專利名稱：一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及閘門啟門力模型試驗，特別涉及一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法。
背景技術：
水庫泥沙淤積在閘門前，會增大閘門啟門力。在閘門前有泥沙淤積情況下，如何確定啟門力，目前工程設計中常常是利用我國現行規(guī)范《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》 (SL74-95)中，給出的平面閘門和弧形閘門在清水中的啟門力經驗公式計算出清水啟門力之后，然后考慮到門前泥沙淤積，再乘以一個大于1的系數，作為有泥沙淤積時的啟門力， 但該系數確定往往憑經驗而定，帶有相當的盲目性。那么，解決該問題的另一途徑就是模型試驗。在進行閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗時，保證閘前淤泥相似是模型設計的關鍵技術。

發(fā)明內容
為了通過閘門啟門力模型試驗，確定閘前有泥沙淤積情況下的閘門啟門力，本發(fā)明提供了一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法，詳見下文描述一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法，所述方法包括以下步驟(1)閘前淤泥相似準則所述閘前淤泥相似準則具體為第一公式和第二公式，即
4=1⑴W(2)式中，彳表示泥漿水下休止角比尺，& =7 表示泥漿極限剪應力比尺，
\Ψμ
M表示泥漿密度比尺，&A1表示幾何長度比尺，Λ =^;表示泥漿水
tBM ΛΡ PmM
^M Ψ
下休止角；τ Β表示泥漿極限剪應力；P m表示泥漿密度；1表示幾何長度；下標P表示原型值；下標M表示模型值；當配制的模型泥漿滿足淤泥相似準則所述第一公式和所述第二公式，就能保證閘前淤泥相似，將淤泥按設計高程充填到模型泥水池中，并加水至壩前設計水位，開啟閘門， 測得模型閘門啟門力Fmq;(2)淤泥相似性校正當淤泥的相似性遭到破壞，或找不到相似的模型沙配制滿足所述閘前相似準則的泥漿，對淤泥相似性進行校正，所述淤泥相似性校正具體為設滿足所述第二公式的泥漿極限剪應力比尺為\。，相應的模型閘門啟門力為 FMQ，實測一組不滿足所述第二公式的泥漿極限剪應力為τ B1M，相應的極限剪應力比尺為=，，據此測得相應的模型閘門啟門力為Fmi ；再實測一組不滿足所述第二公式的泥漿極限剪應力為τΒ2Μ，相應的極限剪應力比尺為=，，據此測得相應的模型閘門啟門力
1Β2Μ
為 Fm2 ；以所述模型閘門啟門力Fm為縱坐標軸，所述泥漿極限剪應力比尺為橫坐標軸， 在雙對數坐標紙上分別將所述模型閘門啟門力FmiAm2，以及泥漿極限剪應力比尺Am、\2點繪出，用直線將和兩個數據點連接起來，并與=々￡。的垂線相交于一點，交點的縱坐標為滿足所述閘前淤泥相似準則的模型閘門啟門力Fmci ；(3)消除閘門行走摩擦阻力不相似的試驗在同一模型相同邊界條件下，測得清水模型閘門啟門力Fmw，利用第三公式求得k 值k = ^-(3)
l·
1 Mw式中k為大于1的比例系數，確定出k值后，根據清水原型啟門力Fpw，禾Ij用以下第四公式獲取有泥沙淤積時原型啟門力Fro，即Fpo = kFPw 。(4)本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法，給出了閘前淤泥相似準則，提出了在啟門力模型試驗中保證閘前淤泥相似的方法，以保證在閘前淤泥作用下測得的模型閘門啟門力與原型閘門啟門力相似；同時還給出了閘前淤泥不滿足相似準則時，對淤泥相似性進行校正的方法，以保證在閘前淤泥作用下測得的模型閘門啟門力與原型閘門啟門力相似。此外，還給出了消除閘門行走摩擦阻力不相似的試驗方法。


