CN109339005B - 一种水库岸边溢洪道出口消能结构 - Google Patents

一种水库岸边溢洪道出口消能结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水库岸边溢洪道出口消能结构，其特征在于，包括为明渠结构且沿水平方向弯曲设置的溢洪道出口段，出口段两侧为弯曲的边墙，溢洪道出口段的出口处渠底还设置有挑流鼻坎，挑流鼻坎沿整个出口断面满布设置且一端为高坎，另一端为低坎，高坎所在一侧边墙为凹岸，低坎所在一侧边墙为凸岸，凹岸所在边墙的弯曲半径小于凸岸一侧边墙的弯曲半径，末端出口位置布置为凹岸一侧向外延伸的长度大于凸岸一侧的斜切形式。通过模型试验验证，本发明具有实际应用性良好，适应性较强，挑流方向控制性好，消能效果明显等优点。

Description

一种水库岸边溢洪道出口消能结构
技术领域
本发明涉及水库溢洪道消能工领域，尤其涉及一种水库岸边溢洪道出口消能结构。
背景技术
溢洪道是水库等水利建筑物的防洪设备，多筑在水坝的一侧，像一个大槽，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。但水库多余水量从溢洪道流出时，溢洪道出口处水流速度较快，破坏力较大，故一般需要在溢洪道出口处设置挑流鼻坎形成消能工，以实现挑流消能。
CN201610641863的发明公开了一种高效消能泄洪溢流坝面结构，由溢流坝体、溢流坝面、挑流弧底、低层挑流道、高层挑流道、高层挑流导流道、高层挑流道分水尖组成，溢流坝面到达挑流弧底时分道挑流，高层挑流道左右分为两个高层挑流导流道，高层挑流导流道，在垂直和水平方向均为曲面，把泄流铅直向挑起的同时水平向将泄流导向低层挑流道方向，通过挑流鼻坎后的射流恰好抛到低层挑流道的射流上方，高层挑流导流道的射流高而近，低层挑流道的射流低而远，高层挑流导流道的射流从高处下落恰恰砸到低层挑流道的射流，两股水流及夹带的气体强烈碰撞、掺合，起到高效消除能量作用。
这种现有的消能结构，能够将出水分成高低两个流道出水，使其出水后在空中碰撞而消能，具有较好的消能效果，但这种结构依靠设置在出水口中部的消能工强制将出水分为高低两层，消能工结构复杂，施工成本较大，同时消能工受水流直接冲击较大，结构稳定性较小，使用寿命较短。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样设计一种能够适用于溢洪道沿线岩土体抗冲刷，抗震动性能较好，大小水量消能，消能效果好，且结构更加简单，施工更方便，使用寿命更长的水库岸边溢洪道出口消能结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种水库岸边溢洪道出口消能结构，包括为明渠结构且沿水平方向弯曲设置的溢洪道出口段，出口段两侧为弯曲的边墙，溢洪道出口段的出口处渠底还设置有挑流鼻坎，挑流鼻坎沿整个出口断面满布（满布是指高低坎之间以及高低坎和边墙之间未留有间隙）设置且一端为高坎，另一端为低坎，高坎所在一侧边墙为凹岸，低坎所在一侧边墙为凸岸，凹岸所在边墙的弯曲半径小于凸岸一侧边墙的弯曲半径，末端出口位置布置为凹岸一侧向外延伸的长度大于凸岸一侧的斜切形式。
这样，该结构的溢洪道出口处设置为高低坎结构，使得小流量条件下水流主要从低坎挑出消能，小部分水流从高坎挑出，降低对高坎及凹岸边墙的冲击力度，延长寿命，而流量较大时水流主要通过高坎挑出，提高对水流的消能效果，而且高坎和低坎各自挑射出两个水流后，由于高坎反弧段的长度、反弧半径和挑角都大于低坎反弧段，再结合独特的弯曲边岸结构，使得高坎挑出的水流在挑射更高的同时会向低坎方向偏离并产生扩散效果，同时低坎的水流由于挑出的距离更远，而高坎挑出水舌高而近，这样就会导致高坎挑出的水流会直接在空中和低坎挑出的水流产生撞击，低坎挑出水流会从下方撞上高坎挑出水流以更好地耗散能量，同时撞击进一步扩大了水流撒落扩散的范围，降低落水冲击力度，更好地避免对下游边坡基岩的破坏；同时由于水流冲出后在空中撞击消能，比利用消力池等消能方式相比建筑物振动更小，抗振动性能更好。
进一步地，挑流鼻坎对应所在的凹岸边墙弯曲半径小于上游和挑流鼻坎衔接段弯曲明渠凹岸边墙弯曲半径，凸岸边墙挑流鼻坎所在段和上游与挑流鼻坎衔接段边墙弯曲半径一致。
这样，该结构可以使得挑流鼻坎横断面宽度自进口位置至末端位置逐渐减小，对出水水流形成约束，更好地提高高低坎出水水流的相互冲撞效果，提高消能效果。同时，该结构可以更加方便施工。
进一步地，高坎和低坎之间的连接面布置为自高坎向低坎放坡的倾斜设置。
这样，该斜向的连接面能够引导部分水流经过给连接面斜向挑出，在高坎挑出水流和低坎挑出水流之间生成一股斜向挑出呈片状的水流，三股水流在空中形成不同切入角度的立体式撞击，极大地提高了水流撞击消能的效果。
