高台阶消能式溢洪道在碾压混凝土坝中的应用

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1、2014年第3期黑龙江水利科技No．3．2014(第42卷)HeilongjiangScienceandTechnologyofWaterConservancy(TotalNo．42)文章编号：1007—7596(2014)03—0174—03高台阶消能式溢洪道在碾压混凝土坝中的应用代彬，曹骏，陈章淼《推广应用口口口口口口(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002)摘要：在过去的几十年里，高台阶式溢洪道已经成为一种常用的安全泄洪方式。在高台阶式溢洪道中，水流沿着溢洪道表面的台阶流动，明显地提高消能率

2、；因而，减少了下游消力池的规模和费用。文章论述了高台阶溢洪道在碾压混凝土坝上的应用，并结合水力模型和工程实践验证，为台阶式溢洪道在碾压混凝土坝上推广应用提供了有益的经验。关键词：高台阶溢洪道；水流流态；掺气；水深；消能；模型试验中图分类号：TV431文献标识码：A是世界上第一个采用RCC台阶式溢洪道的工程，我1台阶式溢洪道在碾压混凝土坝中的应用国的贵州索风营水电站、广东乌石拦河闸工程、湖南现状江娅RCC大坝都运用了台阶溢洪道。表1为台阶式随着筑坝的迅速发展，台阶式溢洪道在碾压混溢洪道在国内外已建成投入运行

3、的典型实例。凝土坝(RCC)上得到了广泛应用。美国的上静水坝表1台阶式溢洪道典型实例存在，空腔下为一近似梯形静水池，流股出现较大的2台阶溢洪道水流流态的理论分析弯曲，称为跌落水流，见图2(C)；处于滑行水流和跌台阶式溢洪道的水流流态可分成3类，即滑行落水流之间，在一些台阶内总是有类似跌落水流的水流，过渡水流和跌落水流。各流况形成领域见三角形空腔形成，而在另一些台阶内总是有类似滑图1。行水流的横轴旋涡形成，并且这两种形态沿台阶向当水流流过台阶表面时，各台阶内全部被水充下游交替存在于台阶表面与主流之间，定义为

4、过渡填，没有空腔存在，并在各台阶隅角和主流之间形成水流J，见图2(b)。台阶式渠槽流况见图2。一个横轴旋涡，靠近主流处旋涡旋转方向和主流流3哮天龙高台阶溢洪道布置动方向一致，这种水流称为滑行水流，见图2(a)；在各台阶隅角与主流之间总是有一个近似三角形空腔哮天龙水库位于贵州省六盘水市盘县接长江支[收稿日期]2013—08—08[作者简介]代彬(1981一)，男，贵州福泉人，工程师，从事水工结构设计工作；曹骏(1968一)，男，贵州贵阳人，研究员，从事水工结构设计工作；陈章淼(1982一)，男，贵州黔西人，

5、工程师，从事水工结构设计工作。-·——174·-——2014年第3期黑龙江水利科技No．3．2014(第42卷)HeilongjiangScienceandTechnologyofWaterConservancy(TotMNo．42)型试验分析可看出，由于溢流曲线较陡，而台阶的高表3采用方案溢流表孔水深成果表度又过大，在小流量情况下，水流在台梯面上形成各种程度的挑流，造成台阶段水深较高，并且挑射水流越过多级阶梯，未能在阶梯上形成有效的具横轴旋涡的旋滚，消能效果差。表2原方案溢流表孔水深成果表注：以上水深均

6、为铅垂水抹采用方案水深成果(表3)与原方案水深成果(表2)相比较，在Q=45In／s和Q=60in／s两个工况下，堰顶至台阶起始处水深相差不大，原方案在第一级台阶后下泄水流出现挑射，部分阶梯上是没有注：以上水深均为铅垂水深。Q=45nl／s及Q=60nl／s两级流量下，下泄水流挑射，部分阶梯上是没有水流的，有水流的阶梯上流态混乱，故上表未记录0水流的，有水流的阶梯上流态混乱；在Q=85m／s+10m以下的水深。和Q=126m／s两个工况下，采用方案相对于原方案其水深起伏差较小，最大水深1．84m。5采用方

7、案水流流态研究分析从水深对比可看出，采用方案水深起伏差较小，水5．1采用方案台阶布置流沿台阶平顺下泄，最大水深较低，导墙高度就能降低。为避免小流量情况下原方案台阶布置造成的跌5．4采用方案消能分析落水流，采用方案为在与堰面曲线相接的2级高台当下泄流量<10m／s时，单宽流量<阶上设置小台阶，其中第1阶梯上设为5级小阶梯，0．83m／(s·m)，由于水流的流量较小，形成的跌落每级高度为0．6nl、宽度为0．45nl；第2级阶梯上设水流在空中扩散破碎、在台阶上混掺并形成完全或置3个小阶梯，高度分别为0．9nl

8、、0．9In、1．2nl，宽不完全水跃来消能，对台阶式溢洪道结构无影响。度均为0．75In。当下泄流量>10m。／s时，形成的滑行水流在台通过小台阶的过渡，采用方案对小流量水流先阶面上形成横轴漩涡，一方面翻滚水流与台阶混凝形成滑行水流流态，通过2级台阶后，水流势能转化土充分摩擦，产生强烈的摩阻作用，一方面沿台阶尖为动能。具有一定动能的水流流态在惯性的作用角滑行的水流充分掺气，产生了较好的消能效果。下，水流就很难改变其流态，因而