(精品)水利工程第四章.ppt

第第第第4 4 4 4章章章章 泄水建筑物泄水建筑物泄水建筑物泄水建筑物用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。保证坝和其他建筑物的安全。第一节第一节 泄水建筑物的作用与分类泄水建筑物的作用与分类按功能可分为以下三类：按功能可分为以下三类：按功能可分为以下三类：按功能可分为以下三类：（1 1）泄洪建筑物（溢洪道、泄洪）泄洪建筑物（溢洪道、泄洪隧洞）隧洞）（2 2）泄水孔（或放水孔）泄水孔（或放水孔）（3 3）施工泄水道）施工泄水道 （1 1）坝顶溢流式）坝顶溢流式 （2 2）大孔口溢流式）大孔口溢流式 （3 3）坝身泄水孔）坝身泄水孔 （4 4）明流泄水道）明流泄水道 （5 5）泄水隧洞）泄水隧洞 泄水建筑物按泄水方式分为：泄水建筑物按泄水方式分为：第二节第二节 溢洪道溢洪道 1）必须有足够的泄水能力；）必须有足够的泄水能力；2）运用必须灵活可靠；）运用必须灵活可靠；3）必须保证下游河床不产生危）必须保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。及坝体安全的局部冲刷。根据溢洪道在枢纽中的根据溢洪道在枢纽中的布置的位置，可分为两类：布置的位置，可分为两类：1 1）河床式溢洪道）河床式溢洪道2 2）河岸式溢洪道）河岸式溢洪道一、一、一、一、河床式溢洪道（溢流坝）河床式溢洪道（溢流坝）河床式溢洪道（溢流坝）河床式溢洪道（溢流坝）溢流坝既是挡水建筑物又是溢流坝既是挡水建筑物又是溢流坝既是挡水建筑物又是溢流坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物，除应满足稳定和强泄水建筑物，除应满足稳定和强泄水建筑物，除应满足稳定和强泄水建筑物，除应满足稳定和强度要求外，还需要满足泄水的要度要求外，还需要满足泄水的要度要求外，还需要满足泄水的要度要求外，还需要满足泄水的要求求求求。（一）溢流坝孔口设计（一）溢流坝孔口设计 包括泄水前缘总宽度、堰顶高程以及孔包括泄水前缘总宽度、堰顶高程以及孔口数目和尺寸。口数目和尺寸。(2)(2)坝顶溢流式坝顶溢流式(1)(1)大孔口溢流式大孔口溢流式溢流面曲线溢流面曲线溢流面曲线溢流面曲线溢流面曲线由顶部曲线溢流面曲线由顶部曲线溢流面曲线由顶部曲线溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段、中间直线段和下部反弧段、中间直线段和下部反弧段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。段三部分组成。段三部分组成。段三部分组成。XY溢流面曲线由顶部曲线段、中溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。间直线段和下部反弧段三部分组成。（二）溢流坝的下游联接（二）溢流坝的下游联接（二）溢流坝的下游联接（二）溢流坝的下游联接4.4.4.4.消力戽消能消力戽消能消力戽消能消力戽消能1.1.1.1.挑流消能挑流消能挑流消能挑流消能2.2.2.2.底流式消能底流式消能底流式消能底流式消能3.3.3.3.