进一步地，连接面上下边缘均为和边墙弯曲方向一致的曲线，且弯曲半径在凹岸边墙弯曲半径和凸岸边墙弯曲半径之间，凹岸边墙弯曲半径小于连接面上边缘弯曲半径小于连接面下边缘弯曲半径小于凸岸边墙弯曲半径。
这样，连接面自身结构不影响高坎和低坎的水流汇聚，同时利于三股出水方向正对一致以提高撞击效果。
进一步地，高坎和低坎之间的连接面上端边缘位置具有一道沿高坎底面向低坎方向延伸形成的凸棱。
这样，该凸棱对连接面上的水流上侧边缘产生约束效果，避免了连接面上的水流冲出连接面汇聚到高坎水流内，控制经连接面斜向冲出的水流能够形成足够的量，以使得三股水流撞击的力度适当，并产生最大程度的消能效果。
进一步地，溢洪道出口段进入挑流鼻坎之前的底表面为倾斜设置，且凹岸边缘高于凸岸边缘。
这样，由于凹岸侧水流受离心力较大，故向上倾斜设置，可以更好地调整分配水流进入到高坎和低坎的水量大小，使其产生更好的冲撞消能效果。
本发明能够适用于大小水量消能，消能效果好，且结构更加简单，施工更方便，使用寿命更长。通过模型试验验证，本发明具有实际应用性良好，适应性较强，挑流方向控制性好，消能效果明显等优点。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的平面图。
图2是图1中溢洪道出口段凹岸侧边缘、凸岸侧边缘和边墙三者在和边墙相切的竖直平面上的投影示意图。
图3为图1中A-A横断面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图1至图3所示，一种水库岸边溢洪道出口消能结构，包括为明渠结构且沿水平方向弯曲设置的溢洪道出口段1，出口段1两侧为弯曲的边墙2，溢洪道出口段的出口处渠底还设置有挑流鼻坎，挑流鼻坎沿整个出口断面满布（满布是指高低坎之间以及高低坎和边墙之间未留有间隙）设置且一端为高坎3，另一端为低坎4，高坎3所在一侧边墙为凹岸，低坎4所在一侧边墙为凸岸，凹岸所在边墙的弯曲半径R小于凸岸一侧边墙的弯曲半径R0，挑流鼻坎末端出口位置布置为凹岸一侧向外延伸的长度大于凸岸一侧的斜切形式。
这样，该结构的溢洪道出口处设置为高低坎结构，使得小流量条件下水流主要从低坎挑出消能，小部分水流从高坎挑出，降低对高坎的冲击力度，延长寿命，而流量较大时水流主要通过高坎挑出，提高对水流的消能效果，而且高坎和低坎各自挑射出两个水流后，由于高坎反弧段的长度、反弧半径和挑角都大于低坎反弧段，再结合独特的弯曲边岸结构，使得高坎挑出的水流在挑射更高的同时会向低坎方向偏离并产生扩散效果，同时低坎的水流由于挑出的距离更远，而高坎挑出水舌高而近，这样就会导致高坎挑出的水流会直接在空中和低坎挑出的水流产生撞击，低坎挑出水流会从下方撞上高坎挑出水流以更好地耗散能量，同时撞击进一步扩大了水流撒落扩散的范围，降低落水冲击力度，更好地避免对下游边坡基岩的破坏；同时由于水流冲出后在空中撞击消能，比利用消力池等消能方式相比建筑物振动更小，抗振动性能更好。
图2中，R1表示高坎的反弧半径，R2表示低坎反弧半径；θ1和θ2分别表示低坎和高坎的挑角；h 表示溢洪道底表面进入挑流鼻坎之前右侧边缘与左侧边缘的高程差，箭头表示水流方向。
其中，挑流鼻坎对应所在的凹岸边墙弯曲半径小于上游和挑流鼻坎衔接段弯曲明渠凹岸边墙弯曲半径，凸岸边墙挑流鼻坎所在段和上游与挑流鼻坎衔接段边墙弯曲半径一致。
这样，该结构可以使得挑流鼻坎横断面宽度自进口位置至末端位置逐渐减小，对出水水流形成约束，更好地提高高低坎出水水流的相互冲撞效果，提高消能效果。同时，该结构可以更加方便施工。
其中，高坎和低坎之间的连接面5布置为自高坎向低坎放坡的倾斜设置。
这样，该斜向的连接面能够引导部分水流经过给连接面斜向挑出，在高坎挑出水流和低坎挑出水流之间生成一股斜向挑出呈片状的水流，三股水流在空中形成不同切入角度的立体式撞击，极大地提高了水流撞击消能的效果。
其中，连接面5上下边缘均为和边墙弯曲方向一致的曲线，且弯曲半径在凹岸边墙弯曲半径和凸岸边墙弯曲半径之间，凹岸边墙弯曲半径R小于连接面上边缘弯曲半径Ri小于连接面下边缘弯曲半径Rj小于凸岸边墙弯曲半径R0。图中Ri 表示连接面上边缘的弯曲半径、Rj表示连接面下边缘的弯曲半径。
这样，连接面自身结构不影响高坎和低坎的水流汇聚，同时利于三股出水方向正对一致以提高撞击效果。
其中，高坎3和低坎4之间的连接面5上端边缘位置具有一道沿高坎底面向低坎方向延伸形成的凸棱6。
这样，该凸棱对连接面上的水流上侧边缘产生约束效果，避免了连接面上的水流冲出连接面汇聚到高坎水流内，控制经连接面斜向冲出的水流能够形成足够的量，以使得三股水流撞击的力度适当，并产生最大程度的消能效果。
其中，溢洪道出口段进入挑流鼻坎之前的底表面为倾斜设置，且凹岸边缘高于凸岸边缘。
这样，由于凹岸侧水流受离心力较大，故向上倾斜设置，可以更好地调整分配水流进入到高坎和低坎的水量大小，使其产生更好的冲撞消能效果。

