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橡胶坝的振动、磨损原因及解决方法探究。

对于初期兴建的橡胶坝工程发生坝袋破损事故的比例较大。经过调查研究发现,造成坝袋破损出事的主要原因之一是坝址选择不当,水工总体布置不合理,使过坝水流紊动或偏流,造成坝袋振动或磨损。
橡胶坝的振动受多种因素的影响,如过坝流量、下游水位、锚固形式、坝袋质量、充涨高度、水工布置、坝体跨度等因素,
造成因素是十分复杂的。但通过资料分析,初步认为引起坝袋振动的主要影响原因是过坝流量的大小和下游水位。
(1)过坝流量对坝袋振动的影响。当坝顶溢流量较小时,虽然振动频率较高,但由于动能小,振幅低;随着流量的增加,水流的动能增大,振动强度也增大。
(2)下游水位对坝袋振动的影响。下游水位很低时,在坝下游产生远驱式水跃,水流动能向下游传播,这时坝袋的振动主要是水流过坝时水流脉动压力引起的;当下游水位增加到某一数值时,振动强度突变,紧靠下游处形成临界水跃,产生的脉动压力,使坝袋振动增大;当下游水位再增大时,上下游水位差小,水流的动能也小了,振动强度也将减小。
试验表明,坝袋在不同的下游水位及溢流量的情况下产生的振动与坝袋在水下的自振频率十分接近,所以,坝袋在溢流时很容易产生共振。当共振产生的内应力大于坝袋材料的允许应力时,坝袋将遭到破坏。
一般抗振和减小磨损的方法有以下几个方面。
(1)工程设计与施工。对水工结构的布置应考虑过坝水流流态平顺,若在转变处可将其分段,使过坝水流均匀,可设计成1:10的斜坡,尾部弧形,使砂卵石过坝不易停在斜坡段上,
防止石块被吸入坝袋底部磨损坝袋,也可使水流过坝后急泄入消力池,使坝袋不受下游尾水影响。基础底板及两侧端墙与坝袋接触的部分必须平整光滑。双锚固坝的充排水口位置宜紧靠下游锚固线,使坍坝后坝内水能排净,坝袋能坍平,以利于排沙和减轻坝袋振动磨损。排水设施宜设置在下游,以防排水不畅产生拍动。
(2)坝袋制造。坝袋的外层胶厚应能经受河水中的泥沙磨损。根据橡胶坝溢流时的振动特性,坝袋可适当加厚,或在坝袋上设置挑流装置等,如在坝袋表面做一些突出的橡胶球,像篮球表面的形状,减少脉动水流对坝直接作用,有利于减振。在坝袋内部设缓冲垫,以减轻对坝袋的磨损。
(3)工程运用。要找出使坝袋共振的溢流量和水位,当达到发生共振的临界意时,及时调节坝高,以防止共振产生,这样就可以使坝袋减轻振动甚至在不振动的情况下运用。该方法在实际坝体运用中是行之有效的。

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