专利名称：一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法
技术领域：
本发明涉及闸门启门力模型试验，特别涉及一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法。
背景技术：
水库泥沙淤积在闸门前，会增大闸门启门力。在闸门前有泥沙淤积情况下，如何确定启门力，目前工程设计中常常是利用我国现行规范《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL74-95)中，给出的平面闸门和弧形闸门在清水中的启门力经验公式计算出清水启门力之后，然后考虑到门前泥沙淤积，再乘以一个大于1的系数，作为有泥沙淤积时的启门力， 但该系数确定往往凭经验而定，带有相当的盲目性。那么，解决该问题的另一途径就是模型试验。在进行闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验时，保证闸前淤泥相似是模型设计的关键技术。
发明内容
为了通过闸门启门力模型试验，确定闸前有泥沙淤积情况下的闸门启门力，本发明提供了一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法，详见下文描述一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法，所述方法包括以下步骤(1)闸前淤泥相似准则所述闸前淤泥相似准则具体为第一公式和第二公式，即
4=1⑴W(2)式中，彳表示泥浆水下休止角比尺，& =7 表示泥浆极限剪应力比尺，
\Ψμ
M表示泥浆密度比尺，&A1表示几何长度比尺，Λ =^;表示泥浆水
tBM ΛΡ PmM
^M Ψ
下休止角；τ Β表示泥浆极限剪应力；P m表示泥浆密度；1表示几何长度；下标P表示原型值；下标M表示模型值；当配制的模型泥浆满足淤泥相似准则所述第一公式和所述第二公式，就能保证闸前淤泥相似，将淤泥按设计高程充填到模型泥水池中，并加水至坝前设计水位，开启闸门， 测得模型闸门启门力Fmq;(2)淤泥相似性校正当淤泥的相似性遭到破坏，或找不到相似的模型沙配制满足所述闸前相似准则的泥浆，对淤泥相似性进行校正，所述淤泥相似性校正具体为设满足所述第二公式的泥浆极限剪应力比尺为\。，相应的模型闸门启门力为 FMQ，实测一组不满足所述第二公式的泥浆极限剪应力为τ B1M，相应的极限剪应力比尺为=，，据此测得相应的模型闸门启门力为Fmi ；再实测一组不满足所述第二公式的泥浆极限剪应力为τΒ2Μ，相应的极限剪应力比尺为=，，据此测得相应的模型闸门启门力
1Β2Μ
为 Fm2 ；以所述模型闸门启门力Fm为纵坐标轴，所述泥浆极限剪应力比尺为横坐标轴， 在双对数坐标纸上分别将所述模型闸门启门力FmiAm2，以及泥浆极限剪应力比尺Am、\2点绘出，用直线将和两个数据点连接起来，并与=々￡。的垂线相交于一点，交点的纵坐标为满足所述闸前淤泥相似准则的模型闸门启门力Fmci ；(3)消除闸门行走摩擦阻力不相似的试验在同一模型相同边界条件下，测得清水模型闸门启门力Fmw，利用第三公式求得k 值k = ^-(3)
l·
1 Mw式中k为大于1的比例系数，确定出k值后，根据清水原型启门力Fpw，禾Ij用以下第四公式获取有泥沙淤积时原型启门力Fro，即Fpo = kFPw 。(4)本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供了一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法，给出了闸前淤泥相似准则，提出了在启门力模型试验中保证闸前淤泥相似的方法，以保证在闸前淤泥作用下测得的模型闸门启门力与原型闸门启门力相似；同时还给出了闸前淤泥不满足相似准则时，对淤泥相似性进行校正的方法，以保证在闸前淤泥作用下测得的模型闸门启门力与原型闸门启门力相似。此外，还给出了消除闸门行走摩擦阻力不相似的试验方法。
