《岩基上的重力坝》PPT课件.ppt

,第二章 岩基上的重力坝 第一节 概述 一、重力坝的工作原理及特点 岩基上重力坝的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂直的或稍倾向上游的三角形断面。 主要依靠坝体的重量，在坝体和地基的接触面上产生抗滑力来抵抗库水的推力，以达到稳定的要求。,重力坝典型布置参见三门峡水电站鸟瞰图、万家寨水电站鸟瞰图、朱庄水库砌石重力坝。 重力坝的优点及缺点： 优点： 1、安全可靠。但剖面尺寸较大，抵抗水的渗漏，洪水漫顶，地震或战争破坏的能力都比较强，因而失事率较低。 2、对地形、地质条件适应性强，坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，低坝甚至可修建在土基上。 3、枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置。,4、施工方便，便于机械化施工。 5、结构作用明确，应力计算和稳定计 算比较简单。 缺点： 1、剖面尺寸大，水泥石料等用量多。 2、坝体应力较低，材料强能充分发 挥。 3、扬压力大，对稳定不利。 4、砼体积大，温控要求较高。,第二节 重力坝的荷载及组合 作用于得力坝的主要荷载有：自重；静水压力；扬压力；动水压力；冰压力；泥沙压力；浪压力；地震力；温度及其他荷载。 一、自重 坝体自重由坝体体积和材料的容重算出。初步设计时可取砼c=24KN/m3，施工详图阶段由现场砼试验决定，当计算深层滑动时，还应考虑岩体的自重。,二、静水压力 作用在坝面上的静水压力可按静水力学原理计算，分为水平及垂直力分别进行计算。 水平力：P1=(1/2)rH12 P4=(1/2)rH22 垂直力：P2=(1/2)rnH12 P3=(1/2)rmH22,三、扬压力 1、坝底扬压力，形成原因：上下游水位差；砼、岩石都是透水材料。 由于基岩节理裂隙很不规则，难以求出坝底扬压力的准确分布，故通常加定扬压力从坝踵到坝趾成直线变化。 为扬压力折减系数与岩体的性质和构造，帷幕深度和厚度，灌浆的质量，排水孔的直径、间距、深度等有关。 规范规定：河床坝段=0.2-0.3 岸坡坝段=0.3-0.4,2、坝身扬压力（见下右图）。 坝身排水管折减系数3=0.15-0.3,四、动水压力 在溢流面上作用有动水压力，坝顶曲线和下游面直线段上的动水压力很小，可忽略不计。只计算反弧段上的动水压力。 计算时假定水流为匀速流，流速为V，如果忽略水重W，侧面水压力F1和F2，则可以直接由动量议程求出作用于整个反弧上的水压力水平分量。 PH=rqV(Cosa2-Cosa1)/g 垂直分量：取V1V2 Pv= rqV（Sin1+ Sin2）/g,五、冰压力 1、静冰压力 2、动冰压力 六、泥沙压力 水库蓄水后，入库水流挟带泥沙，逐年淤积在坝前，对坝面产生泥沙压力。 淤积高程，根据河流的挟沙量和规定的淤积年限进行估算，年限可取50-100年。 按土力学公式计算，参照一般经验取数据,Pn=nhntg2(45-x/2) Pn-泥沙对上游坝面压力强度 hn-计算点以上淤沙厚度,七、浪压力 浪压力与风速和水库吹程有关。中等高度以上的重力坝，浪压力在荷载中所占比重较小，通常忽略。 重力压上游面多为铅直（或接近铅直），当波浪推进到坝前。由于坝面的反射作用产生驻波，波高为4Ll，而波长保持不变。 具体公式见书 八、地震荷载 根据水工建筑物抗震设计规范地震惯性力和地震动水压力的计算，一般采用“拟静力法”，对高度大于150m的坝，宜进行动力分析。,九、荷载组合 作用在坝上的荷载，按其性质分为基本和特殊两种组合。 