第二章重力坝

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：①自重；②静水压力；③扬压力；④动水压力；⑤冰压力；⑥泥沙压力；⑦浪压力；⑧地震力；⑨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γc=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)rH12P4=(1/2)rH22

垂直力：P2=(1/2)rnH12P3=(1/2)rmH22

三、扬压力1、坝底扬压力，形成原因：①上下游水位差；②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。α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α=0.2-0.3岸坡坝段α=0.3-0.42、坝身扬压力（见下右图）。坝身排水管折减系数α3=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V1≈V2Pv=rqV（Sinф1+Sinф2）/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=γnhn­tg2(45°-Φx/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水库吹程有关。中中等高度以上的重重力坝，浪压力在在荷载中所占比重重较小，通常忽略略。重力压上游面多为为铅直（或接近铅铅直），当波浪推推进到坝前。由于于坝面的反射作用用产生驻波，波高高为4Ll，而波长保持不变。。具体公式见书八、地震荷载根据《水工建筑物物抗震设计规范》》地震惯性力和地地震动水压力的计计算，一般采用““拟静力法”，对对高度大于150m的坝，宜进行行动力分析。九、荷载组合作用在坝上的荷载载，按其性质分为为基本和特殊两种种组合。1、基本荷载：（1）坝体及设备备自重（2）正常蓄水位位或设计洪水位时时的静水压力（3）对应于（2）的扬压力（4）泥沙压力（5）相应的浪压压力（6）冰压力（7）土压力（8）相应于设计计洪水位时的动水水压力（9）其他出现机机会较多的荷载2、特殊荷载（频频率低，作用时间间短）（10）校核洪水水位（11）相应的扬扬压力（12）相应的浪浪压力（13）相应的动动水压力（14）地震荷载载（15）其他出现现机会较少的荷载载第三节重力坝坝的稳定分析重力坝主要依靠自自身重力维持稳定定。因此抗滑稳定定分析是设计中的的重要课题。重力坝可能沿坝基基平面滑动，也可可能沿地在中缓倾倾角断层或软弱夹夹层滑动。按照目前的设计方方法，高度H小于于100m的重力力坝，控制剖面尺尺寸常常的稳定而而不是应力。目前的计算公式大大都是半径验性的的，因为影响因素素很多。Ks=f(∑W-U)/∑Pb、滑动面倾向上上游时：Ks=[f(∑WCosβ-U+∑PSinβ)]/(∑PSinββ+∑WCosββ)公式评价：本公式式不考虑凝聚力，，偏于安全，凝聚聚力作为安全储备备，所以规定的安安全系数较低。（二）抗剪断公式式假定：认为砼与基基岩接触良好，直直接采用接触面上上的抗剪断参数f′和c′。