圖1為本發(fā)明提供的閘門啟門力模型試驗裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的利用雙對數坐標紙對淤泥相似性進行校正的示意圖；圖3為本發(fā)明提供的一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法的流程圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下1:吊輪2:鋼索3:測力傳感器；4 閘門槽 5 閘門；6 電動卷揚機；7 退漿池 8 底孔； 9 模型泥水池；10 淤泥高程；11 庫水位。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。為了通過閘門啟門力模型試驗，確定閘前有泥沙淤積情況下的閘門啟門力，本發(fā)明實施例提供了一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法，參見圖1、圖2和圖3，詳見下文描述101 根據閘前淤泥相似準則第一公式和第二公式配制模型閘前淤泥，將相似的閘前淤泥按照設計高程充填到模型泥水池9中，加水至壩前設計水位，開啟間門5，測得模型閘門啟門力閘前淤泥相似準則第一公式和第二公式具體為
4=1⑴λΤΒ =ApmAl(2)
. φΡ式中/ 表示泥漿水下休止角比尺，i =:、表示泥漿極限剪應力比尺，
ΑΨΨΜ
— 表示泥漿密度比尺，夂λi表示幾何長度比尺，Λ = 表示泥漿水
TBM PmM^M Ψ
下休止角；τ Β表示泥漿極限剪應力；P m表示泥漿密度；1表示幾何長度；下標P表示原型值；下標M表示模型值。只要配制的模型泥漿滿足第一公式和第二公式，就能保證閘前淤泥相似。因泥漿的絮凝結構會隨時間發(fā)生變化，所以泥漿極限剪應力τΒ也會隨時間發(fā)生變化，正因為如此，配制好的泥漿必須及時充填到模型泥水池9中進行試驗。一旦τΒ發(fā)生變化，泥漿的相似性將遭到破壞，也就無法保證在閘前淤泥作用下測得的模型閘門啟門力 Fm與原型閘門啟門力相似。102 當閘前淤泥的相似性遭到破壞或找不到相似的模型沙配制滿足閘前淤泥相似準則的閘前淤泥時，需要對淤泥的相似性進行校正，淤泥相似性校正具體為設滿足第二公式的閘前泥漿極限剪應力比尺為\。，相應的模型閘門啟門力為Fmci，實測第一組不滿足第二公式的泥漿極限剪應力為τ Β1Μ，相應的極限剪應力比尺為
=，，據此測得相應的模型閘門啟門力為Fmi ；再實測第二組不滿足第二公式的泥漿極
iBlM
限剪應力為τ Β2Μ，相應的極限剪應力比尺為=，,據此測得相應的模型閘門啟門力為
CB2M
Fm2 ；以模型閘門啟門力FM為縱坐標軸，泥漿極限剪應力比尺為橫坐標軸，在雙對數坐標紙上分別將模型閘門啟門力FM1、Fm2，以及泥漿極限剪應力比尺I、\2點繪出，用直線將^ 和夂％兩個數據點連接起來，并與\ = Am的垂線相交于一點，交點的縱坐標為滿足閘前淤泥相似準則的模型閘門啟門力Fmq ；103:由于模型上的閘門行走支承及止水型式等很難做到與原型相似，為了消除摩擦阻力不相似因素的影響，消除閘門行走摩擦阻力不相似的試驗包括在同一模型相同邊界條件下，測得清水模型閘門啟門力Fmw，利用以下所述的第三公式求得k值式中k為大于1的比例系數。確定出k值后，在已知清水原型啟門力Fijw情況下，獲取有泥沙淤積時原型啟門力Fro，即第四公式Fpo = kFPw(4)下面以一個實驗來驗證本發(fā)明實施例提供的一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法的可行性，詳見下文描述將配制好的泥漿按設計淤泥高程充填到模型泥水池中，再在其上部注清水至設計庫水位11，然后就可以利用閘門啟閉裝置進行啟門力試驗，參見圖1。滿足第二公式的模型泥漿有多種選擇。在幾何長度比尺X1已定的情況下，影響淤泥極限剪應力、大小的因素有淤泥密度Pm、細顆粒含量及絮凝結構等?？梢姡?、和Pm相互影響。所以實際配制泥漿時需要反復調整泥漿濃度和細顆粒含量，測定、和Pm值，使其比尺組合符合第二公式要求，并盡可能滿足第一公式要求。