一种用于重力坝坝身泄洪的挑坎

本发明属于水利水电工程，具体涉及一种用于重力坝坝身泄洪的挑坎。

背景技术：

1、为避免水利水电工程中下泄水流携带的巨大能量对下游河道造成严重冲刷，而影响边坡稳定及建筑物本身安全运行，工程上一般采取消能措施将泄洪过程中多余的能量尽可能的消散掉或分散开来，这也是工程建设中的重点和难点；由于挑流消能的方式具有结构简单、施工方便、经济效益高以及消能率高等优点，在高坝泄水建筑物中应用最为广泛。

2、其中，挑流消能是在泄水建筑物末端设挑流鼻坎，使水流向下游挑射，通过水舌在空中的扩散、紊动和掺气的作用来消除水流中的部分能量，然后再跌落到离泄水建筑物较远的河槽中，在冲刷坑和一定的尾水深度所形成的水垫中消能。随着挑流消能在高坝泄水建筑物中的广泛应用，研究消能效果好、适用不同水力条件及地形、地质条件下的挑坎形式成为关键性技术问题。目前，常用的挑流鼻坎一般可分为以下三类：

3、第一种为圆弧形连续坎，圆弧形连续坎是最为传统最为简单的型式；

4、第二种为水舌纵向扩散挑坎，如窄缝坎；

5、第三种为水舌横向扩散挑坎，如斜切坎和扭曲坎；

6、各种异型挑坎的思路都是将水舌尽可能的分散入水，以减小单位面积上的入水能量，从而减小对下游河道的冲刷。

7、但是，重力坝坝身一般较陡，水流落差大，坝身泄洪时产生的水流流速快、离心力大；若重力坝坝身采用连续挑坎，在泄洪时，出射的水流较为集中，水舌无纵向扩散，落水范围较小，入水后潜入水垫深度较大，当河床基岩软弱时容易形成较深的冲刷坑，严重的甚至会威胁建筑物的基础的稳定性；

8、若重力坝坝身采用窄缝坎，在泄洪时，出射的水流会沿泄槽的轴线纵向拉伸，两侧水舌向内侧翻转，落水范围呈一字型分布，但窄缝坎却不适用于泄水宽度较宽的重力坝，并且这种水舌两侧挑距远、中间挑距近的入水形式很受地形限制，为避免两侧水舌远端触及岸坡，必须控制挑角大小而牺牲扩散程度，导致其消能效果受到影响；

9、若重力坝坝身采用斜切坎，在泄洪时，斜切坎会扩大水舌的落水宽度，甚至需要几倍泄水建筑物宽度的空间，而重力坝这种泄槽轴线与下游河道平行的工程中，两岸的空间有限，横向扩散很容易造成水舌冲击两岸，从而产生严重的冲刷破坏。

10、此外，传统挑坎在不同的泄洪流量下挑距有较大的差异，无法灵活适应各种洪水频率，下游需要的防护范围就大大的增加，工程费用也随之增加。由此可知，现有的挑坎较难满足重力坝的泄洪需求，因此，设计一种可以较好的分散水舌、尽可能在空中消散能量，且适应性强的挑坎型式，是一个急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种用于重力坝坝身泄洪的挑坎，以解决现有技术中的挑坎较难满足重力坝的泄洪需求的技术问题。

2、本发明通过以下技术方案具体实现：

3、一种用于重力坝坝身泄洪的挑坎，包括边墙、反弧曲线段、挑坎本体和底板；

4、所述边墙有两组，两组所述边墙平行设置；

5、所述反弧曲线段和所述底板均设置在两组所述边墙之间，所述反弧曲线段和所述底板依次衔接在重力坝的泄槽直线段的出水端，且所述底板的出水端向远离所述反弧曲线段的圆心方向延伸；

6、所述挑坎本体的工作面的形状为梯形，所述挑坎本体设置在所述底板的中部，所述挑坎本体的大端与所述反弧曲线段的出水端衔接，且所述挑坎本体的工作面为向下凹陷的弧面。

7、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述挑坎本体的工作面的半径与所述反弧曲线段的工作面的半径相等，且所述挑坎本体的工作面的圆心与所述反弧曲线段的工作面的圆心重合。

8、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述反弧曲线段的工作面的半径r＝(6～12)h,h为重力坝在最高水位泄水时所述反弧曲线段最低点处的水的深度。

9、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述底板的进水端与所述反弧曲线段的工作面的圆心的连线和所述反弧曲线段的最低点与所述反弧曲线段的工作面的圆心的连线所形成的夹角θ1为5°～10°。