1、基本荷载： （1）坝体及设备自重 （2）正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力 （3）对应于（2）的扬压力 （4）泥沙压力 （5）相应的浪压力,（6）冰压力 （7）土压力 （8）相应于设计洪水位时的动水压力 （9）其他出现机会较多的荷载 2、特殊荷载（频率低，作用时间短） （10）校核洪水位 （11）相应的扬压力 （12）相应的浪压力 （13）相应的动水压力 （14）地震荷载 （15）其他出现机会较少的荷载,第三节 重力坝的稳定分析 重力坝主要依靠自身重力维持稳定。因此抗滑稳定分析是设计中的重要课题。 重力坝可能沿坝基平面滑动，也可能沿地在中缓倾角断层或软弱夹层滑动。 按照目前的设计方法，高度H小于100m的重力坝，控制剖面尺寸常常的稳定而不是应力。 目前的计算公式大都是半径验性的，因为影响因素很多。Ks=f(W-U)/ P,b、滑动面倾向上游时： Ks=f(WCos-U+PSin)/ ( PSin+WCos) 公式评价：本公式不考虑凝聚力，偏于安全，凝聚力作为安全储备，所以规定的安全系数较低。,（二）抗剪断公式 假定：认为砼与基岩接触良好，直接采用接触面上的抗剪断参数f和c。 公式：Ksf(W-U)+C”A/ P 安全系数Ks,设计规范规定：不分等级 基本荷载组合：采用3.0 特殊荷载组合：（1）采用2.5；（2）采用不小于2.3。,二、深层抗滑稳定分析 深层滑动：地基内往往存在着较弱夹层或缓倾角断层，坝体档水后，有可能沿这些薄弱面产生滑动，就叫做深层滑动。 目前尚无成熟的方法： （1）单斜面深层滑动的计算 （2）双斜面深层滑动（图见下页） 三、岸坡坝段的稳定分析 坝体在自重的作用下有沿岸坡下滑的趋势，加上坝体上游面的水压力，构成三维受力。,四、提高坝体抗滑稳定性的工程措施 （1）利用水重 （2）将坝基开挖成倾向上游的斜面 （3）在坝踵下设齿墙 （4）抽水措施 （5）加固地基 （6）利用预应力,第四节 重力坝的应力分析 目的： 1、为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求； 2、为解决设计和施工中的某些问题，如砼分区，某些部位的配筋等提供依据。 应力分析的过程： 1、进行荷载计算及荷载组合 2、选择合适的方法进行应力计算 3、检验大坝各部位的应力是否满足强度要求,一、应力分析方法综述 （1）模形试验方法 （2）材料力学方法 （3）弹性理论的解析方法 （4）弹性理论的差分方法 （5）弹性理论的有限单元法,二、材料力学方法 （一）基本假定 1、坝体砼为均质，连续各向同性的弹性材料。 2、取单宽坝体作为固结在地基上的悬臂梁计算，且不受两侧坝体的影响。 3、水平断面上的垂直正应力y是直线分布。 （二）边缘应力的计算 1、水平截面上的正应力yu、yd。 2、剪应力u和d。,坝体应力计算图,3、水平正应力xu和xd。 4、主应力1u，2u和1d，2d。 （三）内部应力的计算 1、坝内水平截面上的正应力y假定和y在水平截面上直线分布。 2、坝体内剪应力。 3、坝内水平正应力x。 4、坝内主应力1和2。 5、考虑扬压力时的计算方法。,（四）强度指标 用材料力学分析坝体应力时，重力坝设计规范规定的强度指标。 1、坝基面的y应符合下列要求 （1）运用期：在各种荷载组合下（地震荷载除外） （2）施工期 2、坝体应力要求 （1）运用期 （2）施工期,三、各种因素对坝体应力的影响 坝体应力的实际分布情况比较复杂，受很多因素影响。 