重力坝文献综述.doc

文献综述 姓 名：* 指导老师：*摘要：溢流重力坝的设计包括孔口设计、溢流坝的剖面设计、抗空蚀设计以及消能方式的设计。对于洪水流量大、上游淹没损失不大的中、小型工程可选用坝顶溢流式，不设闸门的堰顶高程就是水库的正常蓄水位。带胸墙的溢流孔口可根据洪水预报提前放水，提高了调洪能力。孔口尺寸的确定要通过方案比较来确定。剖面设计中，溢流面由顶部溢流段、中间直线段和下部反弧段组成，上游为铅直面或折坡面。关键词：泄水重力坝的泄水方式有开敞式溢流孔泄水和坝身泄水孔泄水。溢流重力坝1 孔口设计11 孔口形式111 坝顶溢流式这种形式的溢流孔除宣泄洪水外，还能排除冰凌和其他漂浮物。堰顶可设闸门，也可不设闸门。不设闸门的堰顶高程就是水库的正常蓄水位，库水位超过堰顶后就溢过堰顶泄向下游，这种型式结构简单、管理方便，适用于洪水流量大、上游淹没损失不大的中、小型工程。设置闸门时，堰顶低于正常蓄水位，以利用一部分有效库容参加调洪，达到降低抵挡水建筑物高度、减少上游淹没损失的目的。溢流坝的闸门承受的水头较小，可采用较大的尺寸。泄流时，流量与水头的3/2次方成正比。随着库水位的增加，流量迅速增大，对保证枢纽的安全有较大的作用。另外，闸门设在顶部，操作、检修方便，工作安全可靠，所以大、中型水库的溢流坝孔口一般均设有闸门。112 带胸墙的溢流孔口式这种溢流孔的堰顶较低，胸墙的作用是降低闸门高度。库水位较低时，水流为堰顶溢流；随着水位升高，逐渐由堰流变为孔口泄流。这种形式的溢流孔可根据洪水预报提前放水，腾出较多的库容来蓄洪水，从而提高了调洪能力。但由于库水位高出孔口以上一定高度后便成为孔口出流，因而超泄能力受到限制，也不利于排泄漂浮物。12 孔口尺寸 确定孔口尺寸主要是确定溢流堰的堰顶高程、孔口大小及数目。这与以下一些因素有关：洪水标准及洪水过程线；洪水可预报的时间；水库最高限制洪水位及下游允许最大泄量；调洪方式；地形、地质条件及根据坝址地质条件所选择的允许下泄的单宽流量。单宽流量的选择是关键因素，单宽流量愈大，单位宽度下泄水流所含的能量也愈大，消能愈困难，下游冲刷也愈严重。但所需溢流前缘愈短，这对狭窄山区河道上进行枢纽布置较为有利。选择单宽流量时，首先应考虑下游河床的地质条件，对于一般软弱的岩石，常取单宽流量q=2550m3/(sm)；对于较好的岩石，可取q=100120m3/(sm)或更大。按单宽流量拟定孔口尺寸后，就可进行调洪演算。在给定的设计水位和最大允许下泄流量的情况下，孔口尺寸与堰顶高程可以有不同的组合。因此，溢流堰堰顶高程和孔口尺寸要通过方案比较来确定。具体方法是：先初拟几组溢流孔口布置方案（包括不同的堰顶高程及溢流前缘长），根据给定的设计洪水流量过程线，分别进行调洪演算，得出不同的水库最高洪水位及相应的最大下泄流量；根据满足要求的各方案定出整个枢纽中各建筑物的布置和主要尺寸，估算工程量及造价，进行技术经济比较，选出最优方案。 设有闸门的溢流坝，用闸墩分成若干个孔（不设闸门的溢流坝也常因交通要求设置桥墩），分孔数目及每孔净宽则根据所用闸门形式、尺寸、启闭设备及混凝土坝分段长度等条件确定。闸门尽可能选择工厂已生产、使用成功的或规范所推荐的尺寸。应尽量将孔口数量定为奇数，这样有利于闸门对称开启，使过闸水流均匀。 如孔口数为n、每孔净宽为b0、闸墩厚度为d，则溢流前缘总长度L0为L0=nb0+(n-1)d,2 溢流坝的剖面设计溢流重力坝的基本剖面也是三角形，为适应泄流要求，三角形上部和下游面需做成溢流面。溢流面由顶部溢流段、中间直线段和下部反弧段组成，上游为铅直或折坡面。顶部溢流段一般采用曲线型非真空实用剖面堰。