新体型溢流坝的水力特性及消能研究

论文摘要

溢流重力坝是坝工建设中的主要坝型,具有安全可靠、设计施工技术简单、对地形地质条件适应性好、施工导流和永久性泄洪问题容易解决等优点,是目前工程中采用较多的一种坝型。溢流坝的剖面设计是溢流坝设计的一项主要内容,它的任务是根据安全、稳定、经济和强度要求,通过分析计算,选择一个体积小、泄流能力大,施工又方便的剖面形态和轮廓尺寸。因此,溢流坝剖面的大小直接关系到整个工程的工程量,也就是直接关系到投资的多少。所以,通过优化设计找出溢流坝的最优剖面是溢流坝设计的一个关键问题。本文首先结合一WES剖面溢流坝,在采用底流消能,降低护坦高程形成消力池的情况下,通过基本的水力计算,得出了常规体型和新体型溢流坝下游消力池的水力要素。然后为两种体型的溢流坝设计了相应的水工模型试验,最后根据模型试验结果,对消力池的尺寸和形状进行了适当调整和优化,并分析比较了三种消力池优化方案的水工模型试验结果。根据理论计算和模型试验结果,本文的结论主要有以下几点：(1)计算结果表明,新体型的溢流坝,消力池的池深和池长都明显变小,大幅度地减小了坝体混凝土的用量以及消力池的开挖量,节省了工程投资。(2)常规体型溢流坝的水工模型试验结果与理论计算结果吻合较好,试验验证了本文第二章中通过水力计算设计的消力池池深和池长的合理性。(3)新体型溢流坝的试验结果与理论计算结果有一定的差别,主要表现在新体型的溢流坝,在定型设计水头下消力池中没有形成水跃,水流由消力池尾坎挑到下游河道,在下游较远处产生水跃,致使下游河床上的脉动压力幅值较大,水面波动也较大。另外,在坝脚跌坎处没有形成自由水舌,水流在跌坎处直接与消力池中的水汇合。(4)消力池优化方案一加高了消力池的尾坎高程,消力池中虽然形成了水跃,但尾坎后为自由溢流,在下游较远处产生远驱式水跃,下游水面波动较大,消能不够充分。(5)消力池优化方案二降低了消力池的底板高程,消力池中形成了水跃,但在尾坎后仍然产生了淹没度较大的二次水跃,下游河床上的脉动压力幅值、均方根以及下游河道各断面的实测流速值较优化方案一要小,消能效果比方案一好。(6)消力池优化方案三在方案二的基础上降低了消力池上游部分的底板高程,在靠近坝趾处形成跌槽,把消力池变为了台阶式的,有效地改善了消力池和下游河道的水流流态,消除了消力池尾坎后的二次水跃。另外,下游河床上的脉动压力幅值和均方根较方案二要小,河床及两岸的冲刷和回淘程度要更小,消能效果更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 重力坝概述
• 1.2 溢流重力坝概述
• 1.3 新体型溢流坝的研究现状和研究意义
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 底流消能算例
• 2.1 底流消能简介
• 2.2 底流消能算例
• 2.2.1 底流衔接形式的判别
• 2.2.2 消力池池深的计算
• 2.2.3 消力池池长的计算
• 2.3 本章小结
• 3 常规体型溢流坝的水力特性研究
• 3.1 模型试验概述
• 3.1.1 相似准则与模型比尺
• 3.1.2 水工模型材料、制造与安装
• 3.1.3 试验测试手段
• 3.1.4 模型图
• 3.2 常规体型溢流坝的水力特性
• 3.2.1 溢流坝及下游消力池的水流流态
• 3.2.2 溢流坝的泄流能力
• 3.2.3 溢流坝、消力池及下游河床的沿程压强分布
• 3.2.4 溢流坝、消力池及下游河道的沿程水面线
• 3.2.5 溢流坝、消力池及下游河道的沿程流速
• 3.3 本章小结
• 4 新体型溢流坝的理论分析
• 4.1 新体型溢流坝的剖面形状
• 4.2 新体型溢流坝的理论分析
• 4.2.1 底流衔接形式的判别
• 4.2.2 消力池池深的计算
• 4.2.3 消力池池长的计算
• 4.2.4 常规体型和新体型溢流坝消力池水力要素的比较
• 4.3 本章小结
• 5 新体型溢流坝的水力特性研究
• 5.1 消力池及下游河道的水流流态
• 5.2 溢流坝的泄流能力
• 5.3 溢流坝、消力池及下游河床的沿程压强分布
• 5.4 溢流坝、消力池及下游河道的沿程水面线
• 5.5 溢流坝、消力池及下游河道的沿程流速
• 5.6 本章小结
• 6 消力池优化后的水力特性研究
• 6.1 加高消力池尾坎高程的水力特性
• 6.1.1 消力池及下游河道的水流流态
• 6.1.2 溢流坝、消力池及下游河床的沿程压强分布
• 6.1.3 溢流坝、消力池及下游河道的沿程水面线
• 6.1.4 溢流坝、消力池及下游河道的沿程流速
• 6.2 降低消力池底板高程的水力特性
• 6.2.1 消力池及下游河道的水流流态
• 6.2.2 溢流坝、消力池及下游河床的沿程压强分布
• 6.2.3 溢流坝、消力池及下游河道的沿程水面线
• 6.2.4 溢流坝、消力池及下游河道的沿程流速
• 6.3 台阶式消力池的水力特性
• 6.3.1 消力池及下游河道的水流流态
• 6.3.2 溢流坝、消力池及下游河床的沿程压强分布
• 6.3.3 溢流坝、消力池及下游河道的沿程水面线
• 6.3.4 溢流坝、消力池及下游河道的沿程流速
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