公式：Ks″＝[f’(∑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：采采用3.0特殊荷载组合：（（1）采用2.5；（2）采用不不小于2.3。二、深层抗滑稳定定分析深层滑动：地基内往往存在着着较弱夹层或缓倾倾角断层，坝体档档水后，有可能沿沿这些薄弱面产生生滑动，就叫做深深层滑动。目前尚无成熟的方方法：（1）单斜面深层层滑动的计算（2）双斜面深层层滑动（图见下页页）三、岸坡坝段的稳稳定分析坝体在自重的作用用下有沿岸坡下滑滑的趋势，加上坝坝体上游面的水压压力，构成三维受受力。四、提高坝体抗滑滑稳定性的工程措措施（1）利用水重（2）将坝基开挖挖成倾向上游的斜斜面（3）在坝踵下设设齿墙（4）抽水措施（5）加固地基（6）利用预应力力第四节重力坝坝的应力分析目的：1、为了检验大坝坝在施工期和运用用期是否满足强度度要求；2、为解决设计和和施工中的某些问问题，如砼分区，，某些部位的配筋筋等提供依据。应力分析的过程：：1、进行荷载计算算及荷载组合2、选择合适的方方法进行应力计算算3、检验大坝各部部位的应力是否满满足强度要求一、应力分析方法法综述（1）模形试验方方法（2）材料力学方方法（3）弹性理论的的解析方法（4）弹性理论的的差分方法（5）弹性理论的的有限单元法二、材料力学方法法（一）基本假定1、坝体砼为均质质，连续各向同性性的弹性材料。2、取单宽坝体作作为固结在地基上上的悬臂梁计算，，且不受两侧坝体体的影响。3、水平断面上的的垂直正应力σy是直线分布。（二）边缘应力的的计算1、水平截面上的的正应力σyu、、σyd。2、剪应力τu和和τd。坝体应力计算图3、水平正应力σσxu和σxd。4、主应力σ1u，σ2u和σ1d，σ2d。（三）内部应力的的计算1、坝内水平截面面上的正应力σy假定和σy在水平截面上直线线分布。2、坝体内剪应力力τ。3、坝内水平正应应力σx。4、坝内主应力σσ1和σ2。5、考虑扬压力时时的计算方法。（四）强度指标用材料力学分析坝坝体应力时，重力力坝设计规范规定定的强度指标。1、坝基面的σy应符合下列要求（1）运用期：在在各种荷载组合下下（地震荷载除外外）（2）施工期2、坝体应力要求求（1）运用期（2）施工期三、各种因素对坝坝体应力的影响坝体应力的实际分分布情况比较复杂杂，受很多因素影影响。1、地基变形模量量对坝体应力的影影响（如图）2、地基变形弹模模对坝体应力的影影响3、坝体异弹模对对坝体应力的影响响4、纵缝对坝体应应力的影响5、分期施工对坝坝体应力的影响(见下图)6、坝踵断裂对坝坝体应力的影响第六节重力坝的的剖面及优化设计计一、设计原则1、满足稳定和强强度要求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面的水压力呈三角角形分布,所以重重力坝面是三角形形。当a>90时，即即上游面为倒坡。。库空时，三角形形重心可能超过底底边三分点在下游游面产生拉应力，，而且倒坡不便施施工。当a<90时，利利用水重帮助稳定定。但角度太小时时，库满时合力可可能超过底边三分分点（偏下游）在在上游面产生拉应应力。上游面坡度度越缓，第一主应应力越易成为拉应应力，故a角不宜宜太小。规律：1）施工运用方便便多做成a=902）f较低时，为为满足稳定，减小小a角，利用水重重3）工程经验m=0.6—0.8（下游坡）n=0—0.2（（上游坡）三、实用剖面根据运用和交通要要求，坝顶应有足足够的宽度，无特特殊要求，坝顶宽宽=8-10%坝坝高，但不得小于于2米，如有运用用和交通要求，应应满足这些要求。。