面流消能面流消能面流消能面流消能溢流坝常用的消能方式溢流坝常用的消能方式 通过坝体的下泄水流具有很大的能量，当水位通过坝体的下泄水流具有很大的能量，当水位差为差为40m40m时，单宽流量时，单宽流量q=50q=50秒立方米，一米宽河床秒立方米，一米宽河床内的水流动能可达内的水流动能可达2400024000匹马的力量，如此巨大的匹马的力量，如此巨大的能量主要消耗于两个方面：能量主要消耗于两个方面：1 1、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；漩涡；2 2、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；当冲刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全；当冲刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全；消能设计原则：消能设计原则：1 1尽量增加水流的内部紊动尽量增加水流的内部紊动 2 2限制水流对河床的冲刷范围限制水流对河床的冲刷范围底流消能底流消能 在坝趾下在坝趾下游设消力池、游设消力池、消力坎等，通消力坎等，通过水流的内部过水流的内部摩擦、掺气和摩擦、掺气和撞击消耗能量。撞击消耗能量。挑流消能示意图挑流消能示意图利用鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺利用鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成旋滚，消耗能量约旋滚，消耗能量约2020。起初冲刷河床，形。起初冲刷河床，形成冲坑，达一定深度后，水垫加厚冲坑趋于成冲坑，达一定深度后，水垫加厚冲坑趋于稳定。稳定。工作原理：利用戽坎在水下的特点，工作原理：利用戽坎在水下的特点，使水流分别在戽内和戽后漩滚，形成使水流分别在戽内和戽后漩滚，形成“三滚一浪三滚一浪”，进而达到消能目的。，进而达到消能目的。消力戽消能示意图消力戽消能示意图河岸溢洪道的适用条件：河岸溢洪道的适用条件：1 1、河谷狭窄，洪峰流量大，、河谷狭窄，洪峰流量大，采用河床布置有困难；采用河床布置有困难；2 2、坝体不宜作河床溢洪道；、坝体不宜作河床溢洪道；3 3、有垭口地形；、有垭口地形；4 4、利用施工导流洞改建。、利用施工导流洞改建。二、岸边溢洪道二、岸边溢洪道二、岸边溢洪道二、岸边溢洪道岸边溢洪道的形式岸边溢洪道的形式岸边溢洪道的形式岸边溢洪道的形式 1 1 1 1、正槽式溢洪道、正槽式溢洪道、正槽式溢洪道、正槽式溢洪道2 2 2 2、侧槽式溢洪道、侧槽式溢洪道、侧槽式溢洪道、侧槽式溢洪道3 3 3 3、竖井式溢洪道、竖井式溢洪道、竖井式溢洪道、竖井式溢洪道4 4 4 4、虹吸式溢洪道、虹吸式溢洪道、虹吸式溢洪道、虹吸式溢洪道5 5 5 5、泄洪隧洞、泄洪隧洞、泄洪隧洞、泄洪隧洞正槽式溢洪道正槽式溢洪道竖井式溢洪道竖井式溢洪道虹吸式溢洪道虹吸式溢洪道侧槽溢洪道侧槽溢洪道正槽式溢洪道由进水渠、控正槽式溢洪道由进水渠、控正槽式溢洪道由进水渠、控正槽式溢洪道由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施制段、泄槽、消能防冲设施制段、泄槽、消能防冲设施制段、泄槽、消能防冲设施和尾水渠等和尾水渠等和尾水渠等和尾水渠等5 5 5 5部分组成。部分组成。部分组成。部分组成。土石坝枢纽正槽式溢洪道布置土石坝枢纽正槽式溢洪道布置进进水水渠渠控制段控制段 泄泄槽槽 消能防冲设施消能防冲设施 尾尾水水渠渠 水流水流正槽溢洪道整体布置图正槽溢洪道整体布置图引水渠引水渠控控制制段段泄泄水水槽槽消消能能设设施施尾水渠尾水渠三、泄洪隧洞三、泄洪隧洞 四、紧急溢洪道四、紧急溢洪道四、紧急溢洪道四、紧急溢洪道（1 1 1 1）漫顶自溃式）漫顶自溃式）漫顶自溃式）漫顶自溃式（2 2 2 2）引冲自溃式）引冲自溃式）引冲自溃式）引冲自溃式（3 3 3 3）爆破引溃式）爆破引溃式）爆破引溃式）爆破引溃式第三节第三节第三节第三节 泄水孔泄水孔泄水孔泄水孔 1、预泄库水，增大水库调蓄能力；、预泄库水，增大水库调蓄能力；2、放空水库以便检修；、放空水库以便检修；3、排放泥沙，减少水库淤积；、排放泥沙，减少水库淤积；4、随时向下游放水，满足航运或灌溉等要求；、随时向下游放水，满足航运或灌溉等要求；5、施工导流。