重力壩剖面和消能工設計.ppt

第六節(jié) 重力壩的剖面及優(yōu)化設計 一、非溢流重力壩剖面設計 （一）、設計原則 1、滿足穩(wěn)定和強度要求 2、工程量少 3、便于施工 4、運用方便,（二）、基本剖面 因為作用于上游面的水壓力呈三角形分布,所以重力壩面是三角形。 當a90時，即上游面為倒坡。庫空時，三角形重心可能超過底邊三分點在下游面產(chǎn)生拉應力，而且倒坡不便施工。 當a90時，利用水重幫助穩(wěn)定。但角度太小時，庫滿時合力可能超過底邊三分點（偏下游）在上游面產(chǎn)生拉應力。上游面坡度越緩，第一主應力越易成為拉應力，故a角不宜太小。,規(guī)律： 1）施工運用方便多做成a=90 2）f較低時，為滿足穩(wěn)定，減小a角，利用水重 3）工程經(jīng)驗 m=0.60.8（下游坡） n=00.2（上游坡） 一般情況,壩體與壩基接觸面之間摩擦系數(shù)及粘結強度越大、滲壓折減系數(shù)越大，基本剖面底寬就越小，T主要由強度條件控制。反之，摩擦系數(shù)和粘結強度越小，滲壓折減系數(shù)越小，壩底寬度就越大，且主要由抗滑穩(wěn)定條件控制。,（三）、實用剖面 根據(jù)運用和交通要求，壩頂應有足夠的寬度，無特殊要求，壩頂寬=8-10%壩高，但不得小于2米，如有運用和交通要求，應滿足這些要求。 壩頂高于水庫水位的高度h計算： h=hl+hz+hc 防浪墻頂高程按下式計算并選最大值： 防浪墻頂高程=設計洪水位+h 防浪墻頂高程=校核洪水位+h,剖面選擇：對中、低重力壩可以采用工程類比法，參照類似的已建工程，擬定壩體剖面尺寸，然后對壩體控制截面進行強度和穩(wěn)定驗算，并根據(jù)計算結果進行調整，直到滿足設計要求為止,二、溢流重力壩斷面設計 溢流重力壩既能擋水又能通過壩頂溢流。因此，壩體設計除要滿足穩(wěn)定和強度要求外，還要滿足泄水要求。在溢流壩段位置確定以后，應合理選擇泄水方式，并根據(jù)洪水標準和運用要求確定孔口尺寸。,（一）、溢流重力壩的剖面設計,溢流重力壩的孔口型式有開敞式壩頂溢流和大孔口溢流式兩種。其中大孔口溢流式可降低溢流堰頂高程，增大單寬流量，減小溢流壩段長度。 溢流面由頂部溢流面曲線段、中間直線段和下部反弧段組成 。 一）、溢流堰面曲線 常采用非真空剖面曲線。,1)開敞式溢流堰面曲線 2)大孔口堰面曲線 上述兩種堰面曲線是根據(jù)定型設計水頭確定的當宣泄校核洪水時，堰面出現(xiàn)負壓值應不超過36m水柱高。,堰頂附近允許出現(xiàn)的負壓值為： 在常遇洪水位閘門全開時不得出現(xiàn)負壓；校核洪水位閘門全開時出現(xiàn)的負壓值不得超過3m6m水柱；正常蓄水位或常遇洪水位閘門局部開啟時（以運用中較常出現(xiàn)的開度為準），可允許有不大的負壓值，其值應經(jīng)論證后確定。常遇洪水位，系指頻率為20年一遇以下洪水時的水庫水位，在常遇水位下，溢流堰運用機會較多，容易遭受空蝕，特別在門槽部位，應引起注意。,（二）、溢流面中間直線段,上端與堰頂曲線相切，下端與反弧段相切，公切線構成的直線段壩面坡度可以和非溢流壩下游壩面坡度一致 三、溢流壩下游反弧段半徑 1)對挑流消能，可按下式求得反孤半徑R 2)對于底流式消能，反弧段半徑可按下式求得,（三）、溢流重力壩的消能防沖設施,選擇消能工的依據(jù)：地形、地質、樞紐布置、水頭、流量、下游水深及其變幅等進行技術經(jīng)濟比較。重要工程應作模型試驗。 （一） 水流條件及消能措施。 在壩趾下游設消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大。,下泄不同流量產(chǎn)生的躍后水深h”與下游實際水深t的關系，有以下五種情況： Qh”和Qt重合。表明任何情況下均產(chǎn)生臨界水躍，無須修消力池，只須在水躍范圍內修護坦即可。 這是最理想情況，實際很少見。, 何情況他th”,均產(chǎn)生淹沒水躍。淹沒度大時，產(chǎn)生高速潛流，水躍長度加大。消能采用消力戽或斜坡式（逆坡式）護坦，（計算方法不成熟） 小Q時，QQk時，th”,下游水深大，產(chǎn)生淹沒水躍。這時采用斜坡式護坦與消力池相結合得方式（并稱消力護）。 與相反。也用消力戽消能，消力池按最大流量設計。,（二）、消能方式,（1）挑流消能（適用于基巖比較堅固的高、中壩） 消能特點：將下游高速水流拋向空中，使水流擴散、摻氣，然后跌入下游河床水墊中，發(fā)生旋滾和摩擦，以消耗能量. 優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、工期短； 缺點：尾水活動比較大，霧化大，影響電站工作。 設計內容：鼻坎型式、反弧半徑、鼻坎高 程、挑射角度,（2）面流消能（適用于中小型工程，水頭低，下游水深大且變幅小） 消能特點:利用鼻坎將主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流與河床之間形成逆向旋滾。使高速水流與河床隔開，避免對壩趾附近河床的沖刷，主流在水面逐漸擴散消能，反向旋滾也可消除一部分能量。 優(yōu)點:面流消能不需設護坦和其他加固措施。 缺點:高速水流在表面、伴有強烈的波浪、綿延數(shù)里，影響電站運行及下游通航，易沖刷兩岸。,（3）、消力戽消能,適用：尾水深、變幅小、無航運要求，下游河岸有一定抗沖能力。 特點：消力戽是以模型試驗為基礎研究成功的一種消能方式。它是利用一個較大的反弧半徑和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使從溢流壩下游的高速水流在戽斗內產(chǎn)生激烈