坝顶高于水库水位位的高度△h计算算：△h=hl+hz+hc坝顶高度=设计洪洪水位+△h四、大坝优化设计计即在给定荷载条件件下采用最经济、、最合理的设计（一）优化设计方方法分类1、传统重复设计计法2、准则法3、数学法求解：①直接最优优法：（试验最优优法）直接对目标标函数进行比较，，以逐步达到最优优；②间接最优法法：（分析最优法法）把研究对象用用数学方程描述，，运用数学解析法法求其最优解。（二）结构优化设设计包括的内容：：１、规定描述坝体体体形的设计参数数２、建立目标函数数３、确定约束条件件４、选择求解方法法第七节重力坝的的温度控制及裂缝缝的防治一、坝体温度的变变化情况二、施工期的温度度应力（一）地基约束引引起的应力（二）内部温差引引起的应力三、重力坝的温度度裂缝及防治措施施（一）控制浇筑块块的温度和湿度（二）提高浇筑的的质量和抗裂性能能（三）设置横纵缝缝第八节重力坝的的地基处理重力坝失事有40%是因为地基问问题造成的。地基处理主要包含含两个方面的工作作：一是防渗，二二是提高基岩强度度。一．坝基的开挖与与清理目的：使坝体坐落落在稳定坚固的地地基上。规范规定：>70m的高坝，必须须建在新鲜、微风风化或弱风化的岩岩石上。30——70m的中坝，，必须建在微风化化或弱风化的岩石石上。同一工程中中，两岸较高部位位的坝段，可比河河床段适当放宽。。二．坝基的固结灌灌浆目的：提高基岩的的强度和整体性，，降低地基的透水水性。固结灌浆设计内容容：１．决定灌浆范围围：高坝或岩基裂裂隙发育，全坝基基灌浆；一般情况况下在坝踵坝趾处处灌浆（为什么？？）。２．灌浆孔的深度度：一般5—8m；帷幕上游区8—15m３．灌浆孔的间距距：孔距、排距3—6m４．灌浆孔的排列列形式：平面上作作梅花形或方格形形。５．灌浆孔的钻孔孔方向：与主要裂裂隙面正交。６．灌浆的压力：：在不扰动基岩的的前提下尽量大。。无混凝土盖重时为为0.2—0.4MPa有混凝土盖重时为为0.4—0.7MPa三．帷幕灌浆目的：降低渗水压压力，防止坝基内内产生机械或化学学管涌，减小坝基基渗透水量。灌浆材料：水泥浆浆、化学灌浆四．坝基排水目的：进一步降低低坝底面的渗透压压力。设置：1.设于防防渗帷幕后2.有时设有坝基基面排水。五．断层、软弱夹夹层和溶洞的处理理第九节重力坝的的材料及构造一．混凝土水工混凝土除要求求有足够的强度以以外，还有有一定定的抗渗性、抗侵侵蚀性、抗冻性、、抗磨性和低热性性等。（一）混凝土的强强度指标按抗压强度，水工工混凝土分为75、100、150、200、250、300及及400等标号，，75#混凝土只只能用在某些不重重要的、应力很小小的部位，仅作回回填及压重用。坝体混凝土的抗压压龄期一般可取为为90天，最多不不超过180天。。坝体混凝土的抗抗拉龄期一般可取取为28天，一般般不采用后期强度度。（二）混凝土的耐耐久性包括抗渗。抗冻，，抗磨和抗侵蚀等等。（见教材略略）二、坝体混凝土分分区（图见下页））原因：坝体各部分分工作条件不同，，为了节约和合理理使用水泥，通常常将坝体按不同部部位和不同工作条条件分区，采用不不同标号。为了便于施工，应应尽量减少标号的的类别，相邻区的的强度标号不宜超超过两极，免引起起应力集中或产生生温度裂缝。分区区的厚度一般不得得小于2-3米，，以便浇筑。