碾压混凝土重力坝台阶消能设计探讨

以往的碾压混凝土重力坝设计中,存在因溢流坝段和非溢流坝段坝体断面不同而制约坝体混凝土连续施工的问题。为解决这个问题,文章结合工程实例,采用溢流坝段和非溢流坝相同断面的台阶式溢流坝的设计方法;同时,对台阶式消能和常规泄槽消能两种方案的消能效率做了一个定量分析比较。计算结果表明:台阶式溢流坝能较好的解决制约碾压混凝土连续施工的问题;台阶消能的消能效率远高于常规泄槽,能减小下游消能工的尺寸,节省工程投资。     

台阶式溢流坝面水力消能计算方法探析

文章结合河南省内乡县打磨岗灌区烟草水源工程雲露湖水库碾压混凝土大坝台阶式溢流坝面设计,采用两种计算方法,对三种不同台阶尺寸的坝面消能效果进行了水力计算。其结果表明,台阶式溢流坝在一定的下泄流量范围内,由于台阶间形成强烈的横向漩滚、水流掺气,显著提高了坝面的消能效果,但随着泄量的增大,消能率逐渐降低,也即小流量情况下消能效果好,大流量情况下消能效果差,故台阶式溢流坝适宜在单宽流量不大的情况下采用。     

台阶式溢流坝及其消能

对陡槽、鱼道、台阶式溢流坝等不同建筑物相当大糙率情况下的消能情况比较证明，台阶式溢流坝的工作情况具有许多特性，需要进行专门的试验研究。以光滑流线型堰顶的台阶式溢流堰的水力工作状况作了研究，介绍了试验装置，估算溢流面上水头损失的方法，溢流面构造及研究成果，并得出了一些结论。     

台阶式溢流坝在光明水电站二期工程中的应用

光明水电站二期工程泄洪建筑物采用台阶式溢流坝的型式,坝面消能率达50％以上,消能效果好,节省了下游消能工的工程投资。     

台阶式溢流坝的消能试验与计算

对台阶式溢流坝进行了不同比尺、不同台阶高度的水力模型试验。试验成果分析表明，不同比尺模型的消能率一致性较好。同时，从台阶式溢流坝因下游坝面台阶的存在，增加了下游坝面糙率的观点出发，求得了台阶式溢流坝消能率的计算公式，可用于台阶式溢流坝消能率及其坝下游水流衔接计算。     

东西关水电站右岸溢流坝断面的试验研究

东西关水电站右岸溢流坝选用台阶式溢流坝，根据对溢流坝断面模型进行的流态、消能效果与台阶上时均压力分布的试验研究表明，该坝面采用台阶式是可行的，在一定流量范围内，由于水流自掺气的形成，显著提高了溢流坝面的消能效果，台阶上的时均负压一般不大，在合理的运行条件下，坝面不会发生空蚀破坏，台阶上也可不设通气设施。     

台阶式溢流坝中小流量流态改善方式研究

台阶式溢流坝有显著的掺气效果和消能效果,目前在中小型工程中广泛应用。但是台阶式溢流坝在小流量浅水深的工况下,坝面上流态较差,呈现跌流或者过渡流态,容易形成水翅和水流跃离现象。为了解决上述问题,本文结合某工程通过水工模型试验研究对台阶起始端的体型进行优化,结果表明优化方案能够很好地改善较小流量时的过渡流态。     

DRJ工程中孔台阶式溢流坝段试验研究及应用

对中孔台阶式溢流坝水工模型试验的研究成果进行了介绍,通过水工模型试验对中孔台阶式溢流坝堰面及台阶高度进行验证,抛物线型堰面及台阶高度设计合理。台阶式溢流坝的泄流能力略小于设计泄流能力,沿线均为正压,仅在弧门后处出现负压,但负压值较小,不会出现空蚀破坏;随着下泄流量增加台阶上深增大,单宽流量小于20 m3/(s·m)时台阶消能挑流消能效果较好。试验结果已被设计单位采用。     

台阶式溢流坝水力特性初探

本文结合嘉陵江东西关水电站枢纽右岸台阶式溢流坝坝型，对四种不同台阶型式坝面的流态、消能效果及台阶上时均压力分布进行了实验研究。其结果表明，台阶式溢流坝在一定的下泄流量范围内，由于台阶间形成强烈的横向漩滚．水流掺气．显著提高了坝面的消能效果，台阶上的时均负压值一般不大，但在较大的单宽流量下，由于坝回流速较大，仍易发生主化现象，故台阶式溢流坝适宜在单宽流量不大的情况下采用。     

台阶式溢洪道的消能及其应用价值的探讨

作者总结了溢洪道消能率的计算公式、消能率的影响因素、台阶式溢洪道的适用范围;对某水库的台阶式溢洪道和光滑面溢洪道的两个方案在消能效果、消力池长度等方面进行比较,分析了这两种方案各自的特点。结果表明,台阶式溢洪道消能主要集中在台阶段,而且相对于光滑面溢洪道,大大缩短了消力池的长度,降低了投资。     

