水工模型试验作业
水工模型试验一西安理工大学
《水工建筑物》课程实验指导书王飞虎江锋西安理工大学水电学院水工系二OO六年十月水工模型试验(一)班级姓名学号日期整体水工模型试验一、试验综述：当研究河道中水利枢纽工程的总体布置合理性，则按一定比例把所研究的河段和水利枢纽缩制成模型来进行研究，这种模型就叫做整体模型。
整体模型所研究的对象的水力特性通常与空间三个坐标有关，如显著弯曲的河渠、溢洪道水流问题，拱坝泄流问题及水利枢纽上下游水流衔接，流态等问题，常需制作成整体水工模型来进行研究。
影响枢纽布置的主要因素是坝址地形、地质情况及河道水文特征等，影响下游消能防冲的主要因素是泄水建筑物的体型布置和下游河道的地质，地貌等。
二、整体模型一般研究内容：1、泄水建筑物的泄流能力2、泄水建筑物的压力、流速、空化特性等3、下游河道岸边水面高程（水面线）4、消能工的消能效果5、泄水建筑物下游的折冲水流及水流扩散问题6、下游河道流速分布7、上下游水流流态、水流衔接。
8、下游河床及岸坡的冲刷等三、试验目的1、初步了解整体模型试验的基本理论及研究范围和内容。
2、初步掌握整体模型试验的基本方法及量测技术和技巧。
3、初步掌握试验资料整理、分析、评价及解决实际工程问题的能力4、结合具体试验、巩固和复习专业理论知识，增强动手和科研能力。
四、本试验要求和任务1、枢纽泄流能力2、下游岸边流速分布3、下游岸边水面线4、上下游水流流态5、要求整理分析试验成果，对工程布置作出评价，试提出改进措施。
6、写出试验报告。
五、工程概况洮河海甸峡水电站位于甘肃省临洮县，渭源县和康乐县三县交界的海甸峡进口处，电站总装机容量为25MW，水库设计洪水位为2002m，校核洪水位为2004.0m，总库容为2200万m3，最大坝高49m，坝顶高程为2005.0m，是一座以发电为主的III等中型水电站枢纽。
枢纽由溢流坝、泄冲闸和挡水坝、引水发电隧洞、电站厂房等建筑物组成，工程布置特性见表1。
溢流坝布置为2×10m的表孔，堰顶高程为1995m，溢流坝堰顶上游头部为双圆弧曲线，下游堰面为WES改型曲线，下游消能形式为底流消能，消力池长70m，宽23m，池深5.2m，底板高程为1971.8m，尾坎高程为1977m，消力池下游为砼四面体护坦，长45m，护坦高程为1977.0m。
某水电站整体水工模型试验
【摘要】根据工程建设需要，为全面认证工程总体布置和建筑物结构布置的合理性，对某水电站建筑物进行水工模型实验，分析原设计方案存在的问题，并通过优化模型的尺寸进一步实验确定最优方案。
【关键词】水工模型试验；优化；泄流能力；动水压力【中图分类号】TV131.6【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2018）11-0123-021工程概况某水电站工程属Ⅰ等工程，以发电为主要目的，枢纽主要建筑物有混凝土面板堆石坝、溢洪道、引水式电站厂房等。
根据本工程所属等别，其主要水工建筑物拦河坝、溢洪道及发电引水隧洞等为1级建筑物；发电厂房为引水式，属2级建筑物，其他次要建筑物为3级建筑物。
拦河坝、溢洪道及发电引水洞按1000年一遇洪水设计，可能最大洪水PMF校核；发电厂房按100年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。
消能防冲建筑物的洪水设计标准为100年一遇。
混凝土面堆石坝占据主河床，坝顶防浪墙顶高程为461.85m，坝顶高程为460.65m，最大坝高为93.65m，坝顶总长269.20m，坝顶宽度为9.0m。
上游坝坡坡比为1∶1.4，下游总平均坡比为1∶1.58；岸边溢洪道由引水渠、堰体段、泄槽段及消能段组成，溢流堰为开敞式WES-V型，堰顶高程为438.80m，设3个孔口，每孔净宽17m，由弧形工作闸门控制，闸墩厚度均为4.5m。
泄槽坡度分别为1∶500、1∶3.5，溢洪道中心线长466.0m，其最大下泄流量为8945m3/s，出口采用窄缝挑坎消能型式。