Claims (4)

1.一种水库岸边溢洪道出口消能结构，其特征在于，包括为明渠结构且沿水平方向弯曲设置的溢洪道出口段，出口段两侧为弯曲的边墙，溢洪道出口段的出口处渠底还设置有挑流鼻坎，挑流鼻坎沿整个出口断面满布设置且一端为高坎，另一端为低坎，高坎所在一侧边墙为凹岸，低坎所在一侧边墙为凸岸，凹岸所在边墙的弯曲半径小于凸岸一侧边墙的弯曲半径，挑流鼻坎末端出口位置布置为凹岸一侧向外延伸的长度大于凸岸一侧的斜切形式；高坎和低坎之间的连接面布置为自高坎向低坎放坡的倾斜设置，从而在高坎挑出水流和低坎挑出水流之间生成一股斜向挑出呈片状的水流，使得三股水流在空中形成不同切入角度的立体式撞击，进而有利于提高水流撞击消能的效果；挑流鼻坎对应所在的凹岸边墙弯曲半径小于上游和挑流鼻坎衔接段弯曲明渠凹岸边墙弯曲半径，凸岸边墙挑流鼻坎所在段和上游与挑流鼻坎衔接段边墙弯曲半径一致。
2.如权利要求1所述的一种水库岸边溢洪道出口消能结构，其特征在于，连接面上下边缘均为和边墙弯曲方向一致的曲线，且弯曲半径在凹岸边墙弯曲半径和凸岸边墙弯曲半径之间，凹岸边墙弯曲半径小于连接面上边缘弯曲半径小于连接面下边缘弯曲半径小于凸岸边墙弯曲半径。
3.如权利要求1所述的一种水库岸边溢洪道出口消能结构，其特征在于，高坎和低坎之间的连接面上端边缘位置具有一道沿高坎底面向低坎方向延伸形成的凸棱。
4.如权利要求1所述的一种水库岸边溢洪道出口消能结构，其特征在于，溢洪道出口段进入挑流鼻坎之前的底表面为倾斜设置，且凹岸边缘高于凸岸边缘。
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