消力池板塊表面水流-縫隙水流動(dòng)力荷載特性研究.pdf

1、消力池作為高壩泄洪時(shí)下游河床的防護(hù)結(jié)構(gòu),其自身的穩(wěn)定性不論對(duì)消能防沖還是整體水工結(jié)構(gòu)的安全都具有重大意義。消力池防護(hù)結(jié)構(gòu)的工作和破壞機(jī)理十分復(fù)雜,相關(guān)的影響因素很多,因此消力池的穩(wěn)定性一直是一個(gè)重要的研究課題。本文結(jié)合模型試驗(yàn)和數(shù)值分析,研究高壩消力塘水動(dòng)力荷載特性。對(duì)縫隙內(nèi)水流脈動(dòng)壓力傳播進(jìn)行了數(shù)值和試驗(yàn)研究,基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了簡(jiǎn)化二維數(shù)值模型,并基于此模型對(duì)脈動(dòng)上舉力各項(xiàng)形成因素進(jìn)行了分析。利用支持向量機(jī)基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則的特點(diǎn)

2、,建立了板塊上舉力預(yù)測(cè)模型。主要成果包括:
　　 (1)介紹了底流和挑流這兩種主要消能形式的特點(diǎn),分析了兩種消能形式下消力池的典型脈動(dòng)壓力特性,包括幅值特性、頻譜分布以及空間積分尺度沿程變化規(guī)律。并結(jié)合工程實(shí)例,介紹了幾種新型消能工和消力池防護(hù)措施,并通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比了采用消能工前后消力池的脈動(dòng)特性變化,從而直觀的表現(xiàn)了新型消能工及防護(hù)措施的作用。
　　 (2)對(duì)幾個(gè)常見的研究縫隙水脈動(dòng)壓力的模型進(jìn)行了分析,基于水體振蕩

3、模型對(duì)縫隙內(nèi)脈動(dòng)壓力的分布規(guī)律進(jìn)行了推導(dǎo)；并以單一余弦波為算例,運(yùn)用瞬變流模型計(jì)算了縫隙中點(diǎn)脈動(dòng)壓力的變化過程。分析了通縫形成后的縫隙水脈動(dòng)壓力傳播規(guī)律,并將瞬變流模型的計(jì)算結(jié)果與水體振蕩模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,分析了兩種方法各自的特點(diǎn)。
　　 通過水槽內(nèi)的底流試驗(yàn),對(duì)板塊上下表面脈動(dòng)壓力進(jìn)行了分析?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算了脈動(dòng)壓力的概率分布以及頻譜分布,總結(jié)了縫隙內(nèi)水流脈動(dòng)壓力特性。通過小波分解,將實(shí)測(cè)脈動(dòng)信號(hào)高低頻分離,研究了低頻

4、范圍內(nèi)脈動(dòng)壓力的相關(guān)關(guān)系以及縫隙內(nèi)脈動(dòng)壓力的轉(zhuǎn)換系數(shù)Cg。
　　 (3)基于一維水體振蕩模型的計(jì)算結(jié)果,提出了一種簡(jiǎn)化的二維模型。這個(gè)模型認(rèn)為板塊底部脈動(dòng)壓力由其上表面的幾個(gè)點(diǎn)脈動(dòng)壓力決定,并考慮脈動(dòng)壓力在進(jìn)入縫隙過程中的衰減,引入一個(gè)衰減系數(shù)k。通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反算驗(yàn)證了k的數(shù)值范圍。進(jìn)一步應(yīng)用簡(jiǎn)化模型對(duì)上下表面中點(diǎn)脈動(dòng)壓力的相關(guān)系數(shù)的驗(yàn)證?；谠摵?jiǎn)化模型,對(duì)板塊脈動(dòng)上舉力的相關(guān)要素進(jìn)行了推導(dǎo),并嘗試僅通過上表面多點(diǎn)脈動(dòng)壓力及其相

5、關(guān)關(guān)系估算板塊可能承受的脈動(dòng)上舉力。通過在水槽中的二元水躍實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析進(jìn)行了驗(yàn)證,對(duì)比結(jié)果表明簡(jiǎn)化二維模型基本能夠反映上舉力的變化特性。
　　 (4)將機(jī)器學(xué)習(xí)理論中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)應(yīng)用到板塊的脈動(dòng)上舉力預(yù)測(cè)中來,分別構(gòu)建了上舉力的預(yù)測(cè)模型,通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了模型的預(yù)測(cè)能力,并基于預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)兩種模型進(jìn)行了比較。比較結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩者均達(dá)到了較好的效果,說明基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的上舉力預(yù)測(cè)系統(tǒng)有較好的應(yīng)用前景?；诠俚厮娬镜哪Ｐ?/p>