电站厂房布置在大坝下游右岸坡脚处，紧靠大坝坡角，为引水式岸边厂房。
2模型设计与模型制作模型按重力相似准则设计。
模型几何比尺Lr＝80，为正态整体定床（局部动床）水工模型。
相应各水力要素比尺如下：流量比尺Qr＝Lr5/2＝57243.34；流速比尺Vr＝Lr1/2＝8.944；时间比尺Tr＝Lr1/2＝8.944；糙率比尺nr＝Lr1/6＝2.076。
模型截取原型范围为上游河段取0～400m，下游河段取135～1000m，上下游两岸地形上下游分别取至465m和415m高程。
水工(常规)模型试验规程
水工(常规)模型试验规程水工(常规)模型试验是水利水电工程建设的重要环节，通过模拟真实工程情况，在实验室或试验场地进行工程试验，为工程设计、施工提供参考依据。
水工(常规)模型试验规程是规范水工模型试验活动的标准和指导，确保试验结果准确可靠，并且保障试验过程中的安全。
一、试验前准备1.确定试验目的和要求：在制定试验计划前，需明确试验的目的和要求，确定试验的具体内容、试验参数、试验时间等关键因素。
2.选择试验场地和设备：选择合适的试验场地和设备，确保试验过程中设备运行正常、场地条件符合试验要求。
3.确定试验方案和流程：制定试验方案和流程，包括试验的具体步骤、数据采集方案、试验设备的设置、试验过程的控制等内容。
4.制定试验安全措施：确保试验过程中人员的安全，制定相应的安全措施，包括人员防护、设备维护、紧急处理等措施。
二、试验过程1.设备调试和校准：在试验开始前，对试验设备进行调试和校准，确保设备运行正常，数据采集准确可靠。
2.试验数据采集和记录：在试验过程中，及时采集试验数据并进行记录，确保数据的真实性和完整性。
3.试验参数设置和控制：根据试验方案，设置试验参数并进行控制，保证试验过程中的稳定性和可重复性。
4.实时监测和反馈：对试验现场进行实时监测和反馈，及时调整试验参数以确保试验的顺利进行。
5.试验结果分析和评价：对试验结果进行分析和评价，验证试验目的和要求是否达到，为工程设计和施工提供参考依据。
三、试验报告和总结1.编制试验报告：在试验结束后，编制试验报告，包括试验目的、试验方案、试验过程、试验结果、分析和评价等内容。
2.总结经验和教训：总结试验过程中的经验和教训，为今后的试验工作提供参考和改进。
3.提交审核和审批：将试验报告提交给相关主管部门进行审核和审批，确保试验结果的准确性和可信度。
四、安全管理和保障1.严格遵守试验规程：所有参与试验工作的人员必须严格遵守试验规程，不得擅自更改试验方案和操作程序。
[156～165-95]水工(专题)模型试验规程
![[156～165-95]水工(专题)模型试验规程](https://img.taocdn.com/s3/m/02be30c1cf84b9d529ea7a34.png)
一九九五年七月二十一日
前言
水工 专题 模型试验规程
系根据水利部
技术监督委员会 技监办
号文通知编制的
本规程主编单位 中国水利水电科学研究院
本规程参编单位 南京水利科学研究院 长江科学院
规程编制工作自 年 月召开分工协调会到 年 月完
成规程报批稿 约一年时间 在编写过程中 曾将规程和条文说
明征求意见稿发送有关规划设计 科研 院校等 个单位征求意
本规程应遵循 水工 常规 模型试验规程 和有关标准
相似准则
模型应满足几何相似 水流的运动相似和动力相似 遵循 佛劳德相似准则
模型与原型的水流空化数应相等 模型空化水流不能满足雷诺相似律 在满足水流流态相似 的前提下 仍能进行水流空化试验 但应考虑比尺影响
试验设备与量测仪器
泄水建筑物的整体模型水流空化试验一般在减压箱内进 行 绕流体及局部模型水流空化试验一般在循环水洞或高压箱内
高度大于
侧壁需有足
够面积的透明观察窗
工作段附近的环境噪声宜小于
循环水洞质量应符合下列要求
工作段前后应有良好的收缩曲线和扩散曲线 以保证工