1、地基变形模量对坝体应力的影响（如图）,2、地基变形弹模对坝体应力的影响 3、坝体异弹模对坝体应力的影响 4、纵缝对坝体应力的影响 5、分期施工对坝体应力的影响(见下图) 6、坝踵断裂对坝体应力的影响,第六节 重力坝的剖面及优化设计 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a90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a90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=90 2）f较低时，为满足稳定，减小a角，利用水重 3）工程经验 m=0.60.8（下游坡） n=00.2（上游坡）,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 坝顶高度=设计洪水位+h,四、大坝优化设计 即在给定荷载条件下采用最经济、最合理的设计 （一）优化设计方法分类 1、传统重复设计法 2、准则法 3、数学法 求解：直接最优法：（试验最优法）直接对目标函数进行比较，以逐步达到最优；间接最优法：（分析最优法）把研究对象用数学方程描述，运用数学解析法求其最优解。,（二）结构优化设计包括的内容： 、规定描述坝体体形的设计参数 、建立目标函数 、确定约束条件 、选择求解方法,第七节 重力坝的温度控制及裂缝的防治 一、坝体温度的变化情况 二、施工期的温度应力 （一）地基约束引起的应力 （二）内部温差引起的应力,三、重力坝的温度裂缝及防治措施 （一）控制浇筑块的温度和湿度 （二）提高浇筑的质量和抗裂性能 （三）设置横纵缝,第八节 重力坝的地基处理 重力坝失事有40%是因为地基问题造成的。 地基处理主要包含两个方面的工作：一是防渗，二是提高基岩强度。 一坝基的开挖与清理 目的：使坝体坐落在稳定坚固的地基上。 规范规定：70m的高坝，必须建在新鲜、微风化或弱风化的岩石上。 3070m的中坝，必须建在微风化或弱风化的岩石上。同一工程中，两岸较高部位的坝段，可比河床段适当放宽。,二坝基的固结灌浆 目的：提高基岩的强度和整体性，降低地基的透水性。 固结灌浆设计内容： 决定灌浆范围：高坝或岩基裂隙发育，全坝基灌浆；一般情况下在坝踵坝趾处灌浆（为什么？）。 灌浆孔的深度：一般58m；帷幕上游区815m 灌浆孔的间距：孔距、排距 36m 灌浆孔的排列形式：平面上作梅花形或方格形。,灌浆孔的钻孔方向：与主要裂隙面正交。 灌浆的压力：在不扰动基岩的前提下尽量大。 无混凝土盖重时为0.20.4MPa 有混凝土盖重时为0.40.7MPa 三帷幕灌浆 目的：降低渗水压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减小坝基渗透水量。 灌浆材料：水泥浆、化学灌浆,四坝基排水 目的：进一步降低坝底面的渗透压力。 设置：1.设于防渗帷幕后 2.有时设有坝基面排水。 五断层、软弱夹层和溶洞的处理,第九节 重力坝的材料及构造 一混凝土 水工混凝土除要求有足够的强度以外，还有有一定的抗渗性、抗侵蚀性、抗冻性、抗磨性和低热性等。 （一）混凝土的强度指标 按抗压强度，水工混凝土分为75、100、150、200、250、300及400等标号，75#混凝土只能用在某些不重要的、应力很小的部位，仅作回填及压重用。,坝体混凝土的抗压龄期一般可取为90天，最多不超过180天。坝体混凝土的抗拉龄期一般可取为28天，一般不采用后期强度。 （二）混凝土的耐久性 包括抗渗。抗冻，抗磨和抗侵蚀等。（见教材 略） 二、坝体混凝土分区（图见下页） 原因：坝体各部分工作条件不同，为了节约和合理使用水泥，通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区，采用不同标号。,为了便于施工，应尽量减少标号的类别，相邻区的强度标号不宜超过两极，免引起应力集中或产生温度裂缝。分区的厚度一般不得小于2-3米，以便浇筑。 坝体对各区混凝土性能的要求（表层2-13）P64 三、横缝 横缝垂直坝轴线，将坝体分成若干坝段。 