CN109914359B - 一种拱坝表孔出口消能的组合结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拱坝表孔出口消能的组合结构，包括设置于拱坝溢流面上的两个中墩和两个边墩，两个边墩位于两个中墩的外侧，两个中墩之间形成溢流中孔，每个边墩与相邻的中墩之间形成溢流边孔，溢流中孔具有中孔坡面，溢流边孔具有边孔坡面。由于中孔出口由上游至下游方向逐渐收缩，将水平上的窄缝消能和竖向的跌流消能进行组合。由于边孔坡面的尾端上扬，扭曲侧壁由上游至下游逐渐朝溢流中孔弯曲，水流在上抛的同时向内抛，将水流挑向河床中心，减轻或避免了对下游边坡或边墙的冲刷，并使两个边孔出口流出的水流相互冲击抵消动能。通过将溢流边孔与溢流中孔的水流的落水点错开，减轻了对下游河床的冲刷。
Description
技术领域
本发明涉及拱坝技术领域，特别是涉及一种拱坝表孔出口消能的组合结构。
背景技术
水利水电工程的泄流布置与消能方式的选择，取决于诸多因素，如地形、地质、水文和水力学条件、坝型坝高等。泄流建筑物的布置方式总体上可分为坝身式、岸边式及坝身与岸边组合式三种。如何对高拱坝进行泄流及对消能建筑物进行布置，保证泄流建筑物安全运行，减轻水流对下游河道的冲刷，是高拱坝设计的关键技术问题之一。尤其是高坝、窄河床、大流量的拱坝枢纽工程，坝身式布置型式是泄流设施研究的关键。
坝身的泄洪布置形式多为表孔、中孔和底孔型式，表孔作为主要泄流建筑物，具有超泄能力强的特点，出口消能也多采用横向扩散或纵向拉伸的消能方式，但是对于泄量大、河道狭窄的枢纽，如何限制坝身泄流水流的入水宽度，减免入水点对河道的冲刷是表孔出口消能设计的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种拱坝表孔出口消能的组合结构，用以限制坝身泄流水流的入水宽度，减轻水流对下游河道的冲刷。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种拱坝表孔出口消能的组合结构，包括设置于拱坝溢流面上的两个中墩和两个边墩，两个所述边墩位于两个所述中墩的外侧，两个所述中墩之间形成溢流中孔，每个所述边墩与相邻的所述中墩之间形成溢流边孔，所述溢流中孔具有中孔坡面，所述溢流边孔具有边孔坡面，所述中孔坡面的纵剖面由上游至下游依次为第一椭圆曲线段、第一幂曲线段和第一直线段且圆滑过渡，所述第一椭圆曲线段与所述第一幂曲线段的连接点处为最高点且切线水平，所述第一直线段处的所述溢流中孔的两个侧壁为收缩壁，两个所述收缩壁之间为中孔出口，所述中孔出口由上游至下游方向逐渐收缩，所述边孔坡面的纵剖面由上游至下游依次为第二椭圆曲线段、第二幂曲线段、连接圆弧段和第二直线段且圆滑过渡，所述第二椭圆曲线段与所述第二幂曲线段的连接点处为最高点且切线水平，所述连接圆弧段的尾端和所述第二直线段上扬，所述连接圆弧段的尾端和所述第二直线段处的所述溢流边孔的两个侧壁为扭曲侧壁，两个所述扭曲侧壁之间为边孔出口，所述扭曲侧壁由上游至下游逐渐朝所述溢流中孔弯曲。
优选地，所述溢流边孔为等宽边孔，两个所述扭曲侧壁的横截面为同心圆弧。
优选地，所述同心圆弧对应的圆心角为10°。
优选地，所述同心圆弧的半径为4～6倍所述溢流边孔的宽度。
优选地，所述第一直线段向下倾斜25°～35°。
优选地，所述收缩壁与所述溢流中孔的中心面的夹角为6°～8°。
优选地，所述连接圆弧段的半径为15m～20m。
优选地，所述第二直线段与水平方向的夹角为20°～25°。
优选地，所述第二直线段的长度为1m～2m。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)中孔出口由上游至下游方向逐渐收缩，将水流纵向拉伸，也增加了水流在空中的消能；
(2)溢流边孔采用圆弧挑流消能，将下泄的急流抛向空中，增加了水流在空中的消能；
(3)扭曲侧壁由上游至下游逐渐朝溢流中孔弯曲，将水流挑向河床中心，减轻或避免了对下游边坡或边墙的冲刷；
(4)溢流边孔采用等宽挑流消能、溢流中孔采用收缩跌流消能，将溢流边孔与溢流中孔的水流的落水点错开，减轻了对下游河床的冲刷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明拱坝表孔出口消能的组合结构的俯视图；
图2为本发明拱坝表孔出口消能的组合结构的横向剖视图；
图3为中孔坡面的纵向剖视图；
图4为边孔坡面的纵向剖视图；
附图标记说明：1-中墩；2-边墩；3-中孔坡面；31-第一椭圆曲线段；32-第一幂曲线段；33-第一直线段；4-边孔坡面；41-第二椭圆曲线段；42-第二幂曲线段；43-连接圆弧段；44-第二直线段；5-收缩壁；6-扭曲侧壁。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种拱坝表孔出口消能的组合结构，用以限制坝身泄流水流的入水宽度，减轻水流对下游河道的冲刷。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-4所示，本实施例提供一种拱坝表孔出口消能的组合结构，包括设置于拱坝溢流面上的两个中墩1和两个边墩2，两个边墩2位于两个中墩1的外侧，两个中墩1之间形成溢流中孔，每个边墩2与相邻的中墩1之间形成溢流边孔。其中，图1与图2的视角皆为俯视方向。
