拱坝-拱坝的泄洪和消能（水工建筑物课件）

拱坝设计锦屏一级（双曲拱坝）小湾水电站(拱坝)二滩（双曲拱坝）溪洛渡（双曲拱坝）英古里双曲拱坝东江水电站（双曲拱坝）拱坝的荷载及组合拱坝的认知拱坝的布置拱坝的构造及地基处理拱坝的泄流和消能拱坝坝肩的稳定分析拱坝的应力分析拱坝拱坝的泄洪与消能知识目标技能目标态度目标（1）拱坝坝身泄水方式；（2）拱坝的消能和防冲；（3）高混凝土拱坝泄洪消能形式的新发展。（1）了解高混凝土坝泄洪消能形式发展；（2）能理解拱坝的消能和防冲；（3）掌握拱坝泄水方式；（4）树立设计规范、设计标准使用意识。（1）按时到课，遵守课堂纪律，回答问题；（2）认真练习布置任务，按时上交作业；（3）认真完成预习任务。1.拱坝坝身泄水方式2.拱坝的消能和防冲3.高混凝土拱坝泄洪消能形式的新发展4.案例训练

5.课堂小结与训练点评

6.作业布置

（1）（2）拱坝稳定分析方法有哪些？拱坝稳定控制指标是什么？姓名问题回答情况成绩XXX(1)XXX(2)XXX(1)XXX(2)自由跌流式坝肩滑雪道式鼻坎挑流式坝身泄水孔式水流经坝顶自由跌入下游河床。由于落水点距坝趾较近，坝下必须有防护措施。适用：基岩良好，单宽泄流量较小的小型拱坝。自由跌流与护坦布置自由跌落式拱坝溢流表孔挑流坎（a）带胸墙的坝顶表孔挑流坎；（b）坝顶表孔挑流坎；（c）流溪河拱坝溢流表孔鼻坎挑流式坝肩滑雪道式自由跌流式在溢流堰顶—曲线末端以反弧段连接成为挑流鼻坎，落水点距坝趾较远，用于泄流量较大的轻薄拱坝，如图所示。

挑流鼻坎:

连续式；挑角：10°≤α≤25°；反弧半径R：与堰顶设计水头Hd大致接近，最后应由水工模型试验来确定。溢流段的布置：沿全坝顶；坝顶中部。

溢流顶高程：同高；中间低，两侧稍高。小流量时由中间过水，大流量时中部流量大于两岸，以利于消能。堰顶可设闸门或者不设。

鼻坎挑流式滑雪道式优点：挑距较远；坝肩滑雪道式鼻坎挑流式自由跌流式坝身泄水孔式缺点：

容易产生空蚀破坏。所以，滑雪道溢流面的曲线形状，反弧半径和鼻坎尺寸等都需经过试验研究来确定。拱坝特有的一种泄洪方式，溢流面由溢流坝顶和与之相连接的泄槽组成，泄槽由支墩或其他结构支撑，与坝体彼此独立。水流过坝以后，流经泄槽，由槽尾端的挑流鼻坎挑出，使水流在空中扩散，下落到距坝较远的地点。适用于泄洪量大、较薄的拱坝。滑雪道式

坝身泄水孔作用：辅助泄洪、放空水库或施工期导流。中孔泄水深孔泄水位置：

特点：1/2坝高处或坝体上半部的泄水孔称作中孔；坝体下半部的称作底孔。拱坝泄流孔口在平面上多居中或对称于河床中线布置，孔口泄流大，挑射距离远；泄流一般是压力流，比堰顶溢流流速大。坝肩滑雪道式鼻坎挑流式自由跌流式坝身泄水孔式

泄水中孔孔身可做成水平或近乎水平、上翘和下弯三种型式。对于设置在河床中部的泄水中孔，通常多布置成水平型的。鼻坎挑流式自由跌流式坝肩滑雪道式坝身泄水孔式

对于设置在两岸坝段的泄水中孔，通常采用下弯型式。我国紧水滩双曲拱坝采用了这种形式。紧水滩双曲拱坝（a）枢纽布置；（b）浅孔剖面；（c）中孔剖面自由跌流式1.具有向心集中现象，水舌入水处单位面积能量大，造成集中冲刷，因此消能防冲设计要防止发生危害性的河床集中冲刷；