、施工导流。1.1.1.1.坝身泄水孔坝身泄水孔坝身泄水孔坝身泄水孔 2.2.2.2.管式泄水孔管式泄水孔管式泄水孔管式泄水孔 3.3.3.3.分级卧管式泄水孔分级卧管式泄水孔分级卧管式泄水孔分级卧管式泄水孔1、坝身泄水孔是设置在砼坝中的、坝身泄水孔是设置在砼坝中的深式泄水孔深式泄水孔由由进口段进口段、管道管道和和出出口段口段三部三部分组成分组成莫桑比克莫桑比克卡博拉巴萨拱坝卡博拉巴萨拱坝（上翘型中孔）（上翘型中孔）2 2、管式泄水孔：在土石坝枢纽中，当、管式泄水孔：在土石坝枢纽中，当泄水量不大或地质条件不适于开凿隧洞泄水量不大或地质条件不适于开凿隧洞时，常采用设置在坝基中的管式泄水孔时，常采用设置在坝基中的管式泄水孔泄水。泄水。3 3、分级卧管式泄水孔：主要应用在小、分级卧管式泄水孔：主要应用在小型水库中。型水库中。第四节第四节第四节第四节 水闸水闸水闸水闸一一一一.水闸的类型及工作特点水闸的类型及工作特点水闸的类型及工作特点水闸的类型及工作特点 水闸是一种低水头的水水闸是一种低水头的水水闸是一种低水头的水水闸是一种低水头的水工建筑物，既能挡水，抬工建筑物，既能挡水，抬工建筑物，既能挡水，抬工建筑物，既能挡水，抬高水位；又能泄水，用以高水位；又能泄水，用以高水位；又能泄水，用以高水位；又能泄水，用以调节水位，控制泄水流量。调节水位，控制泄水流量。调节水位，控制泄水流量。调节水位，控制泄水流量。联联 安安 水水 闸闸水闸的分类水闸的分类水闸的分类水闸的分类（1 1 1 1）水闸按其所承担的）水闸按其所承担的）水闸按其所承担的）水闸按其所承担的 任务，可分为任务，可分为任务，可分为任务，可分为:1 12 24 45 53 36 6水闸的分类水闸的分类（拦河闸）（拦河闸）拦河兴建，调节水位，控制流量。拦河兴建，调节水位，控制流量。在河、湖、水库的岸边兴建，常位于引水在河、湖、水库的岸边兴建，常位于引水渠道首部，引取水流。渠道首部，引取水流。在江河沿岸兴建，作在江河沿岸兴建，作用是排水、防止洪水用是排水、防止洪水倒灌。倒灌。建于河流入海河口上游地段，建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。防止海潮倒灌。在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、滞洪。洪峰洪、滞洪。冲沙闸：静水通航，动水冲沙，减少含沙量，冲沙闸：静水通航，动水冲沙，减少含沙量，防止淤积。防止淤积。排冰闸：在堤岸上建闸防止冬季冰凌堵塞。排冰闸：在堤岸上建闸防止冬季冰凌堵塞。(2)(2)(2)(2)水闸按闸室结构形式可分为水闸按闸室结构形式可分为水闸按闸室结构形式可分为水闸按闸室结构形式可分为开开开开敞式敞式敞式敞式和和和和封闭式封闭式封闭式封闭式两种两种两种两种（1 1）开敞式：闸室露天，又分为有）开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸墙两种形式。胸墙；无胸墙两种形式。（2 2）封闭式）封闭式(涵洞式涵洞式)：闸室后部有：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。洞身段，洞顶有填土覆盖。（有压、无压）（有压、无压）水闸的特点水闸的特点:水流特点：上下游水位相对变幅大；水流特点：上下游水位相对变幅大；易产生回流区易产生回流区地基特点：土基强度低、变形大、地基特点：土基强度低、变形大、易产生渗透变形易产生渗透变形二二二二.