专利名称：一种燕尾形挑坎的制作方法
技术领域：
本发明属于水利工程中泄水建筑物下游修建的消能挑坎技术领域，具体涉及一种
燕尾形挑坎。
背景技术：
挑流消能是在泄水建筑物的下游修建一挑坎，以利用下泄水流的巨大动能即流 速，将水流挑入空中，然后降落在远离建筑物的下游。由于水流出挑坎后失去固体边界(侧 墙)的约束，于是在湍动及空中阻力的作用下先损失一小部分动能，而大部分能量则是在 水舌进入下游水体后，与下游水体相互碰撞、混掺，加之水的粘滞性，在强剪切及强紊动的 作用下将动能转化为热能而耗散掉。这种方式是中高水头泄水建筑物中常采用的一种消能 方式，其最大的优点就是构造简单，便于维修，工程造价相对较少。 现有的挑坎可分为两类， 一类是斜切挑坎，另一类是窄缝挑坎。当下游河道较狭窄 时，为了避免水舌扩散对两侧岸坡的冲刷，常常采用窄缝挑坎，如图l所示。窄缝挑坎主要 是通过侧墙的收縮，强迫水流的平面宽度减小而实现的，一方面使水流沿纵向拉伸，避免冲 击两岸，另一方面通过减小水舌入水处的单位宽度的流量，从而减弱水流对下游河道的冲 刷。 但由于水流的压縮性很小，随着压縮后水流平面宽度的减小，水流会在竖直方向 不断升高，最终形成一股窄深式的水流从挑坎末端射出，如图2所示。根据窄缝挑坎可使水 流在纵向拉伸的原理可知，收縮的侧墙必将受到水流的冲击作用，特别是在水流速度很高 的情况下，冲击压力可达到3 4个大气压强，这将对侧墙的结构安全造成极大的威胁，并 且由于水流在竖向高度的增加，使得侧墙的高度也必将随之升高(见图3)，有的甚至超过 30m高度，而挑坎往往又修建在基础较差的山坡上，这不仅给结构设计和修建带来较大的困 难，而且还要增加修建成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有窄缝挑坎存在的缺陷，提供一种燕尾形挑坎，该燕尾形
挑坎既不会对侧墙施加额外的冲击力，还可大大降低结构设计和修建的难度。 本发明提供的燕尾形挑坎，该挑坎是由底板和沿底板两侧竖立的侧墙构成，其特
征在于该挑坎靠侧墙两侧的底板为上翘的曲面底板，而中部沿纵向部分的底板则向下斜伸
出，且曲面底板两内边缘与斜伸底板的两外边缘之间也设置有竖立的侧墙。
由于本发明提供的这种挑坎，从平面上看形似燕尾，如图4所示，故曰燕尾形挑
坎。本发明提供的这种挑坎在使用时，流经该挑坎中间的水流首先会从向下斜伸底板所形
成的缺口处出射，使流经上翘的曲面底板并位于缺口两侧的水体沿缺口形成临空面，并在
水体的左、右侧出现压差，因此流经两边上翘的曲面底板的水流在沿挑坎向前运动的过程
中会因水体内部的压差而出现流向的偏转，并逐渐从缺口处出射，最后只有一小部分水体
从两边上翘的曲面底板的末端射出，从而整体上形成窄缝水舌，如图6所示。由于在形成这种窄缝水舌的过程中，水流方向的改变是通过自身压差实现的，不会对侧墙施加额外的 冲击力，因此侧墙受力较小， 一般情况下侧墙受力不会超过一个大气压，当然就不会对侧墙 的结构安全造成威胁。另一方面，因受力侧墙(曲面底板两内边缘与斜伸底板的两外边缘 之间设置的竖立侧墙是不受力的)的高度极为有限，故而可大大降低结构设计和修建的难度。 本发明与斜切挑坎相比，"燕尾"形挑坎能够使水流纵向拉伸，减轻入射水流对河 床底板及岸边的冲击作用。 本发明与窄缝挑坎相比，"燕尾"形挑坎出口起挑水舌的水深可大大减小，侧墙的 结构难度和工程量随之减小，工程施工难度也就相应降低。 为了更好地达到发明目的，本发明还可根据各种不同的地质条件和水力条件，如 落水区的地质构造、地貌特征情况及落水点的位置、入水范围、最大岸边抗冲流速等因素， 采用以下技术措施调整挑坎的体型 1 、将该燕尾形挑坎中部向下斜伸的底板平面形状设计为梯形。 2、将该燕尾形挑坎两侧墙和与之相连的底板的长度设计为= L2或< L2或
