水利枢纽厂坝隔（导）墙流激振动与结构优化研究

成果的背景及主要用途：导墙或隔水墙这种轻型薄壁结构受到脉动压力的交

变作用，导致结构物疲劳破坏和强烈振动的危险性，是一个现实的问题，应引起

水工结构设计人员的充分重视，也是水利工程研究的一个重要课题。天津大学

1996 年至 2000 年先后开展了中国长江三峡工程开发总公司委托的“三峡水利枢

纽厂坝隔（导）墙泄洪振动的水弹性模型实验研究”（编号：ZT-96（1）-7）和“三

峡工程厂坝隔（左导）墙的优化研究”（CT-98-22-5）的科研项目；2002 年至 2003

开展了中国水电顾问集团中南勘测设计研究院委托的“向家坝水电站消力池底板

和导(隔)墙结构水弹性模型试验研究”项目；2004 开展了“三峡导墙振动的原型

观测研究”。通过这些项目的研究工作，对导墙结构的流激振动和结构优化开展

了系统的实验研究、理论分析和原型观测，提出的创新性成果在工程中得到应用，

取得了显著的社会和经济效益。

技术原理与工艺流程简介：对于导墙结构流激振动响应往往是其结构设计的

控制条件，其结构的安全和结构优化设计与流激振动响应关系密切。但由于泄洪

振动的复杂性，即激振源、脉动荷载时空相关和流固耦联效应的复杂性，通过单

纯的水力模拟和数值计算难以正确确定导墙流激振动的响应。而采用泄洪激振的

水弹性实验模拟可以很好的解决这一问题。水弹性模型是对“结构——水体——地

基——动荷载”四位一体的流固振动系统的模拟，它可以同时满足“动荷载”输人系

统相似和结构系统动力响应相似，即满足水力学条件和结构动力学条件相似。通

过水弹性模拟实验研究导墙结构流激振动的一般规律，建立相应的理论计算模型，

开展原型观测，提出导墙结构安全评价的指标以及安全监测、健康振动的理论分

析方法，并通过原型观测来验证。

技术水平及专利与获奖情况：该项成果达到国际先进水平。 

应用前景分析及效益预测：针对三峡工程导墙从水流条件和结构静动力条件

两个方面来进行三峡工程导墙泄洪振动及优化研究，研究成果已在工程建设中得

到应用、实施，节省投资约 4000 万元，效益明显。

开展了向家坝水电站消力池导(隔)墙结构水弹性模型研究，优化了两个导(隔)

墙体型。该研究成果对向家坝导(隔)墙的泄洪振动响应及其整体稳定性提供了科

学的评价依据，为工程建设提供了一个强有力关键的技术支撑，相关成果已被设

计采用。

结合导墙结构原型观测，应用提出导墙流激振动的反分析方法，可为导墙安

全运行监测和健康诊断提供了理论依据和技术平台，这种理论方法和技术手段对

其他泄洪消能建筑物的安全监测和健康诊断、实时预警都有广泛的应用前景。

该成果的理论方法也可推广到溢洪道边墙的流激振动和安全监测。

应用领域：水利水电工程设计和运行管理。

合作方式及条件：技术服务。