水闸的组成部分及作用水闸的组成部分及作用水闸的组成部分及作用水闸的组成部分及作用 水闸一般由闸室、上水闸一般由闸室、上水闸一般由闸室、上水闸一般由闸室、上游连接段和下游连接段三游连接段和下游连接段三游连接段和下游连接段三游连接段和下游连接段三部分组成。部分组成。部分组成。部分组成。下游连接段下游连接段下游连接段下游连接段上游连接段上游连接段闸室闸室上游连接段上游连接段闸闸室室下游连接段下游连接段引导水流平引导水流平顺进入闸室顺进入闸室调节水位和调节水位和流量流量消能、防冲消能、防冲三、水闸的消能与防冲设计三、水闸的消能与防冲设计三、水闸的消能与防冲设计三、水闸的消能与防冲设计 四、水闸的防渗设计四、水闸的防渗设计四、水闸的防渗设计四、水闸的防渗设计闸基防渗长度确定闸基防渗长度确定闸基防渗长度确定闸基防渗长度确定 不不不不透透透透水水水水的的的的铺铺铺铺盖盖盖盖、板板板板桩桩桩桩及及及及底底底底板板板板与与与与地地地地基基基基的的的的接接接接触触触触线线线线，即即即即是是是是闸闸闸闸基基基基渗渗渗渗流流流流的的的的第第第第一一一一根根根根流流流流线线线线，称称称称为为为为地地地地下下下下轮轮轮轮廓廓廓廓线线线线，其其其其长长长长度度度度为为为为闸闸闸闸基的防渗长度。基的防渗长度。基的防渗长度。基的防渗长度。水闸地下轮廓及流网水闸地下轮廓及流网 地下轮廓线布置地下轮廓线布置地下轮廓线布置地下轮廓线布置布置原则：布置原则：先阻后排，防渗与导渗相结合。先阻后排，防渗与导渗相结合。（1）粘性土闸基地下轮廓线的布置）粘性土闸基地下轮廓线的布置（2 2）砂性土闸基地下轮廓线的布置）砂性土闸基地下轮廓线的布置渗流计算渗流计算渗流计算渗流计算闸基渗流计算的闸基渗流计算的目的：目的：目的：目的：求解渗透压力，渗透坡求解渗透压力，渗透坡降，并验证初拟地下轮廓线降，并验证初拟地下轮廓线和排水布置是否满足要求。和排水布置是否满足要求。按直线法计算的闸基渗透压力图按直线法计算的闸基渗透压力图 五、闸室与地基的稳定、五、闸室与地基的稳定、五、闸室与地基的稳定、五、闸室与地基的稳定、沉陷和加固沉陷和加固沉陷和加固沉陷和加固 闸室组成：闸室组成：闸室组成：闸室组成：1.1.1.1.底板底板底板底板 2.2.2.2.闸墩闸墩闸墩闸墩 3.3.3.3.胸墙胸墙胸墙胸墙 4.4.4.4.工作桥工作桥工作桥工作桥 5.5.5.5.交通桥交通桥交通桥交通桥联联 安安 水水 闸闸河南省周口市沙河枢纽工程河南省周口市沙河枢纽工程1)1)1)1)验算闸室基底压力验算闸室基底压力验算闸室基底压力验算闸室基底压力 2)2)2)2)验算闸室的抗滑稳定验算闸室的抗滑稳定验算闸室的抗滑稳定验算闸室的抗滑稳定 闸室稳定分析闸室稳定分析闸室稳定分析闸室稳定分析 沉降校核沉降校核沉降校核沉降校核 闸室的结构计算闸室的结构计算闸室的结构计算闸室的结构计算 第五节第五节第五节第五节 水工闸门水工闸门水工闸门水工闸门 闸门的类型与闸门的类型与闸门的类型与闸门的类型与作用作用作用作用水工闸门按其水工闸门按其水工闸门按其水工闸门按其功用功用功用功用可分为工作可分为工作可分为工作可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门。闸门、事故闸门和检修闸门。闸门、事故闸门和检修闸门。闸门、事故闸门和检修闸门。按闸门所控制孔口的按闸门所控制孔口的按闸门所控制孔口的按闸门所控制孔口的位置位置位置位置:分为分为分为分为表孔闸门和深孔闸门。表孔闸门和深孔闸门。表孔闸门和深孔闸门。表孔闸门和深孔闸门。按闸门的按闸门的按闸门的按闸门的形状形状形状形状分为平板闸门和分为平板闸门和分为平板闸门和分为平板闸门和弧形闸门。弧形闸门。弧形闸门。弧形闸门。