坝体对各区区混凝土性性能的要求求（表层2-13））P64三、横缝横缝垂直坝坝轴线，将将坝体分成成若干坝段段。重力坝横缝缝作用：1）减小温温度应力，，2）适应应地基不均均匀变形，，3）满足足施工要求求（如混凝凝土浇筑能能力及温度度控制）间距：12-20米米，也有达达20米（一）永永久性性横缝常做成平面面，不设键键槽，不进进行灌浆，，各坝段独独立工作。。现在常是是温度缝、、沉降缝合合二为一，，故留成-2cm宽宽的缝。横横缝内需设设止水。止止水材料：：紫铜片，，橡胶、塑塑料及沥青青等。对于于高坝应采采两道止水水，中间设设沥青井，，中低坝适适当简化。。止水片及沥沥青井需伸伸入岩基一一定深度，，约30-50cm，井内填填满沥青沙沙，止水井井延伸到最最高水位以以上，沥青青井需延伸伸到坝顶。。沿溢流面，，坝体下游游最高水位位以下和穿穿越横缝的的廊道和孔孔洞周边均均需设止水水井。（二）临临时性性横缝主要用于下下述情况:（1）河谷谷狭窄，做做成整体重重力坝可适适当发挥两两岸的支撑撑作用，有有利于坝体体的强度和和稳定。（2）岸坡坡较陡的各各坝段连成成整体可以以改善岸坡坡的稳定性性。（3在软弱弱破碎带上上的各坝体体，连成整整体增加坝坝体刚度。。（4）强地地震区，如如坝段连成成整体，可可提高坝体体的抗震性性能。临时横缝的的缝面键槽槽和灌浆系系统:为增加缝面面的水平向向抗剪能力力时,键槽槽竖向布置置。为增加缝面面的铅直向向抗剪能力力时,键槽槽水平向布布置。临时竖缝灌灌浆高度视视坝高和传传力的需要要而定，可可全部灌，，也可局部部灌。（三）坝坝体与与基岩面的的连接意义：连接接必须紧密密，以免发发生渗漏，，影响响坝体稳稳定。作法：基岩岩横向坡（（对岸方向向）缓于1:2时，，坝体浇筑筑后利用帷帷幕灌浆对对接触灌浆浆封实；当当横向坡陡陡于1:2时，设接接触面止水水，在基岩岩中挖槽嵌嵌入止水片片；当横向向坡陡于1:1时，，按临时横横缝处理，，在接触面面上布设灌灌浆系统，，沿周围嵌嵌入止水片片，待混凝凝土冷却后后进行接缝缝灌浆。四、纵缝平行于坝轴轴线方向设设的缝。目的：适应应混凝土的的浇筑能力力和减小施施工期的温温度应力。。纵缝是临时时缝，待坝坝体降到稳稳定温度后后进行行接缝灌浆浆。纵缝布置形形式：铅直直、错缝、、斜缝。不设纵缝———通仓浇浇注（一）铅直直纵缝间距15——30m。。为了使缝缝面更好地地传力，设设三角形形键槽。槽槽面大致顺顺主应力方方向。为保证坝面面的整体性性，铅缝面面布设灌浆浆系统。待待坝体温度度冷却到稳稳定温度，，坝块收缩缩，缝的张张开度达到到0.5mm以上时时进行灌浆浆，缝四周周设止水片片。灌浆压力太太高会使坝坝块底部产产生过大的的拉应力，，使坝体破破坏。太低低又不能保保证灌浆质质量。一般般进浆管压压力0.35—0.45Mpa(0.35—0.45kg/cm2)，出浆管管压力0.20—.25Mpa纵缝两侧的的坝块可以以单独上升升，丹高差差不宜太大大。若高差差太大，后后浇混凝土土的温度和和干缩变形形，造成灌灌浆面的挤挤压和剪切切，影响纵纵缝灌浆，，反过来对对后浇混凝凝土块键槽槽出现剪切切裂缝。（二）错缝缝缝面不作灌灌浆处理。。浇注块高高度在基岩岩附近1.5—2m，在坝体体上部不大大于3—4m，错缝缝间距10—15m，缝的错错距不超过过浇注块的的一半。错错缝施工简简便，在低低坝上使用用。（三）斜缝缝可大段沿主主应力方向向设置，因因缝面剪应应力很小，，可以不灌灌浆。