水工建筑物IP课件PPT第4讲

1、底 流 消 能挑 流 消 能面 流 消 能消 力 戽消消 能能 工工 的的 形形 式式挑流消能挑流消能 是在泄水重力坝坝趾处设置挑流坎，把高速是在泄水重力坝坝趾处设置挑流坎，把高速水流挑射到下游空中，然后扩散的掺气水流跌落水流挑射到下游空中，然后扩散的掺气水流跌落到坝下游河道内，在尾水水深中发生漩涡、冲击、到坝下游河道内，在尾水水深中发生漩涡、冲击、掺搅、紊动、扩散、剪切，以消除能量。跌落的掺搅、紊动、扩散、剪切，以消除能量。跌落的水流冲刷河床，形成冲刷坑，在冲刷坑中水流继水流冲刷河床，形成冲刷坑，在冲刷坑中水流继续消能。续消能。挑流消能挑流消能 一般适用于坚硬岩基上的高、中坝。一般适用于坚硬

2、岩基上的高、中坝。挑流消能设计的主要内容有：选择鼻坎形式，挑流消能设计的主要内容有：选择鼻坎形式，确定鼻坎高程、反弧半径、挑角，计算挑距确定鼻坎高程、反弧半径、挑角，计算挑距和下游冲刷坑深度。和下游冲刷坑深度。鼻坎挑射角度一般为；鼻坎鼻坎挑射角度一般为；鼻坎反弧半径一般采用，为鼻坎反弧半径一般采用，为鼻坎上水深。鼻坎坎顶高程应高出下游水位，上水深。鼻坎坎顶高程应高出下游水位，一般以一般以1 12m2m为宜。为宜。水舌挑射距离按水舌外缘计算为：水舌挑射距离按水舌外缘计算为：挑流消能挑流消能2520hR)108(h)(2sincoscossin121221121hhgvvvgL 冲坑深度的估算公式

3、：冲坑深度的估算公式： 式中：式中： 水垫厚度，自水面算至坑底；水垫厚度，自水面算至坑底； 单宽流量；单宽流量； 上、下游水位差；上、下游水位差； 冲坑系数。冲坑系数。挑流消能挑流消能25. 05 . 0HkqtKKtHqk底流消能底流消能 是通过水跃，将泄水建筑物泄出的急流转变是通过水跃，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式。消能主要为缓流，以消除多余动能的消能方式。消能主要靠水跃产生的表面旋滚与底部主流间的强烈紊动、靠水跃产生的表面旋滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用。剪切和掺混作用。底流消能底流消能具有流态稳定、消能效果较好，对地质条件具有流态稳定、消能效果较

4、好，对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，可适应高、中、低水头。但护坦较长，土石方开可适应高、中、低水头。但护坦较长，土石方开挖量和混凝土方量较大，工程造价较高。挖量和混凝土方量较大，工程造价较高。底流消能底流消能既适用于坚硬岩基，也适用于较软弱或节理既适用于坚硬岩基，也适用于较软弱或节理裂隙较为发育的岩基。裂隙较为发育的岩基。 底流消能设计是在给定的泄流量和相应的上、底流消能设计是在给定的泄流量和相应的上、下游水位条件下，选定合适的护坦高程和护坦长下游水位条件下，选定合适的护坦高程和护坦长度。消力池的长度取决于水跃长度，一般为平底度。消

5、力池的长度取决于水跃长度，一般为平底自由水跃长度的自由水跃长度的70%70%80%80%。底流消能底流消能 消力池的长度取决于水跃长度，一般为平底消力池的长度取决于水跃长度，一般为平底自由水跃长度的自由水跃长度的70%70%80%80%。消力池的深度：消力池的深度：式中：式中： 跃后共轭水深；跃后共轭水深； 下游水深；下游水深； 淹没度。淹没度。hhd h h面流消能面流消能利用鼻坎将主流挑至水面，在主流下利用鼻坎将主流挑至水面，在主流下面形成旋滚，旋滚流速较低，而且系沿河面形成旋滚，旋滚流速较低，而且系沿河床流向坝趾，河床一般不需加固，但需注床流向坝趾，河床一般不需加固，但需注意防止水滚裹挟

6、石块，磨蚀坝脚地基。意防止水滚裹挟石块，磨蚀坝脚地基。面流消能面流消能适用于下游尾水较深，流量变化范围适用于下游尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅不大，或有排冰、漂木要较小，水位变幅不大，或有排冰、漂木要求的情况。一般不需要作护坦。求的情况。一般不需要作护坦。消力戽消能消力戽消能 挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内产生旋涡，经鼻坎将水舌，水流在戽内产生旋涡，经鼻坎将高速的主流挑至水面。高速的主流挑至水面。消力戽消能消力戽消能适用于尾水较深，流量变化范围较适用于尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅不大，或有排冰、漂木要小，水位变幅不大，或有排冰、漂木要

7、求的情况。一般不需要作护坦。求的情况。一般不需要作护坦。消力戽设计的主要内容是：确定反消力戽设计的主要内容是：确定反弧半径、戽坎高度和挑射角度。弧半径、戽坎高度和挑射角度。空化和空蚀空化和空蚀 在自然条件下，水体中含有许多很小的气核，在自然条件下，水体中含有许多很小的气核，当过坝水流中某点的压力降至饱和蒸汽压强，气核当过坝水流中某点的压力降至饱和蒸汽压强，气核迅速膨胀为小空泡，这种现象称为空化。迅速膨胀为小空泡，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，空当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡遭受压缩而溃灭，由于溃灭时间极为短暂（一般泡遭受压缩而溃灭，由于溃灭时间极为短暂（一般

8、只有千分之几秒），会产生一个很高的局部冲击力只有千分之几秒），会产生一个很高的局部冲击力（可达几千个大气压）。若空泡溃灭发生在靠近过（可达几千个大气压）。若空泡溃灭发生在靠近过水坝面，局部冲击力大于材料的内聚力时，可使坝水坝面，局部冲击力大于材料的内聚力时，可使坝面遭受破坏，这种现象称为空蚀。面遭受破坏，这种现象称为空蚀。泄水建筑物常见的空蚀部位泄水建筑物常见的空蚀部位水流脉动对建筑物的影响水流脉动对建筑物的影响u引起结构的振动，甚至产生共振现引起结构的振动，甚至产生共振现象。象。u脉动压强大时，计算结构荷载时应脉动压强大时，计算结构荷载时应考虑。考虑。u脉动可使负压增大，从而增大了发脉动可使负压增大，从而增大了发生空蚀的可能性。生空蚀的可能性。掺气和冲出波的影响掺气和冲出波的影响掺气掺气：使水深增大，在确定溢流坝边：使水深增大，在确定溢流坝边墙高度和无压深式泄水孔的高度时应墙高度和无压深式泄水孔的高度时应该考虑其影响。该考虑其影响。冲击波冲击波：影响：影响溢流面上溢流面上水流的流态。水流的流态。坝体混凝土分区坝体混凝土分区混凝土抗渗标号的最小允许值混凝土抗渗标号的最小允许值项项次次 结结构构类类型型及及运运用用条条件件 抗抗渗渗标标号号 1 大大体体积积混混凝凝土土结结构构的的下下游