作段内流速分布均匀 水流来流紊动度宜小于
洞身内壁必须经防锈处理 边壁表面平整光滑 其自身
初生空化数应小于试验体的初生空化数
洞身密封性要好 加压或减压之后维持恒定压力的时间
水流空化模型试验规程
总则
为统一水流空化模型的试验研究方法与技术要求 提高试 验研究成果的科学性 准确性和可靠性 特编制本试验规程
本规程适用于在减压箱 循环水洞 高压箱等专用试验设 备中进行各类过流面和绕流体水流空化模型试验
水流空化模型试验应根据试验任务要求编写试验研究大 纲 包括 工程 或课题发展 概况 试验研究目的和要求 工 程设计方案和必备资料 模型设计和试验研究方法 试验设备和 量测仪器 试验研究进度计划 预期成果目标及试验研究负责人 和参加人员等
水工模型试验报告
水工模型试验报告1水工模型试验的作用与分类1.1作用水流运动是一种非常复杂的自然现象，对各种作用力存在的情况和它们发展的规律，至今还没有得到很好的掌握。
设计水利工程时不是用数学分析的方法，就是应用经验公式。
这两种方法都有一定的局限性。
事实上，天然河道中水工建筑物的边界条件各不相同，而且非常复杂，须经过水工模型试验的分析研究，方可切合实际；还可以进一步提高理论，指导实践。
因此，可以说水工模型试验是流体力学理论和实际水利工程中间的媒介，起到非常重要的作用，一直受到水利工程界的重视。
1.2分类由于试验研究任务不同，采用不同类型的模型，以满足不同的需要。
当研究河道中水利枢纽的总体布置时，就需要将所研究的河段和水工建筑物，按一定的比例缩制成模型进行试验，这就叫整体模型。
至于二元问题，如确定溢流坝面的压力分布，水流情况和冲刷消能等，一般截取一段制成模型，安装在玻璃水槽中进行观测，称为断面模型。
还有一些水工建筑物两边对称，水流情况也对称，可以研究一边来代替整体，这时可以采用半整体模型。
进行一般试验时，只要将原体的三个尺寸按照同一比例缩制，这种模型叫作正态模型。
但有时因为受各种条件的限制，粗糙度或水流流态等与原体不相似时，就采用竖直和水平方向长度缩尺不同的模型，即为变态模型。
河工模型经常采用这种类型。
按照试验研究任务和性质分，有水工建筑物、河道、热扩散、排污口、溃坝、滑坡、泥石流、潮汐、泥沙以及波浪模型等。
2、水工模型试验理论2.1层流根据模型设计的相关原理，可以推导出以下公式：()：边界上的压力差比几何相似比尺；时间：流量：流速：p l p t l p Q lp v ∆-∆∆∆===αααααααααα:132.2阻力平方区的紊流运动 ()几何相似比尺时间：流量：流速：:215221l t l Q lv ααααααα=== 2.3重力作用为主的流体运动当流体的特性主要决定于重力作用，粘滞力的作用可忽略时该运动也就是在阻力平方区的紊流，这时阻力与速度的平方成比例，而雷诺数已超过一定界限，其变化没有影响。
水工结构模型实验指导书
水工结构模型实验指导书水工结构静力模型实验指导书２００５年６月２０日水工结构静力模型实验指导书一、课程性质和目的：（1）水工结构模型试验所谓水工结构模型试验就是将原型以某一比例关系缩小成模型，然后向该模型施加与原型相关的荷载，根据从模型上获得的信息如应变位移等，通过一定的相似关系推出原型建筑物在应力、变形强度等成果。
（2）进行水工结构模型试验的目的和意义水工建筑物因其受力特征、几何形状、边界条件等均较复杂，特别是修建在复杂地基上建筑物更为如此，尽管计算机技术和空间有限元等正迅速发展，但目前还不能用理论分析方法完美地解决建筑物的稳定和应力问题，因此模型试验作为一种研究手段更具有重要的意义，可归纳成如几个方面：1．通过对水工建筑物的模型试验研究可以验证理论设计，国内外大型和重要的水工建筑物的设计，都同时要求进行计算分析和试验分析，以期达到互相验证的目的。
2．通过对原型结构的模拟试验，预测水工建筑物完建后的运行情况以及抵御事故的能力。