图1为本发明提供的闸门启门力模型试验装置的示意图；图2为本发明提供的利用双对数坐标纸对淤泥相似性进行校正的示意图；图3为本发明提供的一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法的流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1:吊轮2:钢索3:测力传感器；4 闸门槽 5 闸门；6 电动卷扬机；7 退浆池 8 底孔； 9 模型泥水池；10 淤泥高程；11 库水位。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。为了通过闸门启门力模型试验，确定闸前有泥沙淤积情况下的闸门启门力，本发明实施例提供了一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法，参见图1、图2和图3，详见下文描述101 根据闸前淤泥相似准则第一公式和第二公式配制模型闸前淤泥，将相似的闸前淤泥按照设计高程充填到模型泥水池9中，加水至坝前设计水位，开启间门5，测得模型闸门启门力闸前淤泥相似准则第一公式和第二公式具体为
4=1⑴λΤΒ =ApmAl(2)
. φΡ式中/ 表示泥浆水下休止角比尺，i =:、表示泥浆极限剪应力比尺，
ΑΨΨΜ
— 表示泥浆密度比尺，夂λi表示几何长度比尺，Λ = 表示泥浆水
TBM PmM^M Ψ
下休止角；τ Β表示泥浆极限剪应力；P m表示泥浆密度；1表示几何长度；下标P表示原型值；下标M表示模型值。只要配制的模型泥浆满足第一公式和第二公式，就能保证闸前淤泥相似。因泥浆的絮凝结构会随时间发生变化，所以泥浆极限剪应力τΒ也会随时间发生变化，正因为如此，配制好的泥浆必须及时充填到模型泥水池9中进行试验。一旦τΒ发生变化，泥浆的相似性将遭到破坏，也就无法保证在闸前淤泥作用下测得的模型闸门启门力 Fm与原型闸门启门力相似。102 当闸前淤泥的相似性遭到破坏或找不到相似的模型沙配制满足闸前淤泥相似准则的闸前淤泥时，需要对淤泥的相似性进行校正，淤泥相似性校正具体为设满足第二公式的闸前泥浆极限剪应力比尺为\。，相应的模型闸门启门力为Fmci，实测第一组不满足第二公式的泥浆极限剪应力为τ Β1Μ，相应的极限剪应力比尺为
=，，据此测得相应的模型闸门启门力为Fmi ；再实测第二组不满足第二公式的泥浆极
iBlM
限剪应力为τ Β2Μ，相应的极限剪应力比尺为=，,据此测得相应的模型闸门启门力为
CB2M
Fm2 ；以模型闸门启门力FM为纵坐标轴，泥浆极限剪应力比尺为横坐标轴，在双对数坐标纸上分别将模型闸门启门力FM1、Fm2，以及泥浆极限剪应力比尺I、\2点绘出，用直线将^ 和夂％两个数据点连接起来，并与\ = Am的垂线相交于一点，交点的纵坐标为满足闸前淤泥相似准则的模型闸门启门力Fmq ；103:由于模型上的闸门行走支承及止水型式等很难做到与原型相似，为了消除摩擦阻力不相似因素的影响，消除闸门行走摩擦阻力不相似的试验包括在同一模型相同边界条件下，测得清水模型闸门启门力Fmw，利用以下所述的第三公式求得k值式中k为大于1的比例系数。确定出k值后，在已知清水原型启门力Fijw情况下，获取有泥沙淤积时原型启门力Fro，即第四公式Fpo = kFPw(4)下面以一个实验来验证本发明实施例提供的一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法的可行性，详见下文描述将配制好的泥浆按设计淤泥高程充填到模型泥水池中，再在其上部注清水至设计库水位11，然后就可以利用闸门启闭装置进行启门力试验，参见图1。满足第二公式的模型泥浆有多种选择。在几何长度比尺X1已定的情况下，影响淤泥极限剪应力、大小的因素有淤泥密度Pm、细颗粒含量及絮凝结构等。可见，、和Pm相互影响。