2.河谷比较狭窄，当泄流量集中在河床中部时，两侧形成强力回流，淘刷岸坡，因此消能防冲设计要防止危及两岸坝肩的岸坡冲刷或淘刷。从坝顶表孔或坝身孔口直接跌落到下游河床，利用下游水垫消能。水垫消能二道坝底流消能水垫消能特点：跌流消能最为简单，水舌入水点距坝趾较近。防冲措施：消力坎、二道坝或挖深式消力池。如；法国的乌格朗拱坝，利用下游施工围堰做成二道坝，抬高下游水位，见图。挑流消能空中冲击消能鼻坎挑流式采用各种不同形式的鼻坎，使水流扩散、冲撞或改变方向，在空中消减部分能量后再跌入水中，以减轻对下游河床的冲刷。底流消能水垫消能挑流消能空中冲击消能利用拱坝泄水向心集中这个特点，在拱冠两侧各布置一组溢流表孔或泄水孔，使两侧挑射水流在空中对冲，并沿河槽纵向扩散，从而消耗大量的能量，减轻对下游河床的冲刷。但应注意必须使两侧闸门同步开启，否则射流将直冲对岸，危害更甚。高低坎调流对撞消能状态低坎与中孔高坎对撞消能状态底流消能水垫消能挑流消能空中冲击消能对重力拱坝，有的也可采用底流消能，萨扬舒申斯克重力拱坝，高242m，采用下弯型中孔，泄流沿下游坝面流入设有二道坝的收缩式消力池，池的上游端宽123m，下游端宽97m，长约130m，二道坝下游护坦长235m，末端设有齿墙，单宽流量为139m3／(s·m)，运用情况良好。萨扬舒申斯克重力拱坝泄洪中孔底流消能水垫消能挑流消能空中冲击消能

泄水拱坝的下游一般都需采取防冲加固措施，如护坦、护坡、二道坝等。护坦、护坡的长度、范围以及二道坝的位置和高度等，具体的形状、尺寸等有关参数，应由水工模型试验确定。

高混凝土拱坝消能特点：泄洪区河道狭窄，水头高，泄流量大，泄放功率大。如已建或将要兴建的二滩、小湾和溪洛渡等高拱坝工程中，坝高在230~300m之间，下泄射流的入水流速约50~60m/s，下泄流量达2万~6万m3/s，下泄功率达数万至数亿千瓦。如此巨大的能量需要安全泄放和消除，给消能防冲设计带来极大的困难。高拱坝坝身泄洪消能形式有以下四种形式：1.挑跌流水垫塘消能形式；2.底跌流水垫塘消能形式；3.面跌流水垫塘消能形式；4.多层水股射流式水垫塘消能形式。二滩工程采用双曲拱坝，由于河谷狭窄、水头高、流量大，二滩泄洪建筑物按千年一遇洪水流量20600立方米/秒设计，5000年一遇的洪水流量23900立方米/秒校核。任务：1.简述二滩水电站泄洪建筑物组成及位置。

2.简述二滩水电站消能防冲建筑物有哪些？1.二滩水电站泄洪消能建筑物由坝体表、中孔和右岸的两条泄洪洞3套泄洪设施组成的泄洪方案（1）7个表孔沿拱坝顶部呈径向布置，每孔尺寸分别为11m×l1.5m（宽×高），堰顶高程1188.5m，采用水流自由跌落，下游水垫塘形成深水垫扩散消能；（2）中孔共6孔，布置在表孔闸墩下方，其孔口尺寸为6m×5m（宽×高），采用压力“平弯、上翘、扩散”型短管，出口底高程1120m～1122m，出口采用挑流；（3）1号和2号泄洪洞，均布置在河谷右岸，采用浅水式短进水口龙抬头明流泄洪洞，出口采用挑流消能。2.消能防冲建筑物二滩工程拱坝下游的消能防冲建筑物包括水垫塘和二道坝及二道坝下游护坦。重点

（1）拱坝坝身泄水方式；（2）拱坝的消能和防冲。难点（1）拱坝