3．由于物理模型是对实际结构性态的模拟，在模型上还有可能出现原先未知而又实际存在的某些现象，因此模型试验研究不仅仅是对数理分析方法的验证，而且是获得更丰富切合实际的资料的积极探索，所以进行水工结构模型试验目的也是更好地探索新理论、新材料、新技术、新工艺的一种手段。
（3）结构模型试验研究的主要内容：a. 大型水工建筑物的整体应力及变形问题。
b. 结构物之间的联合作用问题。
c. 地下结构的应力与稳定问题。
d. 大坝安全度及破坏机理问题。
e. 水工结构的动力特性问题。
f. 验证新理论、新方法、新材料、新工艺等。
（4）模型试验的分类方法①按建筑物的模拟范围和受力状态分类a. 整体结构模型试验：研究整体建筑物在空间力系作用下的强度或稳定问题。
b. 平面结构模型试验：研究结构单位长度断面在平面力系作用下的强度和稳定问题，如重力坝坝段平面结构模型试验就是研究重力坝在水荷载作用下的应力和变形。
水工建筑物实验模型
《水工建筑物》结构模型教学试验指导书李桂荣武汉大学水利水电学院混凝土重力坝断面结构模型试验1、目的要求学习应用模型试验的方法进行水工建筑物的结构分析；学习重力坝断面结构模型试验的方法；学习和掌握测试仪器的性能及使用方法。
2、试验内容大坝在设计情况下坝基面上的应力分布情况；大坝在设计情况下坝体的水平位移。
3、试验原理在水工建筑物中如拱坝、支墩坝、连拱坝等结构和边界都比较复杂的情况，数学模型不可能或者难以模拟的某些重要的物理现象，往往需要借助物理模型进行试验研究。
结构模型试验内容包括：应力、变形、稳定及承载能力等问题。
结构模型能够模拟建筑物及其地基的实际结构性态，可以同时考虑多种因素及复杂的边界条件，而且能给人以直观的结果，因此结构模型试验是结构分析的一种重要手段。
结构模型试验要解决的问题，是将原型水工建筑物上的力学现象缩小到模型上，从模型上模拟出与原型相似的力学现象中，量测应力、位移和安全度，再通过一定的相似关系推算到原型建筑物。
模型试验如果能正确地解决模拟问题，同时又采用了精确的量测方法，则其所得成果就可能较好反映原型的实际情况。
根据相似原理，按照结构模型试验相似指标设计出与原型相似的重力坝模型，从相似模型上，量测应变等，再通过一定的相似关系推算到原型建筑物。
4．原型基本资料：重力坝为混凝土实体重力坝，坝高为81米，坝顶宽12米，坝底宽60米，下游坝坡1：0.75。
坝体混凝土弹性模量E1=19200Mpa,坝基岩体弹性模量E2=19200Mpa，E3=9600Mpa，混凝土与基岩的泊松比均为μ1=μ2=0.2，坝体混凝土密度为24KN/M3，库水密度为10KN/M3，水库上游设计水位78米。
校核水位80米。
5、相似关系及相似常数的确定结构模型试验的目的是研究建筑物的应力和变形状态。
我们研究的主要对象是水利和土建工程中的混凝土建筑物及地基。
需要通过模型模拟的主要有荷载的类型及大小，建筑物的几何形状的尺寸和材料的物理力学性能。
水工结构模型试验
水工结构模型试验一、背景水工结构是指与水相关的结构工程，例如防洪工程、堤防、水闸、引水渠、涵洞等。
由于水工结构的特殊性质，其模型试验十分重要，模型试验能够帮助人们更好地了解水工结构的性能，并对其进行优化改进。
二、试验目的本次试验的目的是通过对水工结构模型进行试验，来了解其在不同条件下的性能表现。
具体试验目标如下：•了解不同流量下，水工结构的承载力和稳定性情况；•了解不同温度下，水工结构的承载力和稳定性情况；•了解不同角度下，水工结构的水流流向变化情况。
三、试验内容本次试验将通过搭建水工结构模型，模拟不同流量、温度和角度下的试验环境，具体试验内容如下：1.搭建水工结构模型首先，我们需要搭建水工结构模型。
模型需要具备较好的可重复性，以便在不同试验条件下进行多次试验并比对。
模型需要重点考虑的因素包括：材料的选取、模型的尺寸、模型的制作工艺等。
2.不同流量下的试验在完成水工结构模型搭建后，我们将根据不同流量的要求进行试验。