台阶坝面消能水气两相流数值模拟

 采用VOF法模拟自由表面,用非结构网格来处理复杂的边界形状,并根据边界形式进行适当的分区,利用k-ε气液两相流模拟光面和台阶溢流面的流场,得到了溢流面的流场、水面线以及消能率等相关水力参数。数值模拟试验结果表明,台阶溢流坝面水流紊动掺气充分,消能率较高,并与物理模型试验结果进行对比分析,二者吻合良好。     

台阶式溢洪道的消能及其应用价值的探讨

文中总结了溢洪道消能率的计算公式、消能率的影响因素、台阶式溢洪道的适用范围；对某水库的台阶式溢洪道和光滑面溢洪道的两个方案在效能效果、消力池长度等方面进行比较，分析了这两种方案各自的特点。结果表明，台阶式溢洪道消能主要集中在台阶段，而且相对于光滑面溢洪道，大大缩短了消力池的长度，降低了投资。     

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的紊流数值模拟

宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的坝面泄流形式是我国科技工作者提出的新型水工设施,已在实际工程中有所应用,但缺少数值计算成果。阐述了针对这种极其复杂的坝面形式进行的数值模拟,计算了设计和正常水位条件下的水力特性和宽尾墩进出口处的紊动能以及耗散率,数值计算结果与试验数据基本吻合。数值计算时单宽过量已达141m3/s·m,对宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的方式有必要进行更深入的研究。     

惠州抽水蓄能电站上库溢流坝阶梯消能试验研究

介绍惠州抽水蓄能电站工程概况,建议将上库溢流坝挑流消能改为底流消能方式。通过水力模型试验研究,推荐溢流坝采用“坝面削角阶梯+底流消力池”的联合消能方案。试验表明,削角阶梯坝面末端泄流的动能只占相应光滑坝面动能的30％以下,相应动能消能率达70％以上,消能效果较显著,大幅度减小了溢流坝下游消力池的尺寸和工程量。     

淤地坝坝面过水试验研究

作者提出应用土工膜衬护,直接在淤地坝坝面设置溢洪道的坝面过水技术方案,并以宋家沟试验淤地坝为依托工程,进行了现场大型试验.试验研究了平底式与阶梯式两种过水方案.试验结果表明：同等条件下,平底式方案末端最高流速达10.7m/s,而阶梯式方案则为3.1m/s,说明阶梯式方案具有较好的消能作用;在上述流速下,两种方案的结构整体稳定,说明土工膜的铺设结构形式与固定方法是合适的;从耐磨抗冲刷性能看,土工膜抗碎石的耐磨性尚待进一步研究;从施工难度、土工膜用量和成本等方面比较,平底方案具有较大的优越性.     

HYDRAULIC PERFORMANCES OF SKIMMING FLOW OVER STEPPED SPILLWAY

Hydraulic performances of skimming flow over stepped spillway was studied by means of hydraulic model experiment. The stepped spillway is a modification of the WES (Waterways Experiment Station) standard spillway. The main objective of the experiment was to study the performances of skimming flow over stepped spillway, which include the skimming flow regime, the flow depth on the spillway , the effect of air en-trainment and the energy dissipation. Presented in this paper, the experimental results indicated that the stepped spillway is more effective at dissipating energy, the dissipation ratio decreases with increasing discharge, and the free surface air entrainment on stepped spillway occurs much more upstream than on smooth spillway.     

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明：在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。     

土卡河水电站泄洪消能设计

云南土卡河水电站是一个中型水电工程,拦河坝为碾压混凝土重力坝。在参考国内中型水电站的泄洪消能设计经验后,结合土卡河的洪水、地质条件、尾水条件及枢纽布置特点,在施工详图阶段,对枢纽的泄洪消能方式进行了优化,采取了台阶式溢流坝面加平尾墩及戽式消力池方案,水工模型试验表明该方案是合理的。     

淤地坝柔性溢洪道泄流模型试验研究

本文提出了一种新型复合PET材料以及柔性溢洪道布置型式,该材料具有良好的抗水流冲刷及防止土颗粒流失特性。进行了光滑、台阶两种型式柔性溢洪道泄流模型试验,作为对比试验还进行了无防护条件的坝体泄流模型试验。对比分析了光滑及台阶溢洪道的泄洪水流流态、消能率,结果表明柔性台阶溢洪道消能率明显高于光滑溢洪道。泄流前、后溢洪道的变形结果表明,两种溢洪道变形都很小,未发生破坏,结构稳定性良好。综合分析认为,柔性台阶溢洪道更适合工程应用。无防护条件的坝体泄流试验表明,在没有溢洪道保护的条件下,土坝坝体是不具备过水能力的,溢洪道保护坝体的作用明显。研究结果对柔性溢洪道向淤地坝工程推广提供了技术支撑。