具体的，溢流中孔具有中孔坡面3，中孔坡面3的纵剖面由上游至下游依次为第一椭圆曲线段31、第一幂曲线段32和第一直线段33且圆滑过渡，第一椭圆曲线段31与第一幂曲线段32的连接点处为最高点且切线水平。第一直线段33处的溢流中孔的两个侧壁为收缩壁5，两个收缩壁5之间为中孔出口。中孔出口由上游至下游方向逐渐收缩。溢流边孔具有边孔坡面4，边孔坡面4的纵剖面由上游至下游依次为第二椭圆曲线段41、第二幂曲线段42、连接圆弧段43和第二直线段44且圆滑过渡，第二椭圆曲线段41与第二幂曲线段42的连接点处为最高点且切线水平。连接圆弧段43的尾端和第二直线段44上扬，连接圆弧段43的尾端和第二直线段44处的溢流边孔的两个侧壁为扭曲侧壁6，两个扭曲侧壁6之间为边孔出口。扭曲侧壁6由上游至下游逐渐朝溢流中孔弯曲。边孔坡面4倾斜设置，使边孔坡面4与中孔坡面3斜切。
本实施例的拱坝表孔出口消能的组合结构在使用时，拱坝内的水经一个溢流中孔和两个溢流边孔向外流出。水在溢流中孔内流动时，在流过中孔坡面3的最高点后顺着第一幂曲线段32和第一直线段33向下流动。由于中孔出口由上游至下游方向逐渐收缩，将水平上的窄缝消能和竖向的跌流消能进行组合。水在溢流边孔内流动时，在流过边孔坡面4的最高点后顺着第二幂曲线段42向下流动，并经连接圆弧段43和第二直线段44将下泄的急流抛向空中，增加了水流在空中的消能。由于扭曲侧壁6由上游至下游逐渐朝溢流中孔弯曲，水流在上抛的同时向内抛，将水流挑向河床中心，减轻或避免了对下游边坡或边墙的冲刷，并使两个边孔出口流出的水流相互冲击抵消动能，实现水平上的“扭曲+斜切”和竖向的挑流消能的组合。由于溢流边孔采用挑流消能、溢流中孔采用收缩跌流消能，将溢流边孔与溢流中孔的水流的落水点错开，减轻了对下游河床的冲刷。
进一步的，本实施例的溢流边孔为等宽边孔，两个扭曲侧壁6的横截面为同心圆弧。同心圆弧对应的圆心角优选为10°，同心圆弧的半径为4～6倍溢流边孔的宽度。本实施例中，连接圆弧段43的半径为15m～20m，第二直线段44与水平方向的夹角为20°～25°，第二直线段44的长度为1m～2m。
更进一步的，本实施例的溢流中孔的第一直线段33向下倾斜25°～35°，收缩壁5与溢流中孔的中心面的夹角为6°～8°。
需要说明的是，本实施例对拱坝表孔出口消能的组合结构的长度和角度进行了举例说明，本领域技术人员也可根据实际需要选择其它的长度和角度，只要能实现本实施例的组合消能原理即可。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种拱坝表孔出口消能的组合结构，其特征在于，包括设置于拱坝溢流面上的两个中墩和两个边墩，两个所述边墩位于两个所述中墩的外侧，两个所述中墩之间形成溢流中孔，每个所述边墩与相邻的所述中墩之间形成溢流边孔，所述溢流中孔具有中孔坡面，所述溢流边孔具有边孔坡面，所述中孔坡面的纵剖面由上游至下游依次为第一椭圆曲线段、第一幂曲线段和第一直线段且圆滑过渡，所述第一椭圆曲线段与所述第一幂曲线段的连接点处为最高点且切线水平，所述第一直线段处的所述溢流中孔的两个侧壁为收缩壁，两个所述收缩壁之间为中孔出口，所述中孔出口由上游至下游方向逐渐收缩，所述边孔坡面的纵剖面由上游至下游依次为第二椭圆曲线段、第二幂曲线段、连接圆弧段和第二直线段且圆滑过渡，所述第二椭圆曲线段与所述第二幂曲线段的连接点处为最高点且切线水平，所述连接圆弧段的尾端和所述第二直线段上扬，所述连接圆弧段的尾端和所述第二直线段处的所述溢流边孔的两个侧壁为扭曲侧壁，两个所述扭曲侧壁之间为边孔出口，所述扭曲侧壁由上游至下游逐渐朝所述溢流中孔弯曲；
所述第一直线段向下倾斜25°～35°；所述收缩壁与所述溢流中孔的中心面的夹角为6°～8°。
2.根据权利要求1所述的拱坝表孔出口消能的组合结构，其特征在于，所述溢流边孔为等宽边孔，两个所述扭曲侧壁的横截面为同心圆弧。
3.根据权利要求2所述的拱坝表孔出口消能的组合结构，其特征在于，所述同心圆弧对应的圆心角为10°。
4.根据权利要求2所述的拱坝表孔出口消能的组合结构，其特征在于，所述同心圆弧的半径为4～6倍所述溢流边孔的宽度。
5.根据权利要求1所述的拱坝表孔出口消能的组合结构，其特征在于，所述连接圆弧段的半径为15m～20m。
6.根据权利要求1所述的拱坝表孔出口消能的组合结构，其特征在于，所述第二直线段与水平方向的夹角为20°～25°。
7.根据权利要求1所述的拱坝表孔出口消能的组合结构，其特征在于，所述第二直线段的长度为1m～2m。
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