重力坝横缝作用：1）减小温度应力，2）适应地基不均匀变形，3）满足施工要求（如混凝土浇筑能力及温度控制） 间距：12-20米，也有达20米,（一） 永久性横缝 常做成平面，不设键槽，不进行灌浆，各坝段独立工作。现在常是温度缝、沉降缝合二为一，故留成-2cm宽的缝。横缝内需设止水。止水材料：紫铜片，橡胶、塑料及沥青等。对于高坝应采两道止水，中间设沥青井，中低坝适当简化。 止水片及沥青井需伸入岩基一定深度，约30-50cm，井内填满沥青沙，止水井延伸到最高水位以上，沥青井需延伸到坝顶。 沿溢流面，坝体下游最高水位以下和穿越横缝的廊道和孔洞周边均需设止水井。,（二） 临时性横缝 主要用于下述情况: （1）河谷狭窄，做成整体重力坝可适当发挥两岸的支撑作用，有利于坝体的强度和稳定。 （2）岸坡较陡的各坝段连成整体可以改善岸坡的稳定性。 （3在软弱破碎带上的各坝体，连成整体增加坝体刚度。 （4）强地震区，如坝段连成整体，可提高坝体的抗震性能。,临时横缝的缝面键槽和灌浆系统: 为增加缝面的水平向抗剪能力时,键槽竖向布置。 为增加缝面的铅直向抗剪能力时,键槽水平向布置。 临时竖缝灌浆高度视坝高和传力的需要而定，可全部灌，也可局部灌。,（三） 坝体与基岩面的连接 意义：连接必须紧密，以免发生渗漏，影 响坝体稳定。 作法：基岩横向坡（对岸方向）缓于1:2时，坝体浇筑后利用帷幕灌浆对接触灌浆封实；当横向坡陡于1:2时，设接触面止水，在基岩中挖槽嵌入止水片；当横向坡陡于1:1时，按临时横缝处理，在接触面上布设灌浆系统，沿周围嵌入止水片，待混凝土冷却后进行接缝灌浆。,四、纵缝 平行于坝轴线方向设的缝。 目的：适应混凝土的浇筑能力和减小施工期的温度应力。 纵缝是临时缝，待坝体降到稳定温度后 进行接缝灌浆。 纵缝布置形式：铅直、错缝、斜缝。 不设纵缝通仓浇注 （一）铅直纵缝 间距1530m。为了使缝面更好地传力， 设三角形键槽。槽面大致顺主应力方向。,为保证坝面的整体性，铅缝面布设灌浆系统。待坝体温度冷却到稳定温度，坝块收缩，缝的张开度达到0.5mm以上时进行灌浆，缝四周设止水片。 灌浆压力太高会使坝块底部产生过大的拉应力，使坝体破坏。太低又不能保证灌浆质量。一般进浆管压力0.350.45Mpa(0.350.45kg/cm2)，出浆管压力0.20.25Mpa 纵缝两侧的坝块可以单独上升，丹高差不宜太大。若高差太大，后浇混凝土的温度和干缩变形，造成灌浆面的挤压和剪切，影响纵缝灌浆，反过来对后浇混凝土块键槽出现剪切裂缝。,（二）错缝 缝面不作灌浆处理。浇注块高度在基岩附近1.52m，在坝体上部不大于34m，错缝间距1015m，缝的错距不超过浇注块的一半。错缝施工简便，在低坝上使用。 （三）斜缝 可大段沿主应力方向设置，因缝面剪应力很小，可以不灌浆。斜缝须在离上游面一定距离处终止。为防止斜缝在终止处向上贯穿，须采用并缝措施：布设并缝钢筋、设并缝廊道等。施工最好使上下块均匀上升。施工复杂，较少采用。,（四）通仓浇筑 施工简便，有利于加快施工进度。坝的整体性好，是发展的方向。但是要注意温控。 五、施工缝（水平工作缝） 浇注块厚度一般为1.54.0m。在基岩表面用0.751.0m的薄层浇注，以利散热、防止开裂。上下浇注块之间常间歇37天。新混凝土浇注前，须清除缝面渣、灰尘和水泥乳膜，用风水枪或压力水冲洗，使表面成为干净麻面。再均匀铺一层23cm的水泥沙浆，然后浇注。,六、坝体排水 为减小渗水对坝体的不利影响，在靠近上游面处布设排水管。距上游面要求小于坝前水深的1/101/12，使渗透坡降在允许范围内。管距23m。管径1525cm，太小易堵塞。 排水管与廊道连接多采用直通式，且多在上游侧（使廊道干燥）。 七、廊道系统 为满足施工和适用要求（如灌浆、排水、观测、检查、交通的需要），须在坝体内设置各种廊道。这些廊道相互连通，构成廊道系统。,（一）基础灌浆廊道 设在坝踵部位。利用混凝土压重、提高灌浆压力、保证灌浆质量。 