泄水重力坝设计.doc

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1、第七章泄水建筑物的设计7.1泄水建筑物形式的选择在4.3.2节已经拟订了泄水建筑物的形式为溢流坝泄水。图7-1溢流坝基本剖面7.2溢流坝剖面设计溢流坝剖面除了应满足强度、稳定和经济等要求外，还需考虑水流运动的要求。通常它是由基本三角形（图7-1中虚线所示）即非溢流坝修改而成。内部构造则不变，和非溢流坝保持相同。溢流坝面由顶部溢流段、中部直线段和下游消能组成，上游边为直线或折线。溢流面的中间直线段一般可与非溢流坝下游面斜率保持相同，上端与堰顶溢流曲线线相切，下端与下游反弧段相切，其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水

2、衔接。7.2.1顶部溢流段（ac段）溢流坝顶部溢流曲线，应使水流平顺的通过堰顶，在堰面不产生过大的负压，溢流能力较大。(1)溢流堰面曲线（bc段）。有两种曲线可供选择使用：克-奥曲线和WES曲线。但最近的工程实例证明WES曲线比克-奥曲线瘦，宜与坝面连接，计算切点位置及放样均方便的多，与上游面可呈坡形连接，按定型水头设计此堰面曲线时，在不同水头下，可增加泄流量，因此我国“混凝土重力坝设计规范”荐采用WES曲线。故拟订采用WES曲线。当上游面垂直时，WES曲线方程如下：式中：x,y——堰顶曲线的水平和垂直坐标，原点为堰顶的

3、最高点；Hs——定型设计水头，按堰顶最高水头的75～95%计算。经计算确定该曲线方程为（2）上游曲线（ab段）。堰顶上游面为1/4椭圆曲线，其方程为：式中：a、b——分别为椭圆的长短轴系数；Hs——定型设计水头。最后确定该椭圆方程为7.2.2中部直线段（cd段）溢流坝的中部为直线段，要求和非溢流坝的基本三角形的下游边相重合，上端和堰顶曲线相切，下端和反弧相切，其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水位衔接。经过计算（详细见计算书3.2节）得切点位置为(12.3，9.5)，其坡度和非溢流坝保持一致，为1：0.7。7.2

4、.3下游消能设计（de段）表7-1消能形式极其比较消能形式原理及特点适用情况底流消能基本原理是使水流产生临界水跃，通过表面漩滚消能；他常需要护坦、消力池等措施，对于基岩往往不够经济。常用于水闸。挑流消能挑流消能，利用鼻坎将自溢流面下泄的高速水流向空中抛射，使水流扩散并卷如大量的空气，然后落入下游河床水垫中。水流在同空气摩擦的过程中，消耗了约20%的能量。抛射到下游水垫后，形成强烈的旋滚区，冲刷河床形成冲坑，同时消耗掉大部分的能量。它一般适用于基岩上的水工建筑物，特别是高水头、大流量的泄水建筑物。面流消能原理是将高速水流挑

5、至尾水面，在表层主流和河床之间形成逆流旋涡和跃波，通过旋涡和主流扩散而消能。水流在表面可减轻对坝下河床的冲刷，但可能水滚裹挟石块，磨损坝脚地基。它适用于下游尾水较深，流量变化范围小，水位变幅不大的情况，由于表层水流速很大，对下游的电站和航运有影响。消力戽消能它将鼻坎设置在水下，不形成自由水舌，水流在戽内产生漩滚，经鼻坎将高速主流挑射至水流表面，消耗大量动能。它一般实用于尾水较深，变幅较小，无航运要求，且地基条件比较好的情况。（1）消能形式及原理：重力坝的下泄水流具有很大能量，如不能妥善的消杀水流的能量，将冲刷建筑物及河床

6、基岩，危机建筑物的安全。常用的消能形式有底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等,他们的比较列于表7-1。由于该枢纽河床地质条件较好，且水头较高，同时有通航和发电要求。拟采用挑流消能。（2）挑流设计挑流设计的要求：选择合适的鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角度，使挑射水流形成的冲刷坑不会影响到坝体的安全。①常用的鼻坎型式有连续式和差动式。连续式构造简单，射程远，水流平顺，一般不会产生空蚀，施工方便；差动式消能效果好，冲刷坑较小，但有空蚀问题存在，施工难度较连续式大。由于本枢纽的地基条件较好，考虑到施工的方便使用连续式

7、鼻坎，同时也避免了空蚀的问题，但要保证冲坑不会危及到坝体的安全。②连续式的挑流鼻坎的挑射角，根据我国的工程实践经验，以20°～25°为宜，拟定采用25°的挑射角。③鼻坎反弧段半径R以8～12倍的hc为宜，hc为鼻坎上的水深，流速越大，倍数宜选用较大值。经过计算（见计算书3.3节）拟订为17.21米。④鼻坎高程，为了保证挑流的效果，必须要求挑流要高于下游水面。一般情况下鼻坎高程以高于下游水位1～2米为宜。设计出来的鼻坎高程为148.74米，高出下游水位：满足要求。⑤水力校核，鼻坎设计完毕后，还需验算该挑流消能是否会危及建筑

8、物的安全，常用冲坑上游坡做为标准，即：式中tk——冲坑深度（米）；L——冲坑最深深度距建筑物距离；i——冲坑上游坡；ic——安全临界坡，可取1/3～1/4。计算工况为设计和校核情况。计算（详细计算见计算书3.4节）得校核时：设计时：均满足安全要求。综上，拟订的挑流消能的鼻坎型式为,连续式鼻坎；反弧半径R=17.21m