超设计水位下的泄流能力和压强分布

(1)泄流能力。底孔的实际施工方案与本章6.3.2节单项技术设计审查阶段推荐的研究方案略有差别,主要在底坡坡度和挑坎高程上作了适量的调整,但进口底高程、孔口尺寸及有压段出口高程均没有变化,因此两者的泄流能力应该基本一致。试验结果见表6.4。

表6.4　超设计水位底孔单孔泄流能力

图6.25　底孔超设计水位时均压强和脉动压强测孔布置(单位:m)

(注:Mi(i=1～6)为脉动压强测点,其余为时均压强测点)

深孔的实际施工方案与本书第5章中5.4节研究方案完全相同,校核试验成果相差无几。

(2)时均压强分布。沿孔壁布置了31个时均压力测孔和8个脉动压强测点,孔位见图6.25。时均压强分布见图6.26。上游水位135m和160m时各测点的时均压强值见表6.5。

上游水位160m时,时均压强最大值在进口1号测点处,达775kPa,最小值在明流反弧段27号测点,为121kPa。没有负压出现。而水位135m时,两者分别为555kPa和114kPa。

(3)脉动压强的量测。量测系统采用DJ800,传感器感应面积直径φ3mm,通过转换器连接到计算机自动记录和分析。定义压强统计特征的均值为a,均方根值为K,脉动强度为K/a。

表6.6为各上游水位下脉动压强统计特征值。从概率密度图和功率谱图分析,超水位条件下,水流脉动符合一般规律,仍属宽带低频信号。(www.xing528.com)

表6.5　时均压强分布　单位:kPa

总体看来,在上游超设计水位情况下,在明流反弧段末端的7号、8号测点附近,由于挑坎上水跃的摆动,脉动强度较高。上游水位160m时,2K/a为25%,2K最高为40kPa,这一量值对底孔压力的增减影响并不大,相应压强均值a最小为107kPa,没有负压发生。在有压段内各测点,低水位脉动强度略高,出口顶板3号测点的2K/a接近20%。由于脉动压力的随机特性和测点的局限性,各水位之间的分布规律并不明显。

图6.26　时均压强沿程分布

(a)进口段顶板1～5号及有压管顶板13～24号测点;(b)进口段侧壁6～12号测点;(c)明流段底板25～31号测点

根据三峡总公司监测中心实测,在底孔运行期间明流段脉动压强均方根值为2.8～12.9kPa,平均流速为28.8～31.1m/s;而本次试验在135m水位时,压力段出口至明流段上的6号、7号测点脉动压强均方根值为3.0kPa和13.2kPa,挑坎上的8号测点为20.4kPa。平均流速相应为32.4m/s和34.7m/s。可见试验结果和原型监测值大体相近,原、模型之间有较好的相似性。

表6.6　底孔超设计水位脉动压强统计特征值　单位:kPa

注 135-1表示上游水位135m的1号样本,其余类推。