> L2。 3、将该燕尾形挑坎靠侧墙两侧上翘的曲面底板设计为等曲率或非等曲率的曲面 或扭曲面。
图1为现有的窄缝挑坎的体型俯视结构示意图； 图2为现有的窄缝挑坎的水舌形态示意图； 图3为现有的窄缝挑坎的体型侧视结构示意图； 图4为本发明提供的燕尾形挑坎的体型俯视结构示意图； 图5为本发明提供的燕尾形挑坎的体型剖视结构示意图； 图6为本发明提供的燕尾形挑坎的水舌形态示意图； 图7为本发明提供的另一种燕尾形挑坎的体型俯视结构示意图； 图8为本发明提供的另一种燕尾形挑坎的体型剖视结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图给出实施例以对本发明作出进一步说明，但所给出的实施例不能理 解为对本发明保护范围的限制，因而本专业的技术人员根据上述本发明的内容和设计思想
所作出的非本质的改进和调整也应属于本发明的保护范围。
实施例1 如图4、5所示，本实施例给出的燕尾形挑坎是由底板1、l'和沿底板两侧竖立的侧 墙2、2'构成。 其中底板1、1'由两部分组成，一部分为靠侧墙2两侧上翘的等曲率曲面底板1， 而另一部分为中部沿纵向延伸并平面形状为梯形且向下斜伸出的底板l'，且曲面底板1两 内边缘与斜伸底板1'的两外边缘之间也设置有竖立的侧墙2'。该燕尾形挑坎两侧墙2、2' 和与之相连的底板1、1'的长度^ = L2。
实施例2 如图7、8所示，本实施例给出的燕尾形挑坎也是由底板1、l'和沿底板两侧竖立的 侧墙2、2'构成。 其中底板1、1'由两部分组成，一部分为靠侧墙2两侧上翘的非等曲率0^<尺2) 曲面底板l，而另一部分为中部沿纵向延伸并平面形状为梯形且向下斜伸出的底板l'，且
曲面底板i两内边缘与斜伸底板r的两外边缘之间也设置有竖立的侧墙2'。该燕尾形挑
坎两侧墙2、2'和与之相连的底板1、1'的长度< L2。
权利要求
一种燕尾形挑坎，该挑坎是由底板(1、1’)和沿底板两侧竖立的侧墙(2、2’)构成，其特征在于该挑坎靠侧墙(2)两侧的底板为上翘的曲面底板(1)，而中部沿纵向部分的底板(1’)则向下斜伸出，且曲面底板(1)两内边缘与斜伸底板(1’)的两外边缘之间也设置有竖立的侧墙(2’)。
2. 根据权利要求i所述的燕尾形挑坎，其特征在于中部向下斜伸的底板(r )平面形 状为梯形。
3. 根据权利要求1或2所述的燕尾形挑坎，其特征在于两侧墙(2、2')和与之相连的 底板(1、1，)长度L! = L2或L! < L2或L! > L2。
4. 根据权利要求1或2所述的燕尾形挑坎，其特征在于靠侧墙(2)两侧上翘的曲面底 板(1)为等曲率或非等曲率的曲面或扭曲面。
5. 根据权利要求3所述的燕尾形挑坎，其特征在于靠侧墙(2)两侧上翘的曲面底板 (1)为等曲率或非等曲率的曲面或扭曲面。
全文摘要
本发明公开的燕尾形挑坎，该挑坎是由底板和沿底板两侧竖立的侧墙构成，其特征在于该挑坎靠侧墙两侧的底板为上翘的曲面底板，而中部沿纵向部分的底板则向下斜伸出，且曲面底板两内边缘与斜伸底板的两外边缘之间也设置有竖立的侧墙。该燕尾形挑坎的两侧墙和与之相连的底板的长度可设计为L1＝L2或L1＜L2或L1＞L2；曲面底板设计为等曲率的曲面或扭曲面。本发明公开的燕尾形挑坎不仅能够使水流纵向拉伸，减轻入射水流对河床底板及岸边的冲击作用，起挑水舌的水深可大大减小，因而侧墙受力小，高度低，工程量小，工程施工难度也相应降低，可在河对岸地质条件较为复杂的情况下，对河床及岸边边坡起到重要的保护作用。
文档编号E02B3/10GK101748713SQ20091026356
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者刘善均, 周忠, 张建民, 张法星, 曲景学, 王韦, 田忠, 许唯临, 邓军 申请人:四川大学