坝前淤泥对闸门启门力影响的模拟相似性及方法(2)

3 模拟试验方法

　　满足式(10)相似条件的模型泥浆有多种选择。在几何比尺λ_l已定的情况下，影响模型泥浆选择的因素有极限剪应力τ_b和泥浆容重γ_m.而影响τ_b大小的因素又有泥浆浓度、细颗粒含量及絮凝结构等。可见，τ_b和γ_m又相互影响。所以实际配制泥浆时需要反复调整泥浆体浓度和细颗粒含量，测定τ_b和γ_m值，使其比尺组合符合式(10)要求，并使模型与原型泥沙内摩擦角相同。

　　关于原型淤泥极限剪应力τ_b、浆体容重γ_m和内摩擦角嫉娜范ǎ由于在水库设计阶段无法实测淤泥参数，主要是根据坝前淤积物颗粒级配，参照类似工程实测资料并进行一些分析计算，首先确定坝前淤泥干容重γ′，然后根据原型淤泥颗粒级配及干容重，选择合适的公式通过计算得到τ_b和φ，或选择相同性质的天然沙样在试验室试配少量试样实际测定τ_b和φ。泥浆容重γ_m则根据下式计算

式中：γ为水容重。

　　将配制好的泥浆按门前设计淤积高程充填到模型中，再在其上部注清水至设计库水位，然后就可以利用闸门启闭装置进行启门力试验。在门前有泥沙淤积情况下，启门力的最大值通常发生在开始启门的瞬间。另外需要指出，由于泥浆的极限剪应力τ_b与其配制时间的长短有关，所以配制好的泥浆应及时充填到模型中进行试验。否则τ_b将发生变化，泥浆的相似性将遭到破坏。

　　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，因而作用在行走支承及止水处的模型摩阻力与原型摩阻力是不相似的。为了消除摩阻力不相似因素的影响，在同一模型相同边界条件下，分别测定清水启门力和有泥沙淤积时启门力，并令

式中：f_sm为有泥沙淤积时模型启门力；ｆ_wm为清水模型启门力，k为比例系数，大于1.

　　由动力相似原理知，模型的k值等于原型的k值。一旦通过模型试验确定出k值后，就可以在已知清水原型启门力f_wp情况下，得出有泥沙淤积时原型启门力f_sp，即

　　关于清水原型启门力，既可以用启门力公式计算，也可以在同一模型上通过试验确定。清水启门力的模型试验，可参见有关文献[10、11]。

4 结语

　　本文在推导门前淤泥相似条件时，其前提条件是设淤泥为宾汉体泥浆。大多数水库坝前淤泥一般较细且未固结，可当作宾汉体泥浆。如果淤泥已固结或为散粒体粗沙，那么就属于土力学研究范围，不能应用该文所给出的淤泥相似条件进行模拟。

参 考 文 献：

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[10] 南京水利科学研究院，水利水电科学研究院。水工模型试验(第2版)[ｍ]。北京：水利电力出版社，1985.

[11] 哈焕文，郑大琼。快速闸门动水下降持住力的试验研究[c]。水利水电科学研究院科学研究论文集，第33集(水力学、泥沙、冷却水).北京：水利电力出版社，1990.

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