试验过程中，我们需要记录结构的承载力和稳定性情况，并在不同流量下进行试验结果的比对分析。
3.不同温度下的试验除了不同流量外，温度也是影响水工结构性能的一个重要因素。
因此，我们还将在不同温度下进行试验。
试验过程和流量试验类似，利用试验结果对结构的性能进行分析和比较。
4.不同角度下的试验为了更好地了解水流对于水工结构的影响，我们还将对不同角度下的试验进行研究。
在不同角度下进行试验，并记录水流流向变化情况，以此对结构的性能进行分析和比较。
四、试验结果试验结果将包括不同流量、温度和角度下的试验数据和分析报告。
通过分析试验结果，我们将得出，并对水工结构的改进提出建设性的意见和建议。
五、通过对水工结构模型试验的实施，我们能够充分了解水工结构的性能和特点，为其优化和改进提供了科学依据。
同时，试验过程中还需要注意安全和环保，确保试验过程的顺利进行。
以上是本次试验的预期目标和具体试验内容，希望我们能够顺利完成试验，并取得满意的试验结果。
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水工模型试验与数据处理
试验报告
学院（系）: 专业：
学生姓名：
学号：
指导教师：
评阅教师：
完成日期：
大连理工大学
目录
实验一底流消能实验 (2)
（一）实验安排 (2)
（二）实验设备与仪器 (2)
（三）实验步骤与方法 (3)
（四）实验数据处理及结果分析 (4)
1、实验数据 (4)
2、理论计算 (5)
3、试验与计算的对比结果 (5)
实验二渗流水电模拟实验 (7)
（一）实验安排 (7)
（二）实验设备与仪器 (7)
（三）实验步骤与方法 (7)
(四)实验数据处理及结果分析 (8)
1、渗流计算 (8)
2、渗流速度的计算 (9)
3、渗流压力的计算： (9)
4、流网图 (10)
实验一底流消能实验
（一）实验安排
观察、描述底流消能现象，测量一个确定水位下的水跃长度、共轭水深、消能墙高度、消力池长度，并与计算值进行比较，计算消能率。
图1 试验原理图
（二）实验设备与仪器
a.实验水槽；
b.溢流坝模型；
c.消力坎（消能墙）；
d.电磁流量计；
e.测针。
图2 试验设备图
（三）实验步骤与方法
1、记录相关常数
（1）测量实验水槽槽宽，槽宽为10cm；
（2）记录消力坎坎高 2cm ；
（3）测量槽底高程 35.52cm ，计算坎顶高程 37.52cm ；
（4）测量溢流堰顶高程 45.52cm ，计算溢流堰高 10cm ；
m/3。
（5）打开进水阀放入适量的流量，记录流量计读数7.18h
2、观察溢流坝下游的水面衔接形式
调节尾门，使下游水位抬高，使水流分别产生远驱式水跃、临界水跃、淹没式水跃，观察其现象。
3、放入消力坎（消能墙），调节形成临界水跃
将消力坎放入水流中，调整消力坎，使池内形成稍许淹没的水跃，同时调尾门使墙后与下游的水流衔接为临界水跃或淹没水跃。
4、测量水力要素
（1）上游水深 49.9335.5214.41H cm =-=； （2）收缩断面水深 37.7035.52 2.18c h cm =-=；
(3) 跃后水深 ''
42.1235.52 6.60c h cm =-=；
（4）消力坎上水头 41.8935.52 4.37H cm =-=坎； （5）下游水深 42.0235.52 6.50H cm =-=下； （6）水跃长度 35.7L cm =； （7）消力池池长 37.2B L cm = ； （8）压差计读数 22.421.41H cm ∆=-=. 5、比较与计算
测量水跃长度、共轭水深、消能墙高度、消力池长度，并与计算值进行比较，计算消能率。
6、试验完毕关闭进水阀，整理仪器并清扫场地。
（四）实验数据处理及结果分析
1、实验数据
平均流速 37.18
0.138436000.14410.1
Q m v s A =
==⨯⨯ 上游势能 22
00.13830.14410.1451229.81
