第1章 绪论 1
1.1冲坑水力学研究进展 1
河床岩石局部冲刷的各种理论 1
河床岩块拔出模式和冲刷机理 5
基岩抗冲流速 7
模型散粒体起动流速 8
河床岩石局部冲刷模拟方法 8
冲坑水力学数值模拟 11
冲坑水力学研究存在的问题 12
1.2衬砌水垫塘水力学研究进展 15
根据水跃性质划分水垫塘内水流流态 16
根据自由紊动射流划分水垫塘内水流流态 17
水垫塘临底流速 18
水垫塘底板的动水压强 18
水垫塘底板的稳定性 22
动水压强在底板缝隙中传播规律的研究 23
底板块上举力 27
底板块水平作用力 28
反拱水垫塘研究 28
水垫塘设计标准 29
防止水垫塘底板失稳的工程措施 29
第2章 二元挑流水舌空中扩散规律的研究 30
2.1二元挑流水舌空中扩散厚度 30
水舌空中阻力因数 30
水舌扩散厚度 33
水舌抛射轨迹 35
计算过程 36
2.2二元挑流水舌掺气浓度 37
掺气水舌空中扩散厚度 37
掺气水舌浓度计算和比较 38
2.3小结 39
第3章 三元挑流水舌空中横向扩散规律的研究 40
3.1三元挑流水舌空中横向扩散的影响因素和试验研究条件 40
影响因素分析 40
试验研究条件 42
3.2表孔三元挑流水舌空中横向扩散规律 42
连续式鼻坎 42
底板延伸鼻坎（“半椭圆舌头型鼻坎”） 46
不对称表孔鼻坎 46
不同边墙扩散角的比较和最优边墙扩散角 47
3.3中孔三元挑流水舌空中横向扩散规律 48
3.4计算实例 50
3.5小结 51
第4章 挑流水舌在水垫塘中的扩散规律研究 52
4.1自由紊动射流简述 52
二元自由紊动射流理论 53
三元自由紊动射流研究 55
两股自由紊动射流试验研究 57
4.2二元挑流水舌在水垫塘中的扩散规律研究 60
水舌轴线上的流速分布 60
沿水舌厚度方向最大紊流切应力位置 62
紊流切应力和脉动压强的关系 64
4.3三元挑流水舌在水垫塘中的扩散规律研究 66
水舌轴线上的流速分布 66
沿水舌厚度和宽度方向的扩散流速 67
水垫塘中任意位置处的扩散流速 68
水垫塘临底流速和动水压强 68
水垫塘临底流速和动水压强计算和试验验证 71
4.4小结 72
第5章 掺气对水垫塘底板动水压强缩尺影响的探讨 73
5.1掺气水舌在水垫塘中扩散的基本方程 74
5.2计算结果分析 77
5.3水垫塘底板动水压强缩尺影响的估计 78
5.4小结 81
第6章 多股分层挑流水舌作用下基岩冲刷平衡深度的研究 82
6.1多股分层挑流水舌在水垫塘中扩散的水力特点 83
水舌入水分布 83
水垫塘中三个扩散区域 84
6.2水舌入水优化间距范围和最优间距 86
M点定义和P点定义 86
水舌入水优化间距的定义 88
水舌入水优化间距的数学模型 88
6.3单宽流量 92
几个单宽流量的定义 92
完全混合区中单宽流量的确定 93
计算单宽流量 96
6.4基岩冲刷平衡深度的预报公式 96
6.5基岩冲刷平衡深度的计算流程 99
6.6小湾基岩冲刷平衡深度的验证 100
小湾工程概况 100
水舌入水间距和计算单宽流量 100
试验和计算结果的比较 103
6.7卡里巴拱坝下游冲刷平衡深度的验证 104
工程概况 104
六中孔平面布置的特点 107
中孔孔口的水力特点 108
水舌在水垫塘中扩散的水力特点 109
基岩冲刷平衡深度的计算和验证 109
6.8小结 110
第7章 挑流水舌碰撞作用下基岩冲刷平衡深度的研究 111
7.1挑流水舌上下碰撞作用下基岩冲刷平衡深度的数学模型 111
碰撞流速 113
碰撞消能效率 114
碰撞能量损失 117
碰撞宽度 117
基岩冲刷平衡深度的分析计算 120
7.2挑流水舌左右碰撞作用下基岩冲刷平衡深度的数学模型 122
碰撞流速 123
碰撞能量损失 126
空中扩散宽度和碰撞宽度 126
碰撞后水舌突变 128
基岩冲刷平衡深度的分析计算 128
7.3小结 129
