壩的振動(dòng)和磨損

剛剛興建的橡膠壩工程發(fā)生壩袋破損事故的比例較大。經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，造成壩袋破損出事的主要原因之一是壩址選擇不當(dāng)，水工總體布置不合理，使過壩水流紊動(dòng)或偏流，
造成壩袋振動(dòng)或磨損。
橡膠壩的振動(dòng)受多種因素的影響，如過壩流量、下游水位、錨固形式、壩袋質(zhì)量、充漲高度、水工布置、壩體跨度等，是十分復(fù)雜的問題。通過資料分析，初步認(rèn)為引起壩袋振動(dòng)的主要原因是過壩流量的大小和下游水位。
(1)過壩流量對(duì)壩袋振動(dòng)的影響。當(dāng)壩頂溢流量較小時(shí)，雖然振動(dòng)頻率較高，但由于動(dòng)能小，振幅低；隨著流量的增加，水流的動(dòng)能增大，振動(dòng)強(qiáng)度也增大。
(2)下游水位對(duì)壩袋振動(dòng)的影響。下游水位很低時(shí)，在壩下游產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，水流動(dòng)能向下游傳播，這時(shí)壩袋的振動(dòng)主要是水流過壩時(shí)水流脈動(dòng)壓力引起的；當(dāng)下游水位增加到某一數(shù)值時(shí)，振動(dòng)強(qiáng)度突變，緊靠下游處形成臨界水躍，產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力，使壩袋振動(dòng)增大；當(dāng)下游水位再增大時(shí)，上下游水位差小，水流的動(dòng)能也小了，振動(dòng)強(qiáng)度也將減小。
壩袋在不同的下游水位及溢流量的情況下產(chǎn)生的振動(dòng)與壩袋在水下的自振頻率十分接近，所以，壩袋在溢流時(shí)很容易產(chǎn)生共振。當(dāng)共振產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大于壩袋材料的允許應(yīng)力時(shí)，壩袋將遭到破壞。
一般抗振和減小磨損的方法有以下幾個(gè)方面。
(1)工程設(shè)計(jì)與施工。對(duì)水工結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)考慮過壩水流流態(tài)平順，若在轉(zhuǎn)變處可將其分段，使過壩水流均勻，可設(shè)計(jì)成1:10的斜坡，尾部弧形，使砂卵石過壩不易停在斜坡段上，防止石塊被吸入壩袋底部磨損壩袋，也可使水流過壩后急泄入消力池，使壩袋不受下游尾水影響?；A(chǔ)底板及兩側(cè)端墻與壩袋接觸的部分必須平整光滑。雙錨固壩的充排水口位置宜緊靠下游錨固線，使坍壩后壩內(nèi)水能排凈，壩袋能坍平，以利于排沙和減輕壩袋振動(dòng)磨損。排水設(shè)施宜設(shè)置在下游，以防排水不暢產(chǎn)生拍動(dòng)。
(2)壩袋制造。壩袋的外層膠厚應(yīng)能經(jīng)受河水中的泥沙磨損。根據(jù)橡膠壩溢流時(shí)的振動(dòng)特性，壩袋可適當(dāng)加厚，或在壩袋上設(shè)置挑流裝置等，如在壩袋表面做一些突出的橡膠球，象籃球表面的形狀，減少脈動(dòng)水流對(duì)壩直接作用，有利于減振。在壩袋內(nèi)部設(shè)緩沖墊，以減輕對(duì)壩袋的磨損。
(3)工程運(yùn)用。要找出使壩袋共振的溢流量和水位，當(dāng)達(dá)到發(fā)生共振的臨界點(diǎn)時(shí)，反時(shí)調(diào)節(jié)壩高，以防止共振產(chǎn)生，這樣就可以使壩袋減輕振動(dòng)甚至在不振動(dòng)的情況下運(yùn)用。該成果在實(shí)際運(yùn)用中是行之有效的。