一般采用城门洞形。断面尺寸应满足灌浆作业的要求。一般底宽2.53.0m，高3.04.0m，距上游面可取0.050.1 倍水头，且布小于45m（渗透坡降问题）。廊道底面距基岩布小于1.5倍廊道宽度。廊道上游侧设排水沟，下游侧设排水孔及扬压力观测孔。 灌浆廊道沿地形向两岸逐渐升高。坡度不宜大于4045度，以便钻孔、灌浆操作和搬运灌浆设备。,（二）检查和坝体排水廊道 常在靠近坝体上游面沿高度方向隔1520m设检查廊道，最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m距上游面布小于0.050.07倍水头，且布小于3m（寒冷地区适当加厚）。上游侧设排水沟。 （三）廊道应力计算和配筋 大孔口应力分析比较复杂，须采用有限元法电算求解，或用结构试算求应力。 小孔口时，用弹性力学中平面问题（无限平板中孔口的应力计算）求解。,第十节 溢流重力坝 一、工作特点： 既挡水又泄水。除满足稳定和强度外，还须满足泄洪要求： 1.满足泄洪要求。 2.水流平顺流过坝体。布产生不利的负压 和振动，避免发生空蚀现象。 3.保证不产生危及坝体安全的冲刷。 4.不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。 5.有灵活控制水流下泄的机械设备。如闸门、启闭机等。,二、孔口设计 涉及因素很多：洪水设计标准、下游防洪要求、库水位雍高有无限制、是否利用洪水预报、过水方式以及枢纽地形、地质条件等。 设计步骤：选定泄水方式，拟定若干种泄水布置方案。初步确定空口高程、尺寸，按工程等级相应的洪水设计标准进行洪水调节演算。求出各方案的防洪库容，设计和校核洪水位及相应的下泄洪量等。然后估算淹没损失和枢纽造价，进行技术经济比较，选出最优方案。,（一）洪水标准 洪水标准，包括洪峰流量和洪水总量。是确定孔口尺寸进行凋洪演算的重要依据。选用标准见P70表214。 （二）孔口型式 1、坝顶溢流式 优点： 闸门承受的水头较小，孔口尺寸可以较大。 闸门全开时，下泄流量与堰顶水头H03/2成正比，超泄能力强。,闸门在顶部，操作方便，易于维修，安全可靠。 能排水及其他漂浮物。 堰头设闸门大中型调节库水位和下泄流量 堰头不设闸门小型结构简单，管理方便 2、大孔口溢流式：上部设胸墙，降低堰顶高程。 胸墙：固接胸墙，活动胸墙 优点：可根据洪水预报提前放水，提高了调洪能力。,2.孔口尺寸 装设闸门的溢流坝,常用闸门将溢流坝段分割成若干个等宽的溢流孔口. 确定孔口尺寸时应考虑的因素: 1满足泄洪要求 2孔口宽度越大,闸门尺寸越大,启门力越大,启门和启闭机的构造就较复杂. 3孔口高度越大,q大,溢流坝段越短;孔口宽度越小,孔数多、闸门多，溢流段总长也相应加大。 4. q大，消能困难，为了对称均衡开启闸门，以控制下游河床流态，孔口数目最好采用奇数。,（四）闸门和启闭机 闸门分为：工作、检修。 工作门：平面门和弧形门。 检修门：平面门、叠梁门。 平面门优点：结构简单、闸门受力条件较好，闸门较短，多孔口共用一台活动门机。缺点：启闭力较大，闸墩较厚。 弧门优点：启闭力小、闸墩薄、无门槽水流平顺 缺点：闸墩较长，受力条件差。 弧形门用固定式启闭机。 平面门：活动门机（工作、检修平门共用）,（五）闸门和工作桥 闸门的断面形状应使水流平顺。 上游端常采用：椭圆形，半圆形或流线 型。 上游端：采用：收缩成流线形 现有：方形 宽尾墩,（六）横缝的布置 墩中分缝：墩厚、工作可靠、不均匀沉降不影响启闭 孔中分缝：墩薄，受地基不均匀沉降影响启闭，水流过横缝，局部不平顺。,三溢流坝设计中有关高速水流的几个问题 （一） 空化和空蚀。 1基本概念：空化（空穴化）：由于边界突变造成水流和壁面分离等各种原因，在边界处产生负压使水流中某一点的压力降低到水的蒸汽压力时，水流内部开始出现蒸汽空泡，称为“空穴”即“空化”。 