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同学们好

本节课我们学习拱坝的坝身泄水

与重力坝类似

拱坝工程也需要考虑泄水问题

拱坝的泄水可以布置在坝外

也可以与坝体结合

一般来说

除地形条件有明显适合

修建坝外泄洪通道的情况

应优先采用坝身泄洪

早期的拱坝

由于对在较薄的坝体上

开设孔洞所引起的应力问题较为担忧

因此一般不在坝身开孔

如图所示竣工于1936年的胡佛拱坝

坝身不开孔

其泄水任务由两岸泄洪洞和导流洞完成

随着坝工建设技术的进步

人们逐渐意识到拱坝的超静定结构特征

在坝身开孔所引起的应力变化可通过拱

梁系统的应力调整来缓解

对坝体安全的影响可以得到控制

因此

现代拱坝多以坝身泄洪为主

如图所示的小湾拱坝即在坝体

上部、中部、下部开设了多个泄水孔

以承担泄水任务

通过拱坝坝身泄水的方式有两大类

第一类为表孔泄流

包括自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式

以及下游坝面溢流式

第二类为坝身泄水孔式

包括中孔、底孔泄流

以下分别详述

1、自由跌流

如图所示

对于比较薄的双曲拱坝或小型拱坝

下游基岩良好

单宽流量较小的情况

可采用由坝顶自由跌流的泄水型式

由于下落水舌距离坝脚较近

坝下必须有防护设施

以免坝脚受到淘刷而影响坝体稳定

另外

坝顶的溢流堰可设置或不设闸门

需根据淹没及运行条件确定

2、鼻坎挑流

如图所示

在溢流堰顶曲线末端以反弧段连接

成为挑流鼻坎

使得下泄水流的落点远离坝脚

减小对坝体稳定的影响

鼻坎的挑角一般采用0~25°

同重力坝类似

可采用连续、差动式等异形挑坎

促进水流的扩散、摩擦、消能

鼻坎挑流方式在高拱坝

大泄量的情况下采用较多

如图所示为贵州黄花寨碾压混凝土双曲拱坝

最大坝高110m

坝顶溢流表孔共设3 孔

采用WES型实用堰

最大下泄流量1630m3/s

采用挑流消能

贵州乌江上的东风拱坝如图所示

为抛物线双曲薄拱坝

最大坝高162.3米

厚高比0.163

是亚洲最薄的拱坝

在坝体5、7、9号坝段设3个表孔

6、8、10号坝段设3个中孔

表孔出口为连续挑流鼻坎

挑角14°

最大泄量2250m3/s

坝身中孔按二大一小布置

采用突扩跌坎窄缝消能

最大泄量2621 m3/s

由于河床狭窄

还在左岸布置了1条无压泄洪隧洞和1条溢洪道

使下泄洪水沿河道纵向拉开

分散落点

充分消能

减轻冲刷

如图所示为雅砻江二滩拱坝的坝身泄水孔布置

其表孔挑流采用差动跌坎+分流齿的设计形式

表孔共7孔

每孔单宽11m

设计流量6300m3/s

广东流溪河拱坝如图所示

混凝土双曲拱坝最大坝高78m

在坝身设置7个溢流表孔

采用差动式高低鼻坎挑流消能方式泄洪

第3种泄水方式是滑雪道式

该方式为拱坝特有的一种泄洪方式

其泄槽为坝体以外的结构

可左、右岸对称布置

形成对冲消能

也可以置于坝后的厂房顶部

或放置在专门的支撑结构上

滑雪道可将泄水挑流至远离坝脚的下游河道

适用于泄量大、较薄的拱坝

但滑雪道的曲线形状、鼻坎尺寸等

需适应水力学条件

否则易产生空蚀破坏

例如

如图所示的湖南省东江混凝土双曲拱坝

在两岸均设置滑雪式溢洪道

左岸泄槽1条

右岸泄槽2条

且在出口采用窄缝挑流消能

另外

还设置左岸放空兼泄洪洞1条

右岸泄洪洞1条进行辅助泄洪

广东省泉水双曲薄拱坝如图所示

最大坝高80m

厚高比0.11

是国内已建成同类拱坝中最薄的一座

采用左右岸对称布置的滑雪道泄洪

鼻坎挑流

在平面上形成对冲消能

最大泄量1500m3/s

落水点距离坝脚约110m

贵州修文水电站混凝土单曲拱坝

高49m

滑雪道式泄洪道固结于坝顶