斜缝缝须在离上上游面一定定距离处终终止。为防防止斜缝在在终止处向向上贯穿，，须采用并并缝措施：：布设并缝缝钢筋、设设并缝廊道道等。施工工最好使上上下块均匀匀上升。施施工复杂，，较少采用用。（四）通仓仓浇筑施工简便，，有利于加加快施工进进度。坝的的整体性好好，是发展展的方向。。但是要注注意温控。。五、施工缝缝（水平工工作缝）浇注块厚度度一般为1.5—4.0m。。在基岩表表面用0.75—1.0m的的薄层浇注注，以利散散热、防止止开裂。上上下浇注块块之间常间间歇3—7天。新混混凝土浇注注前，须清清除缝面渣渣、灰尘和和水泥乳膜膜，用风水水枪或压力力水冲洗，，使表面成成为干净麻麻面。再均均匀铺一层层2—3cm的水泥泥沙浆，然然后浇注。。六、坝体排排水为减小渗水水对坝体的的不利影响响，在靠近近上游面处处布设排水水管。距上上游面要求求小于坝前前水深的1/10——1/12，使渗透透坡降在允允许范围内内。管距2—3m。。管径15—25cm，太小小易堵塞。。排水管与廊廊道连接多多采用直通通式，且多多在上游侧侧（使廊道道干燥）。。七、廊道系系统为满足施工工和适用要要求（如灌灌浆、排水水、观测、、检查、交交通的需要要），须在在坝体内设设置各种廊廊道。这些些廊道相互互连通，构构成廊道系系统。（一）基础础灌浆廊道道设在坝踵部部位。利用用混凝土压压重、提高高灌浆压力力、保证灌灌浆质量。。一般采用城城门洞形。。断面尺寸寸应满足灌灌浆作业的的要求。一一般底宽2.5—3.0m，，高3.0—4.0m，距上上游面可取取0.05—0.1倍水头头，且布小小于4—5m（渗透透坡降问题题）。廊道道底面距基基岩布小于于1.5倍倍廊道宽度度。廊道上上游侧设排排水沟，下下游侧设排排水孔及扬扬压力观测测孔。灌浆廊道沿沿地形向两两岸逐渐升升高。坡度度不宜大于于40—45度，以以便钻孔、、灌浆操作作和搬运灌灌浆设备。。（二）检查查和坝体排排水廊道常在靠近坝坝体上游面面沿高度方方向隔15—20m设检查廊廊道，最小小宽度为1.2m，，最小高度度为2.2m距上游游面布小于于0.05—0.07倍水头头，且布小小于3m（（寒冷地区区适当加厚厚）。上游游侧设排水水沟。（三）廊道道应力计算算和配筋大孔口应力力分析比较较复杂，须须采用有限限元法电算算求解，或或用结构试试算求应力力。小孔口时，，用弹性力力学中平面面问题（无无限平板中中孔口的应应力计算））求解。第十节溢溢流重力坝坝一、工作特特点：既挡水又泄泄水。除满满足稳定和和强度外，，还须满足足泄洪要求求：1.满足泄泄洪要求。。2.水流平平顺流过坝坝体。布产产生不利的的负压和和振动，避避免发生空空蚀现象。。3.保证不不产生危及及坝体安全全的冲刷。。4.不影响枢纽纽中其他建筑物物的正常运行。。5.有灵活控制制水流下泄的机机械设备。如闸闸门、启闭机等等。二、孔口设计涉及因素很多：：洪水设计标准准、下游防洪要要求、库水位雍雍高有无限制、、是否利用洪水水预报、过水方方式以及枢纽地地形、地质条件件等。设计步骤：选定定泄水方式，拟拟定若干种泄水水布置方案。初初步确定空口高高程、尺寸，按按工程等级相应应的洪水设计标标准进行洪水调调节演算。求出出各方案的防洪洪库容，设计和和校核洪水位及及相应的下泄洪洪量等。然后估估算淹没损失和和枢纽造价，进进行技术经济比比较，选出最优优方案。（一）洪水标准准洪水标准，包括括洪峰流量和洪洪水总量。