空蚀：当空化水流运动到压力较高处，由于汽泡的溃破，伴随着声响和巨大的冲击作用，当这种作用力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便产生剥离状的破坏，这种现象称为“空蚀”。,防蚀、抗腐的措施： 控制过水表面的不平整度。 掺气减蚀,:当流速超过36m/s时,即使采取表面平整度处理,仍可能产生空蚀,故应考虑其它安全措施。 采用抗蚀抗磨性强的材料。 （二）掺气 水自由表面产生掺气现象使水深增大。在确定溢流坝边墙高度时，应予考虑 。,（三）脉动 紊动水流均产生掺气边界条急剧变化处尤为严重，脉动对建筑物的影响。 1引起结构振动甚至共振。 2加大压强可达40%。 可能大负压，从而增大了空蚀的可能性。,（四） 冲击波 在高速水流边界发生变化处：断面扩大、收缩、转弯等，将产生冲击波。,四溢流面曲线及剖面设计 （一）溢流曲线： 组成：有较高的流量系数； 水流平顺，不产生空蚀。 溢流面常用曲线：WES曲线； 克一奥曲线。 （二）剖面设计,五消能工的设计原则及型式 1设计原则： 尽量使下泄水流的动能消耗于水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上。 不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷。 下泄水流平稳，不影响其他建筑物的运行。 结构简单，工作可靠。 工程量小，经济。 2消能工的型式：底流式、排流式、面流、消力肩。,3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。,六底流消能 （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： Qh”和Qt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。,何情况他th”,均产生淹没水跃。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） 小Q时，QQk时，th”,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）。,与相反。也用消力戽消能，消力池按最大流量设计。 （一）护坦结构 护坦的作用：保护河床不受高速水流的冲刷。 长度：底流式消能延伸致水跃末端，其他型式，也需在坝趾下游设置护坦。 厚度：满足稳定要求。上游厚，下游薄（流速小，压力大）。,为防止护坦受基岩约束产生温度裂缝、在护坦内设置温度伸缩缝，顺河向的缝与闸墩中心线对应，横向的缝间距1015m，护坦底下设排水系统（降低扬压力），护坦末端做成齿墙以防水流淘刷。 材料：采用抗蚀耐磨砼。,七、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，本消能方式优点：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。,（一）连续式鼻坎 主要优点是：构造简单，射程远，水流平顺，很少产生空蚀。 鼻坎挑射角一般=2025，深水河槽=1520。 (在45以内，角度愈大，挑射距离愈远，但入水角度也大，冲刷坑也愈深)，要求2.55.0 反弧半径R=（810）h，h鼻坎上水深。R大小，水流转向不平顺；过大时，鼻坎向下游延伸太长，增大工程量。 鼻坎高程：一般高出下游最高水位12m，现有低鼻坎挑流低于下游最高水位，如浸窝。 挑距及冲坑计算公式见P83（2-104），（2-105）。,（二）差动式挑流鼻坎 优点：使挑射水舌扩散，分成两段，相互撞击、加大掺气量，加大空中耗能，减小入水的单位面积上的能量，减小冲刷，下游波动也小些。 