非溢流重力坝设计知识

非溢流重力坝设计知识
重力坝的基本断面一般是指在水压力(水位与坝顶齐平)、自重和扬压力等主要荷载作用下，满足稳定、强度要求的最小三角形断面。

★一、设计原则：（一）满足稳定和强度要求；（二）工程量少；（三）便于施工；（四）运用方便。

二、基本剖面
（一）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。

1.规律：①施工运用方便多做成a=90；②f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（上游坡）； 2.一般情况,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
（一）坝顶宽度（课本49页）；（二）坝顶高程（课本49页）；（三）剖面选择（课本51页）
（四）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。

四、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。

（一）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。

1.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
★③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。

2.溢流面中间直线段；
3.溢流坝下游反弧段半径；
4.溢流坝剖面布置
五、溢流坝孔口设计
（一）孔口设计涉及因素 （二）设计步骤
（三）孔口型式
1.坝顶溢流式
优点：①闸门承受的水头较小，孔口尺寸可以较大； ②闸门全开时，下泄流量与堰顶水头H 03/2成正比，超泄能力强； ③闸门在顶部，操作方便，易于维修，安全可靠； ④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。

3.孔口尺寸 :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；④q 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。

4.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.
5.堰流孔口的总宽度决定于总泄量和单宽流量（q ）。

★①单宽流量q 的确定。

L Q q 溢
L-溢流段净宽 ②溢流孔口下泄量确定
（课本54页）
★六、溢流重力坝的消能防冲设施
（一）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。

（二）底流式消能（课本55页）
1.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）。

2.护坦结构：①护坦的作用：保护河床不受高速水流的冲刷；②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；③厚度：满足稳定要求；④材料：采用抗蚀耐磨砼。

（三）挑流消能（适用于基岩比较坚固的高、中坝）（课本55页）
（四）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）。

（五）消力戽消能（适用：尾水深、变幅小、无航运要求，下游河岸有一定抗冲能力）。

★七、下游折冲水流及其防止
（一）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。

（二）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：①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；②运用管理，闸门均可开启，或对称开启；③布置导流墙。