因淤泥極限剪應力Tb與其配制時間的長短有關，所以配制好的淤泥極限剪應力τ B容易發(fā)生變化，一旦τ B發(fā)生變化，泥漿的相似性將遭到破壞。 如果泥漿的相似性遭到破壞，就要按本發(fā)明實施例中所描述的方法對淤泥的相似性進行校正，分別配制兩組不滿足閘前淤泥相似準則的泥漿，測得泥漿極限剪應力為τΒ1Μ和τΒ2Μ，再據此分別測得模型閘門啟門力Fmi和Fm2，然后按圖2示意的方法，求得滿足淤泥相似準則的模型閘門啟門力Fmci，再按照第三公式和第四公式確定有泥沙淤積時的原型啟門力Fpq。綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法，本發(fā)明實施例給出了閘前淤泥相似準則，提出了在啟門力模型試驗中保證閘前淤泥相似的方法，以保證在閘前淤泥作用下測得的模型閘門啟門力與原型閘門啟門力相似；同時還給出了間前淤泥不滿足相似準則時，對淤泥相似性進行校正的方法，以保證在間前淤泥作用下測得的模型閘門啟門力與原型閘門啟門力相似。此外，還給出了消除閘門行走摩擦阻力不相似的試驗方法。本領域技術人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)閘前淤泥相似準則所述閘前淤泥相似準則具體為第一公式和第二公式，即4=1⑴W(2)其中，A表示泥漿水下休止角比尺，K=c^-χ表示泥漿極限剪應力比尺，ΑΨΨΜ TBM；表示泥漿密度比尺，Imλ ι表示幾何長度比尺，Λ = 表示泥漿水下休止角；PmPmM1M Ψτ Β表示泥漿極限剪應力；Pm表示泥漿密度；1表示幾何長度；下標P表示原型值；下標M表示模型值；當配制的模型泥漿滿足所述第一公式和所述第二公式，就能保證間前淤泥相似，將淤泥按設計高程充填到模型泥水池中，并加水至壩前設計水位，開啟閘門，測得模型閘門啟門力 Fmo ；(2)淤泥相似性校正當淤泥的相似性遭到破壞，或找不到相似的模型沙配制滿足所述閘前相似準則的泥漿，對淤泥相似性進行校正，所述淤泥相似性校正具體為設滿足所述第二公式的泥漿極限剪應力比尺為\。，相應的模型閘門啟門力為Fmq，實測一組不滿足所述第二公式的泥漿極限剪應力為τΒ1Μ，相應的極限剪應力比尺為2 =T^'iBXM據此測得相應的模型閘門啟門力為Fmi ；再實測一組不滿足所述第二公式的泥漿極限剪應力為τ B2M，相應的極限剪應力比尺為=，，據此測得相應的模型閘門啟門力為Fm2 ；iBlM以所述模型閘門啟門力Fm為縱坐標軸，所述泥漿極限剪應力比尺為橫坐標軸，在雙對數坐標紙上分別將所述模型閘門啟門力FM1、Fm2，以及泥漿極限剪應力比尺Am、\2點繪出，用直線將和兩個數據點連接起來，并與=Am的垂線相交于一點，交點的縱坐標為滿足所述閘前淤泥相似準則的模型閘門啟門力Fmci ；(3)消除閘門行走摩擦阻力不相似的試驗在同一模型相同邊界條件下，測得清水模型閘門啟門力Fmw，利用第三公式求得k值 k = ^-(3)F1 Mw其中，k為大于1的比例系數，根據清水原型啟門力Fpw，利用第四公式獲取有泥沙淤積時原型啟門力FPQ，即Fpo kFpw ο(4)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種閘前淤泥對閘門啟門力影響的模型試驗方法，涉及閘門啟門力模型試驗，本發(fā)明給出了閘前淤泥相似準則，提出了在啟門力模型試驗中保證閘前淤泥相似的方法，以保證在閘前淤泥作用下測得的模型閘門啟門力與原型閘門啟門力相似；同時還給出了閘前淤泥不滿足相似準則時，對淤泥相似性進行校正的方法，以保證在閘前淤泥作用下測得的模型閘門啟門力與原型閘門啟門力相似。此外，還給出了消除閘門行走摩擦阻力不相似的試驗方法。
文檔編號G01L5/22GK102226730SQ20111012585
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者任曉楓, 劉昉, 徐國賓 申請人:天津大學