大；Ⅱ区为壁面射流区，射流受Ⅰ区边壁约束，流线弯曲，底板上表面压强急剧降低。此区底板下表面压强因受缝隙流压强传播规律的制约，虽有降低，但降幅远小于上表面。因此，Ⅱ区底板承受的水流上举力较大，是易失稳区；Ⅲ区是水流渐变区，底板上下表面压强接近。还有与Ⅱ区对应的Ⅱ′区，动水压强与Ⅱ区相近，只是上下表面压强差较Ⅱ区小。因此，Ⅱ区底板是首先失稳板块。