黄河小浪底水库泄洪洞采用多级孔板布置方案，在洞内每隔一定间距设置一个孔板环以缩窄过水断面，使水流经过孔板环时发生突然收缩和突然扩散，以消杀高速水流的能量。经过模型试验证实，孔板方案的消能效果显著，能够大大降低洞内的压力和流速。但是孔板方案也带来一些新的问题，由于水流受到孔板环的扰动，脉动压力增大，可能加剧孔板和洞壁围岩的振动，下面就该多级孔板消能泄洪洞振动响应进行分析[29]。
该泄洪洞结构振动试验的原型观测项目包括孔板和衬砌的振动测量，围岩的振动测量及混凝土中的动应变、动应力测量，由于振动传感器大部分埋设在洞内，承受最大水压力为70m水头，所以仪器必须首先满足密封防水要求，又由于在脉动压力作用下，洞壁上多数测点的振幅值都较小，因此对传感器和放大系统的精度要求也很高。观测期试验洞进行过两次放水试验。1987年6月23日进行了第一次试验，放水时间持续2小时，目的是检查仪器工作情况，观测结果不作为正式记录。7月23日进行了正式试验，放水时间持续8.5小时。放水前水库上游水位为689.33m，下游水位为618.6m，上下游水头差70.73m，泄流量为78.5m3/s，套衬段的流速为6.94m/s，孔板口流速为14.6m/s，放水8.5小时后，水库水位降为688.8m，较放水前降低0.53m。放水前后，泄洪洞水头变化0.8%，流速变化0.4%。整个试验过程中洞内水流流速变化很小，脉动压力和结构振动基本属于平稳随机过程。
1.孔板振动的应力应变测量
在孔板和孔板附近的衬砌埋设了4支应力计和6支钢筋计。孔板是一个环状结构，厚0.66m，外径3.8m，内径2.62m，从剖面上看孔板高度为0.59m。孔板上、下游面均承受水流的脉动压力，由于上下游面脉动压力的幅值和相位均不相等，故使孔板中产生应力。按受力状况分析，最大拉应压应力应该出现在孔板上、下游面的根部并沿着孔板的高度方向（即洞的半径方向）。为了量测孔板应力，在其上游面根部沿半径方向埋设了4支应变计S1～S4及2支钢筋计R1和R11。在洞壁衬砌内埋设4支钢筋计，其中R2和R12量测洞轴线方向的应力，R3和R13测量衬砌的环向应力。各位置如图11.53所示。
图11.53 试验洞孔板段的测点布置
应变量测的直接结果是应变波形。图11.54（a）为应变计S1测得的振动波形，横坐标每格0.5s，从波峰的间距可以粗略地看出应变的频率是相当低的。图11.54（b）给出了S1的谱密度曲线进一步显示了孔板振动的频率组成，应变的频率范围在0～10Hz之间，而5 Hz以下的振动分量占总应变能的90%以上。图中还用虚线画出了孔板上水流脉动压力的谱密度曲线，表明结构动应变与脉动压力载荷在频率特性上有很大的相似性。谱密度曲线表现了应变能的频率分布情况。在频域上对谱密度函数积分就得到动应变的方差。(www.xing528.com)
图11.54 孔板振动的应变测量波形与功率谱密度图
（a）振动波形；（b）功率谱密度
2.孔板及洞壁的振动加速度及振动位移
传感器采用自制的加速度计。加速度计中V1、V3和V4安置在孔板上，其余6个安置在衬砌的不同部位，待定位并接通出线后再封盖预留孔，图11.55所示为加速度V1测得的振动波形，其频率较高，频带范围较宽，峰值频率可达30～40Hz。孔板振动的加速度波的频率高于图11.55孔板应变波的频率，也高于激振力的主要频率。
图11.55 实测孔板振动的加速度波形
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