9.2.1.1 消能区导墙上的时均压力分布特征
试验表明，挑流消能区导墙上的时均压力沿水流方向的分布规律如下：在挑流水舌内缘上，测压管水头与水面线基本一致；在水舌外缘下游，测压管水头低于水面线，两者之差随着泄洪水头的增加而增大，这一规律与水流现象一致。其原因在于水内缘上游水体掺气很少，水体的密度、重度改变甚微，而在水舌外缘下游水体大量掺气，使水体密度、重度变小，加之逆向漩滚、气泡上升，产生浮力效应，所以测压管水头低于水面高程，同时，泄洪水头愈高，掺气愈充分，两者之差就愈大。时均压力沿水流方向的典型分布如图9.7所示（Lj为自由水跃长度）。时均压力沿水深的分布基本上是一条直线，其图形与静水压力相似，是一个三角形，只是由于水体掺气后重度减小，各高程的实测压力均小于该点的水深，所以导墙设计中计算水压力时，不宜取两侧的水面差，应考虑泄洪侧水体掺气后时均压力减小这一因素。
9.2.1.2 消能区导墙上的脉动荷载特性
图9.8、图9.9给出了脉动压力沿水深和水流方向的分布情况。从测试成果来看，可以得出：
（1）脉动压力沿水深的分布不同于静水压力分布，也不是直线分布，而是下部较小，上部较大，合力作用点比静水压力的高；上部是波滚中心区，下部处于漩滚边缘，说明漩滚中心区的脉动压力比漩滚边缘大，在导墙底部，由于水垫的作用，射流不能冲至底部，所产生的紊动对其影响也小，所以脉动压力值很小。
（2）脉动压力沿水流方向的分布总规律是水舌冲击区的脉动压力较大，水舌内缘往上游逐渐减小，水舌外缘下游，先是沿程略有减小，而后略有增加，水舌内缘上游漩滚很弱，水舌外缘下游漩滚强烈，说明凡是水流紊动强度大的区域脉动压力均较大。
图9.7 时均压强沿水流方向的典型分布
图9.8 脉动压力沿水流方向的典型分布
图9.9 脉动压力沿水深方向的典型分布
（3）图9.10给出了冲击区导墙上脉动压力的双倍幅值2A（6σ）的最大值（指单个测点）和平均值（指沿水深平均）与上游水位与测点水头差H的关系。
2A最大值与H的上限关系式为：
2A平均值与H的上限关系式为：
（4）从图9.10可以看出底流消能区导墙上的脉动压力沿水流方向的分布是水跃整个前半部都较大，而后呈下降趋势；沿水深分布也不同于静力压力分布，是从底部逐渐增大，至最大值后又逐渐减小，最大值出现在水跃旋滚高度的1/2左右[8]。其脉动压力2A与H的上限关系式[9]为：(www.xing528.com)
（5）比较式（9.4）、式（9.5）可知，挑流消能区导墙上脉动压力幅值略大于相同水头差的底流消能区的脉动压力幅值。以上讨论的是点脉动压力，为了解消能区导墙点面脉动荷载的相关关系，采用自制面压力盒对挑流消能冲击区导墙的整体（面）脉动压力进行测量，得到了点面脉动压力转换系数CP=σP面/σP点=0.17～0.27（σP点指沿水深平均的点脉动压力均方根值）。CP主要取决于脉动压力的空间相关尺度和承压面面积的大小，一般脉动压力相位同步面积远小于承压面面积，CP可采用以下关系式[10]：
式中：l x、l y分别为顺水流和垂直水流方向的脉动压力积分尺度；A为承压面面积。
经反馈分析可得脉动压力积分尺度与下游水深ht的关系：
图9.10 脉动压力双倍振幅与水头差的关系
—挑流消能区最大值；—挑流消能区平均值；—底流消能区；——下限值
（6）试验表明，导墙边壁上水流的压力脉动是一种宽带低频脉动，能量主要集中在低频段，脉动荷载的优势频率在2Hz以下。
9.2.1.3 泄水槽上的脉动荷载特性
对于导墙顶部有泄水槽情况，图9.11、图9.12分别给出典型的实测泄水槽侧墙上的脉动压力沿水流方向和水深方向的分布，可见两者分布皆比较均匀。脉动压力双倍幅值2A与H的关系如图9.10所示，其上限关系式仍然采用式（9.5），即与水跃消能区导墙上的脉动压力2A与H上限关系式一致。实测点面脉动压力转换系数CP=（0.05～0.075），经反馈分析可得脉动压力积分尺度与泄水槽水深hs的关系如式（9.7）所示，泄水槽上面脉动压力能量主要分于5Hz以下的频率范围。
图9.11 泄水槽脉动压力沿水流方向的典型分布
图9.12 泄水槽脉动压力沿水深方向的典型分布
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