v E P m g =+=+=⨯ 下游流速
3
0.980.434m
v s
===下
势能消耗 ()3
22
3
1122 6.60 2.18(''')(')('')() 1.5224'''4 2.18 6.60
j v v h h E h h m cm g g h h αα--∆=+-+===⨯⨯
消能率 2
110
1.5
(%)10.34%14.51
'2j j j E E K v E h g
α∆∆=
=
=
=+
2、理论计算
下游流速 7.180.30236000.0660.1
Q m v s A ===⨯⨯下下 单宽流量 27.180.0199436000.1
c Q m q s B =
==⨯ 由公式 2
02
2c c c
q E h g h ϕ=+ 代入数据迭代得出收缩断面水深0.013c h m = 跃后水深
''
0.0131)10.072522c c
h h m ⎫==⨯=⎪⎪⎭
消力坎上水头
223
3
100.0486H m ⎛⎫=== 自由水跃长度 ()()''6.9 6.90.07250.0130.4106j c c L h h m =-=⨯-= 消力池长 0.750.750.41060.3080B j L L m ==⨯= 势能消耗
()3
2
2
3
11220.07250.013(''')(')('')()0.0559 5.59224'''40.0130.0725
j v v h h E h h m m cm g g h h αα--∆=+-+==
==⨯⨯消能率 2
110
5.59
(%)38.53%14.51
'2j j j E E K v E h g
α∆∆=
=
=
=+
3、试验与计算的对比结果
经过计算与实际测量结果相比较，效能率误差较大，考虑其原因是消力坎的位置没有找到最佳，使得出现稍有淹没的水跃的时候的消力池长扔较长，以至于没有找出使得消力池长最短时候的稍有淹没是水跃，这也导致了测量过程中的消力池长度偏长；其他测量结果均与理论计算结果大致相符。
实验二渗流水电模拟实验
（一）实验安排
（1）加深理解渗流的水电比拟法实验原理；
（2）学会操作使用与渗流电模拟实验的有关仪器；（3）由流网求渗流速度、渗透流量、渗透压力。
（二）实验设备与仪器
（1）渗流模型盘（见下图）；
（2）音频震荡器：提供低压电信号；
（3）晶体管毫伏表及探针：检测电场电压信号。
（三）实验步骤与方法
1.将模型不透水边界线绘制在方格纸上；
2.平放模型盘，注入约1厘米厚的电解液；
3.按线路下图连接导线；
4.经过检查后，接通振荡器和电子伏特表的电源；
5.约10分钟后，调电子伏特表的量程道所需的范围，并检查零点是否准确；
6.调节震荡器输出微调，使A,B 两端电压达到所需的值；
7.将上下游两端电压分成10等份，将测针沿正交流线方向左右移动寻找U/10位置，记录其坐标，将所有U/10电压的点连接起来，就得到一条等势线； 8.用同样的方法其他的等势线（见附图）； 9.根据流网原理，已知等势线可以画出流线。
(四)实验数据处理及结果分析 1、渗流计算
1、渗流流量的计算
ψ∆=∆q ；ϕψ∆=∆；kH -=ϕ n
H
k H k kH q ⋅
=∆-=-∆=∆=∆)(ψ 整个渗流区的单宽总渗流量：H n
m
k q m q ⋅
=∆⋅= -5-434
5108.91 1.9810/()9
m m s =⨯⨯⨯=⨯⋅
2、渗流速度的计算
水力坡度为：S H
J ∆∆-
= 渗流流速为:S
n kH
kJ u ∆==
经测量流网得：
所以平均值75.4=∆S cm
-32
5109.38100.987/10 4.75
kH u kJ cm s n S -⨯⨯⨯====∆⨯ 3、渗流压力的计算： 查图得4243.610s m -=⨯
渗透压力443.6101000043.6p N -=⨯⨯=
水工模型试验与数据处理试验报告4、流网图
10。