第8章 护坡不护底水垫塘基岩冲刷平衡深度的研究 130
8.1护坡不护底水垫塘基岩冲刷平衡深度 130
8.2护坡不护底水垫塘坡角处冲刷平衡深度 133
8.3预挖水垫塘冲刷平衡深度 135
移去堆丘后的冲刷平衡深度 135
预挖水垫塘冲坑分析 138
8.4小结 140
第9章 护坡不护底水垫塘体型的试验研究 141
9.1较宽河谷条件下基岩冲刷平衡深度的研究 141
9.2二道坝高度对水垫塘基岩冲刷平衡深度的影响 143
9.3护坡不护底水垫塘优化体型的试验研究 146
边坡因数为0.5的水垫塘体型 146
边坡因数为1.1的水垫塘体型 147
勺型水垫塘体型 148
不同水垫塘体型的比较 151
9.4小结 151
第10章 平底水垫塘底板块稳定的数值模拟 153
10.1水垫塘底板块表面动水压强分布 153
动水压强幅值 154
脉动压强相位 155
脉动压强构造 156
脉动压强模拟检验 158
10.2底板缝隙中的动水压强分布 160
缝隙中一维瞬变流方程的简化 160
缝隙中动水压强波速估算 161
缝隙中的阻尼项 162
特征线方程 162
初始条件和边界条件 163
特征线方程求解 163
10.3模型中各个影响因素的分析 164
阻尼影响 164
波速影响 165
不同脉动压强样本的影响 173
10.4数学模型的试验验证 173
10.5底板缝隙中动水压强的分布规律 173
缝隙中动水压强幅值分布规律 173
缝隙中脉动压强的时域和频域 175
10.6底板缝隙中流速的变化规律 179
10.7板块上举力变化规律及瞬时最大上举力机理分析 182
板块上举力变化的规律 182
板块产生最大瞬时上举力的机理分析 183
10.8板块失稳条件 185
10.9板块稳定性计算和预测 188
10.10小结 189
第11章 动水压强在反拱水垫塘底板缝隙中传播规律的试验研究 191
11.1试验条件及试验组合 191
反拱水垫塘底板分缝和试验模型简化 191
模型制作和试验条件 192
试验组合 194
动水压强采样参数 195
11.2底板缝隙中动水压强的影响因素 195
11.3底板缝隙中动水压强幅值分布规律 196
拱圈下游端为盲缝 196
拱圈下游端为通缝 199
缝口对脉动压强幅值衰减的影响 202
缝中动水压强幅值特征 203
11.4底板缝隙中动水压强的时域和频域特性 204
缝中动水压强时域特性 204
缝口及缝中脉动压强相位同步范围 207
缝中动水压强频域特性 211
11.5小结 218
第12章 反拱水垫塘底板的稳定机理 220
12.1反拱水垫塘底板分缝 220
12.2拱圈结构形式 220
12.3拱圈荷载和拱圈最不利位置 221
拱圈上的动水荷载 222
瞬时上举力径向分布荷载最大位置 223
12.4拱圈稳定性机理 225
12.5拱圈稳定条件 227
第13章 反拱水垫塘拱端推力的试验研究 229
13.1拱端推力试验条件 229
13.2影响拱端推力的因素 233
13.3拱端推力幅值变化规律 233
拱端推力分布规律 233
拱端推力随下游水位的变化规律 240
13.4拱端推力的时域和频域特性 240
13.5拱端推力的水力计算 244
拱端推力时均值的计算模型 244
拱端推力时均计算值与试验值比较 247
13.6小结 249
第14章 反拱水垫塘和平底水垫塘底板稳定性及其荷载 251
14.1水垫塘底板稳定性条件 251
平底水垫塘底板稳定性条件 251
反拱水垫塘底板稳定性条件 252
14.2两种水垫塘底板荷载比较 252
平底板块上举力试验研究 252
反拱底板可能的极限拱端推力荷载 255
反拱底板锚固对底板荷载和底板厚度的影响 256
14.3小结 257
附录 259
附录1 小湾工程坝身和水垫塘布置参数 259
附录2 溪洛渡工程坝身和水垫塘布置参数（XA15方案） 261
参考文献 263