是确确定孔口尺寸进进行凋洪演算的的重要依据。选选用标准见P70表2—14。（二）孔口型式式1、坝顶溢流式式优点：①闸门承受的水水头较小，孔口口尺寸可以较大大。②闸门全开时，，下泄流量与堰堰顶水头H03/2成正比，超泄能能力强。③闸门在顶部，，操作方便，易易于维修，安全全可靠。④能排水及其他他漂浮物。堰头设闸门———大中型——调调节库水位和下下泄流量堰头不设闸门———小型——结结构简单，管理理方便2、大孔口溢流流式：上部设胸胸墙，降低堰顶顶高程。胸墙：固接胸墙墙，活动胸墙优点：可根据洪洪水预报提前放放水，提高了调调洪能力。2.孔口尺寸装设闸门的溢流流坝,常用闸门门将溢流坝段分分割成若干个等等宽的溢流孔口口.确定孔口尺寸时时应考虑的因素素:1．满足泄洪要要求2．孔口宽度越越大,闸门尺寸寸越大,启门力力越大,启门和和启闭机的构造造就较复杂.3．孔口高度越越大,q大,溢溢流坝段越短;孔口宽度越小小,孔数多、闸闸门多，溢流段段总长也相应加加大。4.q大，消消能困难，为了了对称均衡开启启闸门，以控制制下游河床流态态，孔口数目最最好采用奇数。。（四）闸门和启启闭机闸门分为：工作作、检修。工工作门：平面门门和弧形门。检检修门：平面面门、叠梁门。。

平面门优点点：结构简单、、闸门受力条件件较好，闸门较较短，多孔口共共用一台活动门门机。缺点：启启闭力较大，闸闸墩较厚。弧弧门优点：启闭闭力小、闸墩薄薄、无门槽水流流平顺

缺点：：闸墩较长，受受力条件差。弧弧形门用固定定式启闭机。平平面门：活动动门机（工作、、检修平门共用用）（五）闸门和工工作桥闸门的断面形状状应使水流平顺顺。上游端常采用：：椭圆形，半圆圆形或流线型型。上游端：采用：：收缩成流线形形现有：方形宽宽尾墩（六）横缝的布布置①墩中分缝：：墩厚、工作可可靠、不均匀沉沉降不影响启闭闭②孔中分缝：墩墩薄，受地基不不均匀沉降影响响启闭，水流过过横缝，局部不不平顺。三．溢流坝设计计中有关高速水水流的几个问题题（一）

空化和和空蚀。1．基本概念：：空化（空穴化化）：由于边界界突变造成水流流和壁面分离等等各种原因，在在边界处产生负负压使水流中某某一点的压力降降低到水的蒸汽汽压力时，水流流内部开始出现现蒸汽空泡，称称为“空穴”即即“空化”。空蚀：当空化水水流运动到压力力较高处，由于于汽泡的溃破，，伴随着声响和和巨大的冲击作作用，当这种作作用力超过结构构表面材料颗粒粒的内聚力时，，便产生剥离状状的破坏，这种种现象称为“空空蚀”。防蚀、抗腐的措措施：①控制过水表面面的不平整度。。②掺气减蚀,:当流速超过36m/s时,即使采取表面面平整度处理,仍可能产生空空蚀,故应考虑虑其它安全措施施。③采用抗蚀抗磨磨性强的材料。。（二）掺气水自由表面产生生掺气现象使水水深增大。在确确定溢流坝边墙墙高度时，应予予考虑。（三）脉动紊动水流均产生生掺气边界条急急剧变化处尤为为严重，脉动对对建筑物的影响响。1．引起结构振振动甚至共振。。2．加大压强可可达40%。可能大负压，从从而增大了空蚀蚀的可能性。（四）

