重力坝剖面和消能工设计

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1、第六节重力坝的剖面及优化设计一、非溢流重力坝剖面设计（一）、设计原则1、满足稳定和强度要求2、工程量少3、便于施工4、运用方便（二）、基本剖面因为作用于上游面的水压力呈三角形分布,所以重力坝面是三角形。当a>90时，即上游面为倒坡。库空时，三角形重心可能超过底边三分点在下游面产生拉应力，而且倒坡不便施工。当a<90时，利用水重帮助稳定。但角度太小时，库满时合力可能超过底边三分点（偏下游）在上游面产生拉应力。上游面坡度越缓，第一主应力越易成为拉应力，故a角不宜太小。规律：1）施工运用方便多做成a=902）f较低时，为满足稳定，减小a角，利用水重3）工程经验m=0.6—0.8（下游坡）n=0—0.

2、2（上游坡）一般情况,坝体与坝基接触面之间摩擦系数及粘结强度越大、渗压折减系数越大，基本剖面底宽就越小，T主要由强度条件控制。反之，摩擦系数和粘结强度越小，渗压折减系数越小，坝底宽度就越大，且主要由抗滑稳定条件控制。（三）、实用剖面根据运用和交通要求，坝顶应有足够的宽度，无特殊要求，坝顶宽=8-10%坝高，但不得小于2米，如有运用和交通要求，应满足这些要求。坝顶高于水库水位的高度△h计算：△h=hl+hz+hc防浪墙顶高程按下式计算并选最大值：防浪墙顶高程=设计洪水位+△h防浪墙顶高程=校核洪水位+△h剖面选择：对中、低重力坝可以采用工程类比法，参照类似的已建工程，拟定坝体剖面尺寸，然后对坝体

3、控制截面进行强度和稳定验算，并根据计算结果进行调整，直到满足设计要求为止二、溢流重力坝断面设计溢流重力坝既能挡水又能通过坝顶溢流。因此，坝体设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水要求。在溢流坝段位置确定以后，应合理选择泄水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸。（一）、溢流重力坝的剖面设计溢流重力坝的孔口型式有开敞式坝顶溢流和大孔口溢流式两种。其中大孔口溢流式可降低溢流堰顶高程，增大单宽流量，减小溢流坝段长度。溢流面由顶部溢流面曲线段、中间直线段和下部反弧段组成。一）、溢流堰面曲线常采用非真空剖面曲线。1)开敞式溢流堰面曲线2)大孔口堰面曲线上述两种堰面曲线是根据定型设计水头确定的．当

4、宣泄校核洪水时，堰面出现负压值应不超过3—6m水柱高。堰顶附近允许出现的负压值为：在常遇洪水位闸门全开时不得出现负压；校核洪水位闸门全开时出现的负压值不得超过3m～6m水柱；正常蓄水位或常遇洪水位闸门局部开启时（以运用中较常出现的开度为准），可允许有不大的负压值，其值应经论证后确定。常遇洪水位，系指频率为20年一遇以下洪水时的水库水位，在常遇水位下，溢流堰运用机会较多，容易遭受空蚀，特别在门槽部位，应引起注意。（二）、溢流面中间直线段上端与堰顶曲线相切，下端与反弧段相切，公切线构成的直线段坝面坡度可以和非溢流坝下游坝面坡度一致三、溢流坝下游反弧段半径1)对挑流消能，可按下式求得反孤半径R2)对

5、于底流式消能，反弧段半径可按下式求得（三）、溢流重力坝的消能防冲设施选择消能工的依据：地形、地质、枢纽布置、水头、流量、下游水深及其变幅等进行技术经济比较。重要工程应作模型试验。（一）  水流条件及消能措施。在坝趾下游设消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大。下泄不同流量产生的跃后水深h”与下游实际水深t的关系，有以下五种情况：①Q——h”和Q——t重合。表明任何情况下均产生临界水跃，无须修消力池，只须在水跃范围内修护坦即可。这是最理想情况，实际很少见。②何情况他th”,均产生淹

6、没水跃。淹没度大时，产生高速潜流，水跃长度加大。消能采用消力戽或斜坡式（逆坡式）护坦，（计算方法不成熟）④小Q时，QQk时，t>h”,下游水深大，产生淹没水跃。这时采用斜坡式护坦与消力池相结合得方式（并称消力护）。⑤与④相反。也用消力戽消能，消力池按最大流量设计。（二）、消能方式（1）挑流消能（适用于基岩比较坚固的高、中坝）消能特点：将下游高速水流抛向空中，使水流扩散、掺气，然后跌入下游河床水垫中，发生旋滚和摩擦，以消耗能量.优点：简单、经济、工期短；缺点：尾水活动比较大，雾化大，影响电站工作。设计内容：鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程、挑射角度（

7、2）面流消能（适用于中小型工程，水头低，下游水深大且变幅小）消能特点:利用鼻坎将主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流与河床之间形成逆向旋滚。使高速水流与河床隔开，避免对坝趾附近河床的冲刷，主流在水面逐渐扩散消能，反向旋滚也可消除一部分能量。优点:面流消能不需设护坦和其他加固措施。缺点:高速水流在表面、伴有强烈的波浪、绵延数里，影响电站运行及下游通航，易冲刷两岸。（3）、消力戽消能适用：尾水深、变幅小、