10、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述挑坎本体的圆心角θ2为30°～40°。

11、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，还包括分流墩，所述分流墩设置在两组所述边墙之间，所述分流墩的长度方向与所述边墙的长度方向平行，且所述分流墩由所述反弧曲线段的进水端向所述挑坎本体的小端所在的位置延伸。

12、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述分流墩的结束点与所述挑坎本体的小端的距离为d，d为0～(θ1-θ2)r/2m。

13、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述分流墩的结束点与所述挑坎本体之间的距离hd为h+hc，hc＝2～3m。

14、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述挑坎本体的数量为多个，多个所述挑坎本体依次沿所述底板的宽度方向排列设置。

15、为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，所述挑坎本体的工作面的形状为等腰梯形。

16、综上所述，本发明具有以下技术效果：

17、该挑坎中的梯形工作面的挑坎本体使水舌不仅在纵向方向具有良好的扩散效果，在横向方向也呈有较好的扩散，且由底板提前出射的水舌与由挑坎本体向远端出射的水舌形成一个近似矩形的区域，使水舌的落水范围增加，以充分的消除泄水建筑中下泄水流携带的能量，使得水舌潜入的深度减小，从而减弱水舌对下游水垫的冲击以及减小对下游岸坡和泄水建筑的稳定性的威胁，以使该挑坎能够更好的满足重力坝的泄洪需求。

技术特征：

1.一种用于重力坝坝身泄洪的挑坎，其特征在于：包括边墙(1)、反弧曲线段(2)、挑坎本体(3)和底板(4)；

2.根据权利要求1所述的挑坎，其特征在于：所述挑坎本体(3)的工作面的半径与所述反弧曲线段(2)的工作面的半径相等，且所述挑坎本体(3)的工作面的圆心与所述反弧曲线段(2)的工作面的圆心重合。

3.根据权利要求2所述的挑坎，其特征在于：所述反弧曲线段(2)的工作面的半径r＝(6～12)h,h为重力坝在最高水位泄水时所述反弧曲线段(2)最低点处的水的深度。

4.根据权利要求3所述的挑坎，其特征在于：所述底板(4)的进水端与所述反弧曲线段(2)的工作面的圆心的连线和所述反弧曲线段(2)的最低点与所述反弧曲线段(2)的工作面的圆心的连线所形成的夹角θ1为5°～10°。

5.根据权利要求4所述的挑坎，其特征在于：所述挑坎本体(3)的圆心角θ2为30°～40°。

6.根据权利要求5所述的挑坎，其特征在于：还包括分流墩(5)，所述分流墩(5)设置在两组所述边墙(1)之间，所述分流墩(5)的长度方向与所述边墙(1)的长度方向平行，且所述分流墩(5)由所述反弧曲线段(2)的进水端向所述挑坎本体(3)的小端所在的位置延伸。

7.根据权利要求6所述的挑坎，其特征在于：所述分流墩(5)的结束点与所述挑坎本体(3)的小端的距离为d，d为0～(θ1-θ2)r/2m。

8.根据权利要求7所述的挑坎，其特征在于：所述分流墩(5)的结束点与所述挑坎本体(3)之间的距离hd为h+hc，hc＝2～3m。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的挑坎，其特征在于：所述挑坎本体(3)的数量为多个，多个所述挑坎本体(3)依次沿所述底板(4)的宽度方向排列设置。

10.根据权利要求9所述的挑坎，其特征在于：所述挑坎本体(3)的工作面的形状为等腰梯形。

技术总结
本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种用于重力坝坝身泄洪的挑坎；其包括边墙、反弧曲线段、挑坎本体和底板；边墙有两组，两组边墙平行设置；反弧曲线段和底板均设置在两组边墙之间，反弧曲线段和底板依次衔接在重力坝的出水端；挑坎本体的工作面的形状为梯形，挑坎本体设置在底板的中部，挑坎本体的大端与反弧曲线段的出水端衔接，且挑坎本体的工作面为向下凹陷的弧面。该挑坎中的挑坎本体使水舌在纵向方向和横向方向均具有良好的扩散效果，且由底板提前出射的水舌与由挑坎本体向远端出射的水舌形成一个近似矩形的区域，使水舌的落水范围增加，以充分的消除泄水建筑中下泄水流携带的能量，从而减小对泄水建筑的稳定性的威胁。

技术研发人员：张建民,许唯临,邓兴富,杨敬,雷佳明,叶茂,吕海艳,雷刚
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13