冲击击波在高速水流边界界发生变化处：：断面扩大、收收缩、转弯等，，将产生冲击波波。四．溢流面曲线线及剖面设计（一）溢流曲线线：组成：①有较高高的流量系数；；②水流平顺，不不产生空蚀。溢流面常用曲线线：①WES曲曲线；②克一奥曲线。。（二）剖面设计计五．消能工的设设计原则及型式式1．设计原则：：①尽量使下泄水水流的动能消耗耗于水流内部的的紊动中，以及及水流与空气的的摩擦上。②不产生危及坝体体安全的河床或岸岸坡的局部冲刷。。③下泄水流平稳，，不影响其他建筑筑物的运行。④结构简单，工作作可靠。⑤工程量小，经济济。2．消能工的型式式：底流式、排流流式、面流、消力力肩。3．选择消能工的的依据：地形、地地质、枢纽布置、、水头、流量、下下游水深及其变幅幅等进行技术经济济比较。重要工程程应作模型试验。。六．底流消能（一）

水流流条件及消能措施施。在坝趾下游设消力力池，消力坎等。。底流消能工作可可靠，但是工程量量大。下泄不同流量产生生的跃后水深h””与下游实际水深深t的关系，有以以下五种情况：Q——h”和Q———t重合。①表明任何情况下下均产生临界水跃跃，无须修消力池池，只须在水跃范范围内修护坦即可可。这是最理想情况，，实际很少见。②何情况他t<h”,产生远驱驱式水跃。需要消消力池、消力坎及及综合消力池，以以促使在坎趾处产产生淹没水跃。③表明在各种流量量下t>h”,均均产生淹没水跃。。淹没度大时，产产生高速潜流，水水跃长度加大。消消能采用消力戽或或斜坡式（逆坡式式）护坦，（计算算方法不成熟）④小Q时，Q<Qk时t<h”，下游游水深不足，产生生远驱水跃。Q>Qk时，t>h”,下下游水深大，产生生淹没水跃。这时时采用斜坡式护坦坦与消力池相结合合得方式（并称消消力护）。⑤与④相反。也用用消力戽消能，消消力池按最大流量量设计。（一）护坦结构护坦的作用：保护护河床不受高速水水流的冲刷。长度：底流式消能能延伸致水跃末端端，其他型式，也也需在坝趾下游设设置护坦。厚度：满足稳定要要求。上游厚，下下游薄（流速小，，压力大）。为防止护坦受基岩岩约束产生温度裂裂缝、在护坦内设设置温度伸缩缝，，顺河向的缝与闸闸墩中心线对应，，横向的缝间距10~15m，护护坦底下设排水系系统（降低扬压力力），护坦末端做做成齿墙以防水流流淘刷。材料：采用抗蚀耐耐磨砼。七、挑流消能（适适用于基岩比较坚坚固的高、中坝））消能特点：将下游游高速水流抛向空空中，使水流扩散散、掺气，然后跌跌入下游河床水垫垫中，发生旋滚和和摩擦，以消耗能能量，本消能方式式优点：简单、经经济、工期短；缺缺点：尾水活动比比较大，雾化大，，影响电站工作。。设计内容：鼻坎型型式、反弧半径、、鼻坎高程程、挑射角度。。（一）连续式鼻坎坎主要优点是：构造造简单，射程远，，水流平顺，很少少产生空蚀。鼻坎挑射角一般θθ=20~25°°，深水河槽θ=15~20°。。(在45以内，角角度愈大，挑射距距离愈远，但入水水角度也大，冲刷刷坑也愈深)，要要求>2.5~5.0反弧半径R=（8~10）h，h鼻坎上水深。R大小，水流转向向不平顺；过大时时，鼻坎向下游延延伸太长，增大工工程量。鼻坎高程程：一般般高出下下游最高高水位1~2m，现有有低鼻坎坎挑流低低于下游游最高水水位，如如浸窝。。挑距及冲冲坑计算算公式见见P83（2-104），（（2-105））。（二）差差动式挑挑流鼻坎坎优点：使使挑射水水舌扩散散，分成成两段，，相互撞撞击、加加大掺气气量，加加大空中中耗能，，减小入入水的单单位面积积上的能能量，减减小冲刷刷，下游游波动也也小些。。型式：矩矩形和梯梯形齿坎坎（见P84图图）；缺点：矩矩形侧壁壁易产生生较大负负压；梯梯形施工工复杂。。八、面流流式消能能适用于中中小型工工程，水水头低，，下游水水深大且且变幅小小。