所以实际配制泥浆时需要反复调整泥浆浓度和细颗粒含量，测定、和Pm值，使其比尺组合符合第二公式要求，并尽可能满足第一公式要求。因淤泥极限剪应力Tb与其配制时间的长短有关，所以配制好的淤泥极限剪应力τ B容易发生变化，一旦τ B发生变化，泥浆的相似性将遭到破坏。 如果泥浆的相似性遭到破坏，就要按本发明实施例中所描述的方法对淤泥的相似性进行校正，分别配制两组不满足闸前淤泥相似准则的泥浆，测得泥浆极限剪应力为τΒ1Μ和τΒ2Μ，再据此分别测得模型闸门启门力Fmi和Fm2，然后按图2示意的方法，求得满足淤泥相似准则的模型闸门启门力Fmci，再按照第三公式和第四公式确定有泥沙淤积时的原型启门力Fpq。综上所述，本发明实施例提供了一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法，本发明实施例给出了闸前淤泥相似准则，提出了在启门力模型试验中保证闸前淤泥相似的方法，以保证在闸前淤泥作用下测得的模型闸门启门力与原型闸门启门力相似；同时还给出了间前淤泥不满足相似准则时，对淤泥相似性进行校正的方法，以保证在间前淤泥作用下测得的模型闸门启门力与原型闸门启门力相似。此外，还给出了消除闸门行走摩擦阻力不相似的试验方法。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)闸前淤泥相似准则所述闸前淤泥相似准则具体为第一公式和第二公式，即4=1⑴W(2)其中，A表示泥浆水下休止角比尺，K=c^-χ表示泥浆极限剪应力比尺，ΑΨΨΜ TBM；表示泥浆密度比尺，Imλ ι表示几何长度比尺，Λ = 表示泥浆水下休止角；PmPmM1M Ψτ Β表示泥浆极限剪应力；Pm表示泥浆密度；1表示几何长度；下标P表示原型值；下标M表示模型值；当配制的模型泥浆满足所述第一公式和所述第二公式，就能保证间前淤泥相似，将淤泥按设计高程充填到模型泥水池中，并加水至坝前设计水位，开启闸门，测得模型闸门启门力 Fmo ；(2)淤泥相似性校正当淤泥的相似性遭到破坏，或找不到相似的模型沙配制满足所述闸前相似准则的泥浆，对淤泥相似性进行校正，所述淤泥相似性校正具体为设满足所述第二公式的泥浆极限剪应力比尺为\。，相应的模型闸门启门力为Fmq，实测一组不满足所述第二公式的泥浆极限剪应力为τΒ1Μ，相应的极限剪应力比尺为2 =T^'iBXM据此测得相应的模型闸门启门力为Fmi ；再实测一组不满足所述第二公式的泥浆极限剪应力为τ B2M，相应的极限剪应力比尺为=，，据此测得相应的模型闸门启门力为Fm2 ；iBlM以所述模型闸门启门力Fm为纵坐标轴，所述泥浆极限剪应力比尺为横坐标轴，在双对数坐标纸上分别将所述模型闸门启门力FM1、Fm2，以及泥浆极限剪应力比尺Am、\2点绘出，用直线将和两个数据点连接起来，并与=Am的垂线相交于一点，交点的纵坐标为满足所述闸前淤泥相似准则的模型闸门启门力Fmci ；(3)消除闸门行走摩擦阻力不相似的试验在同一模型相同边界条件下，测得清水模型闸门启门力Fmw，利用第三公式求得k值 k = ^-(3)F1 Mw其中，k为大于1的比例系数，根据清水原型启门力Fpw，利用第四公式获取有泥沙淤积时原型启门力FPQ，即Fpo kFpw ο(4)
全文摘要
本发明公开了一种闸前淤泥对闸门启门力影响的模型试验方法，涉及闸门启门力模型试验，本发明给出了闸前淤泥相似准则，提出了在启门力模型试验中保证闸前淤泥相似的方法，以保证在闸前淤泥作用下测得的模型闸门启门力与原型闸门启门力相似；同时还给出了闸前淤泥不满足相似准则时，对淤泥相似性进行校正的方法，以保证在闸前淤泥作用下测得的模型闸门启门力与原型闸门启门力相似。此外，还给出了消除闸门行走摩擦阻力不相似的试验方法。
文档编号G01L5/22GK102226730SQ20111012585
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者任晓枫, 刘昉, 徐国宾 申请人:天津大学