并简支于厂房顶的排架之上

采用厂房顶泄洪的方式

第4种泄水方式是坝面溢流

如图所示的重力拱坝

可采用水流沿坝面下泄

经鼻坎挑流或底流水跃的消能方式

当下游有厂房时

也可在厂房顶溢流

或挑流越过厂房顶

如图所示的白山重力拱坝

最大坝高149.5m为单曲三心圆拱坝

在坝体中央设置4个溢流表孔

和3个泄洪中孔

表孔、中孔相间布置

表孔下泄的水流经下游坝面后

通过尾部跌坎掺气消能

除以上几种通过表孔泄水的方式外

拱坝还常在中部

底部开设坝身孔洞用以泄水

其中

中孔多用于泄洪

底孔多用于放空、辅助泄洪

排沙、施工导流等

因中孔、底孔的进口淹没在水下

一般为压力流

流速较大

挑射距离较远

孔身可做成如图所示的水平或上翘式

也可做成下弯式

其后连接滑雪道式泄槽

泄水孔大多在出口布置弧形工作闸门

便于布置启闭设备

在出口局部可以加厚坝体以改善应力

由于拱坝较薄

中孔断面一般采用矩形

为使孔口出流为压力流

避免发生负压

一般将出口断面缩小

出口高约为孔身高度的70%~80%

对于底孔

淹没较深

考虑闸门的启闭

孔口尺寸不能太大

薄拱坝多采用矩形断面

较厚的重力拱坝可采用圆形断面

以渐变段与闸门段的矩形断面相连接

上述介绍了拱坝的几种泄水方式

下泄水流进入下游河道时

需避免下游河床及岸坡受到冲刷

因此会需要考虑消能防冲的问题

拱坝的消能方式主要有

跌流消能、挑流消能、底流消能

对于跌流消能

如图所示

其关键在于下游有足够的水垫厚度

可采用戽斗或二道坝的型式抬高下游水位

降低下跌水流对河床的冲刷

挑流消能

对于拱坝

其泄水向心集中

可采用空中对冲消能

但必须使两侧闸门同步开启

避免射流直冲对岸

也可以采用如图所示的高低差动挑坎

使上、下水股对撞消能

图示的小湾双曲拱坝

在坝身设5个开敞式溢流表孔

6个泄水中孔和2个放空底孔

采用表孔、中孔对撞消能

为使空中对撞消能达到最佳效果

将下泄水舌纵向分层拉开

横向单体扩散

充分利用双层水舌空中碰撞

和射流入水形成的正反两个方向的旋滚

使得下泄能量大部分在水垫塘内耗散

第3种是底流消能

对于重力拱坝

有的采用底流消能

如图所示的萨扬重力拱坝

采用下弯形中孔

泄流沿下游坝面流入

设有二道坝的消力池内

通过水跃进行底流消能

本节课以上讲述了拱坝的坝身泄水

及其消能防冲问题

至此

我们完成了拱坝一章的学习

下面对本章进行简要小结

首先

概述中

我们学习了拱坝的工作特点

依靠拱、梁系统承担荷载

其稳定主要依靠坝肩

并学习了拱坝的几种分类方法

包括按照厚薄程度

按照曲率等进行分类

然后学习了拱坝的荷载及其组合

拱坝的主要荷载与重力坝的

不同之处在于温度荷载

另外

由于拱坝体形、施工方式和工作特点的不同

其自重及水推力的作用方式也有所差异

关于拱坝的体形

介绍了中心角、拱圈型式

及拱冠梁剖面尺寸的确定方法

需要重点理解拱圈中心角的大小

对于坝体应力和拱端岩体稳定性的影响

以及工程中采用不同拱圈型式的深层原因

在拱坝的抗滑稳定分析中

了解了拱坝的失稳模式

学习了改善拱坝坝体和坝肩稳定性的措施

拱坝的应力分析

重点是纯拱法和拱梁分载法

需要理解两种方法的计算原理

计算过程及其计算结果的差别

拱坝的材料与构造中

重点学习了拱坝的横缝

分缝方式及其接缝灌浆

关于拱坝的坝基处理

重点是固结灌浆和帷幕灌浆

同样需要注意与重力坝的异同

最后是拱坝的坝身泄水

重点学习自由跌流、鼻坎挑流

滑雪道式和孔口泄流几种方式各自的特点

关键问题及其适用情况

总体来看

拱坝与重力坝在有些方面是相似的

但是因体形、工作特点等方面有本质不同

在多个方面与重力坝也存在巨大的差异

因此

本章的学习需要重视与重力坝的对比分析

本章就到这里

谢谢大家