消能特点点:利用用鼻坎将将主流挑挑至水面面，在鼻鼻坎附近近表面主主流与河河床之间间形成逆逆向旋滚滚。使高高速水流流与河床床隔开，，避免对对坝趾附附近河床床的冲刷刷，主流流在水面面逐渐扩扩散消能能，反向向旋滚也也可消除除一部分分能量。。优点:面面流消能能不需设设护坦和和其他加加固措施施。缺点:高高速水流流在表面面、伴有有强烈的的波浪、、绵延数数里，影影响电站站运行及及下游通通航，易易冲刷两两岸。九、消力力戽适用：尾尾水深、、变幅小小、无航航运要求求，下游游河岸有有一定抗抗冲能力力。特点：消消力戽是是以模型型试验为为基础研研究成功功的一种种消能方方式。它它是利用用一个较较大的反反弧半径径和挑角角形成的的戽斗、、在一定定尾水深深度的作作用下，，使从溢溢流坝下下游的高高速水流流在戽斗斗内产生生激烈的的表面旋旋滚，并并使出戽戽的高速速水股在在底部及及尾水中中均产生生旋滚，，以达到到较好的的消能效效果。30年首首先在美美国大苦苦力坝中中采用，，我国安安康采用用。优点：工工程量较较消力池池小，冲冲刷坑比比挑流式式浅，不不存在雾雾化问题题；缺点：下下游水面面波动大大，易冲冲刷岸坡坡，不利利航运，，戽面磨磨损率高高，增大大了维修修费用。。十、下游游折冲水水流及其其防止发生原因因：开启启部分泄泄水孔，，下游水水流不能能迅速在在平面上上扩散，，在主流流两侧容容易形成成回流，，主流受受到压缩缩，使水水流单宽宽流量增增加，流流速在长长距离内内不能降降低，引引起河床床冲刷。。如两侧侧回流强强度不同同，水位位不同，，还可将将主流压压向一侧侧，形成成折冲水水流。危害：（详见下下页）危害：1、冲刷刷河床和和河岸；；2、影响响航运；；3、电站站尾水形形成回流流，抬高高尾水，，损失电电能（落落差减小小），采采取防止止措施：：①布置上上，尽量量使溢流流坝下游游水流与与原河床床主流位位置方向向一致；；②运用管管理，闸闸门均可可开启，，或对称称开启；；③布置导导流墙。。第十一节节重重力坝深深式泄水水孔一、作用用及工作作条件进口高程程常接近近死水位位或靠近近河床。。作用：①预泄库库水，增增大水库库的调蓄蓄能力力；②放空水水库，以以便检修修；③排放淤淤泥，减减少淤积积；④随时放放水，以以满足航航运和灌灌溉的要要求；⑤施工导导流。工作条件件：①孔内水水流流速速高，易易产生负负压，空空蚀和振振动；②闸门在在水下，，承受的的压力大大，检修修困难。。二、型式式及布置置按水流条条件分：：有压的的、无压压的；按高程分分：中孔孔、底孔孔；按布置层层数分：：单层、、多层。。1、有压压泄水孔孔工作闸门门布置在在出口，，可以部部分开启启，出口口低，利利用的水水头大，，断面尺尺寸较小小。缺点：闸闸门关闭闭时，孔孔内承受受较大的的内水压压力对坝坝体应力力和防渗渗都不利利，常需需钢板衬衬砌。为为此进口口处设置置事故检检修闸门门、平常常用来挡挡水。2、无压压泄水孔孔工作闸门门布置在在进口，，为形成成无压水水流，需需在闸门门后将断断面顶部部升高。。（工作作闸门前前仍为有有压段））优点：闸闸门可以以部分开开启，明明流段不不用钢板板衬砌，，施工简简便，干干扰少，，有利于于加快速速度进度度。缺点：断断面尺寸寸较大，，削弱坝坝体。国内重力力坝多采采用无压压泄水孔孔。3、双层层泄水孔孔受闸门结结构及启启闭机的的限制，，深式泄泄水孔的的断面面面积不能能太大，，为了增增大泄流流量，可可将泄