型式：矩形和梯形齿坎（见P84图）； 缺点：矩形侧壁易产生较大负压；梯形施工复杂。,八、面流式消能 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。,九、消力戽 适用：尾水深、变幅小、无航运要求，下游河岸有一定抗冲能力。 特点：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能方式。它是利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使从溢流坝下游的高速水流在戽斗内产生激烈的表面旋滚，并使出戽的高速水股在底部及尾水中均产生旋滚，以达到较好的消能效果。30年首先在美国大苦力坝中采用，我国安康采用。 优点：工程量较消力池小，冲刷坑比挑流式浅，不存在雾化问题； 缺点：下游水面波动大，易冲刷岸坡，不利航运，戽面磨损率高，增大了维修费用。,十、下游折冲水流及其防止 发生原因：开启部分泄水孔，下游水流不能迅速在平面上扩散，在主流两侧容易形成回流，主流受到压缩，使水流单宽流量增加，流速在长距离内不能降低，引起河床冲刷。如两侧回流强度不同，水位不同，还可将主流压向一侧，形成折冲水流。 危害：（详见下页）,危害： 1、冲刷河床和河岸； 2、影响航运； 3、电站尾水形成回流，抬高尾水，损失电能（落差减小），采取防止措施： 布置上，尽量使溢流坝下游水流与原河床主流位置方向一致； 运用管理，闸门均可开启，或对称开启； 布置导流墙。,第十一节 重力坝深式泄水孔 一、作用及工作条件 进口高程常接近死水位或靠近河床。 作用： 预泄库水，增大水库的调蓄能 力； 放空水库，以便检修； 排放淤泥，减少淤积； 随时放水，以满足航运和灌溉的要求； 施工导流。,工作条件： 孔内水流流速高，易产生负压，空蚀和振动； 闸门在水下，承受的压力大，检修困难。 二、型式及布置 按水流条件分：有压的、无压的； 按高程分：中孔、底孔； 按布置层数分：单层、多层。,1、有压泄水孔 工作闸门布置在出口，可以部分开启，出口低，利用的水头大，断面尺寸较小。 缺点：闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力对坝体应力和防渗都不利，常需钢板衬砌。为此进口处设置事故检修闸门、平常用来挡水。 2、无压泄水孔 工作闸门布置在进口，为形成无压水流，需在闸门后将断面顶部升高。（工作闸门前仍为有压段）,优点：闸门可以部分开启，明流段不用钢板衬砌，施工简便，干扰少，有利于加快速度进度。 缺点：断面尺寸较大，削弱坝体。 国内重力坝多采用无压泄水孔。 3、双层泄水孔 受闸门结构及启闭机的限制，深式泄水孔的断面面积不能太大，为了增大泄流量，可将泄水孔做成双层的（或将泄水孔布置在溢流坝段）。,注意的问题： 双层泄水时对下层泄水孔泄流能力的影响； 在尾部上、下层水流交汇处可能产生空蚀。 深式泄水孔：水流流速高，边界条件复杂，应十分重视体形设计，如进口曲线，闸门槽的型式，渐变段、竖向连接等，并注意施工质量。,三、进口曲线 应满足： 减少局部损失，提高泄水能力 控制负压，防止空蚀。 进口曲线：顶部、两侧常用四分之一椭圆，底部常用园弧。 椭圆方程：X2/A2+Y2/(aA)2=1 断面：矩形：顶面曲线，A为孔高，为1/31/4 两侧曲线，A为孔高，=1/4 园孔： A为直径，=0.30 进口段的孔口中心线，一般布置成水平的。,四、闸门和闸门槽 深孔常用的闸门也是平面和弧形闸门。 平面闸门槽是最易产生负压和空蚀的地方。 为减免门槽空蚀，试验结果表明，矩形收缩型门槽较好。 图2-94（b）、（c） （9.90）,五、管身 有压泄水孔一 般采用圆形断面，圆形过水能力较大，管周应力条件也好，为防渗和满足应力要求：管周需布设钢筋，有时采用