真空实用剖面堰溢流时，溢流面产生负压，易引起空蚀，水流也不稳定，故采用较少。由于WES曲线给出的是曲线方程，具有易与各种上游坝坡相衔接的特点，且通过一系列试验研究给出了大量成果，便于应用，故我国许多工程都采用WES曲线，混凝土重力坝设计规范也推荐采用该曲线。当设有胸墙，且胸墙起挡水作用时，可采用孔口溢流的抛物线。溢流面中间直线段上端与顶部曲线相切，下部与反弧相切，直线段的坡度可与非溢流坝下游面相同，也可不同；溢流坝下端反弧段的作用是使水流平顺地与下游水面衔接。反弧常用圆弧曲线，其半径的大小与坝高、堰上水头及消能方式有关，通常取R=(410)h,h为校核水位闸门全开时反弧最低点处的水深。反弧处水流速度越大，反弧半径宜取得越大。对于较低的溢流坝，坝顶曲线可直接与下部反弧相切，而省去中间直线段。溢流坝的实用剖面是由基本剖面与溢流面拟合修改而成的。如果坝基较差、孔口较大、三角形基本剖面顶部去掉的面积较多，影响了坝的稳定，则可将下游坝坡略微放缓；如地基较好，由于溢流曲线的要求使断面过分肥大，超出基本三角形较多，为节省工程量，可使下游面与基本三角形一致，而将堰顶部伸向上游，将堰顶做成具有突出的悬臂，悬臂高度h1应大于H/2,H为堰上水头。溢流孔两侧的边墩应沿下游坝面延伸，做成导水墙，以防止溢流面上的水流向两侧漫溢。导水墙厚为0.52m,顶面应高出掺气后的水面1.0m以上。3 泄水重力坝的抗空蚀设计通常水体內存在许多肉眼看不见的空化核，当水体流动时，若某点的压力降至饱和蒸汽压强，空化核迅速发育成空泡，这种现象称为空化。当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡在内外压力差的作用下，迅速溃灭、消失。空泡在溃灭时所产生的压力很大，可达几千个大气压。如果空泡发生在紧邻溢流坝面或泄水孔孔壁，使其产生破坏，这种现象称为空蚀。国内外的工程运行经验和试验表明，当溢流坝面和泄水孔壁流速超过20m/s时，就有可能发生空蚀破坏。常用水流空化数来判别高速水流是否会使建筑物发生空蚀。水流空化数估算公式如下 =h0+hd-hv/v02/(2g)为空化系数，无量纲；h0为计算断面处的冻水压力水头，m；hd为计算断面处的大气压力水头，m，对于不同高程按（10.33-/900）估算，即相对于海平面每增加高度900m，较标准大气压力水头降低1m，为海平面以上的高程；hv为水的汽化压力水头，m，对于不同的水温可参照表；v02 /(2g)为计算断面处的平均流速水头，m。按上式按上式计算计算得到的值越小，表明越容易引起空蚀。总之，在高速水流作用下的过水表面，应严格控制不平整度，精心施工，尤其在易发生空蚀的闸门槽底槛及其下游侧、闸墩下游端附近坝面、变坡段、反弧起点、紧邻反弧终点的下游水平段和其他边界条件变化地段，更应注意。4 溢流重力坝的消能方式通过溢流坝下泄的水流，具有很大的能量，如不加处理，必将冲刷下游河床，威胁建筑物的安全或其他建筑物的正常运行。溢流坝的消能方式有底流式、挑流式、面流式、宽尾墩联合消能、窄缝式挑流等多种。底流式消能主要是利用在消力池內产生的底流式水跃消能，在水头中等或较低、下游水深合适的闸坝中，常采用这种方式，但不宜用于排冰或排漂；挑流消能是利用溢流坝反弧段的鼻坎将下泄水流射到空中，利用水流扩散、掺气以及与水垫的摩擦、撞击而消能 ，这种方式较适用于落差和流量较大、下游有一定水垫深度、基岩条件良好的情况，在我国采用较多。当坝基有延伸至下游的缓倾角软弱夹层面时，挑流形成的冲坑有可能危及大坝的稳定或岸坡可能被冲塌而危及坝肩稳定时，则不宜采用挑流式。消能方式主要有面流消能、消力戽消能、宽尾墩联合消能、宽窄挑流消能。