適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎的底板貼坡方法及變坡結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法及變坡結(jié)構(gòu)，可有效解決突擴(kuò)突跌摻氣坎空腔回流積水問(wèn)題。
【背景技術(shù)】
[0002]隧洞泄洪在水利水電工程中被廣泛采用，由于泄洪隧洞一般單寬流量大、流速較高，容易產(chǎn)生空化空蝕現(xiàn)象，需要設(shè)置摻氣減蝕設(shè)施。根據(jù)布置形式不同，摻氣設(shè)施可分為坎式、槽式、突擴(kuò)突跌式和混合式等。泄洪隧洞弧形閘門(mén)后考慮止水和摻氣功能，常采用兩側(cè)突擴(kuò)、底板突跌摻氣方式，跌坎后常為坡度不變的小底坡銜接。對(duì)于突擴(kuò)突跌型摻氣坎，水舌突擴(kuò)后沿豎直和水平兩個(gè)方向擴(kuò)散，可形成相互貫通的底空腔和側(cè)空腔，使水流摻氣，對(duì)下游固壁形成摻氣保護(hù)。但一般情況下，如圖1所示，弧門(mén)跌坎后底板多采用一坡到底或在下游坡度有變化，跌坎后一段長(zhǎng)度范圍內(nèi)底板坡度不變。當(dāng)?shù)埠蟮灼螺^緩，過(guò)坎水流Fr數(shù)小時(shí)，水舌與固壁之間射流沖擊角(即射流沖擊角)較大，易在水舌與固壁接觸點(diǎn)處形成回溯水流，回溯水流在底空腔形成積水和局部旋滾，積水水面波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可將空腔淹沒(méi)，形成淹沒(méi)旋滾。在這種情況下，跌坎不但失去摻氣功能，而且在其下游形成強(qiáng)剪切流，極易產(chǎn)生空化空蝕。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[〇〇〇4] 本發(fā)明提出一種適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法及變坡結(jié)構(gòu)，可有效解決小底坡突擴(kuò)突跌摻氣坎空腔回流積水問(wèn)題。該方法操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、摻氣空腔穩(wěn)定且無(wú)積水。
[0005]本發(fā)明適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎的底板貼坡方法，其特征在于在原水舌射流沖擊落點(diǎn)處設(shè)置比底板坡度大的貼坡1，在貼坡1的上游端設(shè)置與跌坎銜接的貼坡2,保證空腔積水流向下游。貼坡1和貼坡2之間可采用剖面圖呈點(diǎn)或線(xiàn)或凸型曲線(xiàn)(圓弧、拋物線(xiàn)或多次曲線(xiàn))連接。
[0006]本發(fā)明適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎的底板變坡結(jié)構(gòu)，其特征在于包括貼坡1和貼坡2，所述貼坡1設(shè)置在水舌射流沖擊落點(diǎn)處，貼坡1比原底板坡度大，貼坡2設(shè)置在貼坡1的上游端，與跌坎銜接，構(gòu)成底空腔下輪廓線(xiàn)，使空腔積水流向下游。
[0007]底空腔內(nèi)積水由拋射水舌沖擊側(cè)墻和底板回溯旋滾水流產(chǎn)生，側(cè)空腔濺水也流入底空腔，因此底空腔內(nèi)積水產(chǎn)生和產(chǎn)生的積水能否被主流及時(shí)“帶走”直接關(guān)系到摻氣坎摻氣效果。本發(fā)明在水舌射流沖擊落點(diǎn)處人為設(shè)置比原底板坡度陡的貼坡1，通過(guò)調(diào)整貼坡1坡度，使貼坡1與水舌落點(diǎn)水流夾角(射流沖擊角)小于產(chǎn)生回溯水流的臨界值，可減弱甚至消除回溯水流。拋射水舌與貼坡射流沖擊角小，空腔末端狹長(zhǎng)，不易產(chǎn)生剪切旋滾水流，同時(shí)由于空腔末端有負(fù)壓，可及時(shí)“吸附”并“帶走”已產(chǎn)生積水，達(dá)到消除空腔積水的目的。貼坡1坡度可由拋射水舌底緣拋物線(xiàn)來(lái)確定，可適應(yīng)不同水位條件下水舌與貼坡1射流沖擊角最小為宜，一般不超過(guò)產(chǎn)生回溯水流的臨界夾角，貼坡1上游端高程需滿(mǎn)足貼坡2為正坡或者平坡條件，使較低水位拋射水舌下緣能與貼坡1相切，具體尺寸需由模型試驗(yàn)確定。
[0008]貼坡2設(shè)置為正坡或平坡，主要用來(lái)及時(shí)排空空腔積水，使貼坡2以上水體能夠無(wú)約束地流向下游。貼坡2是形成的穩(wěn)定底空腔的下輪廓線(xiàn)，高程不宜超過(guò)跌坎頂高程，需留出一定摻氣空腔高度。
[0009]貼坡1與貼坡2為了適應(yīng)不同水位水舌底緣曲線(xiàn)，
可根據(jù)摻氣效果選擇剖面圖呈點(diǎn)或線(xiàn)或凸型曲線(xiàn)(圓弧、拋物線(xiàn)或多次曲線(xiàn))連接，點(diǎn)或線(xiàn)連接即平面圖為兩貼坡呈直線(xiàn)或平面連接，但最好采用曲線(xiàn)(圓弧或拋物線(xiàn)或多次曲線(xiàn))連接，適應(yīng)水位范圍更廣。貼坡1與下游原底板連接段為了平順?biāo)?，改善底板受力狀態(tài)，可采用剖面圖呈點(diǎn)或線(xiàn)或凹型曲線(xiàn)(圓弧、拋物線(xiàn)或多次曲線(xiàn))連接。
[0010]
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是未加貼坡時(shí)摻氣空腔積水流態(tài)示意圖；
圖2 (a)是點(diǎn)連接貼坡剖面示意圖；
圖2 (b)是點(diǎn)連接貼坡平面示意圖；
圖3 (a)是曲線(xiàn)連接貼坡剖面示意圖；
圖3 (b)是圖3 (a)中虛線(xiàn)框內(nèi)放大圖；
圖4 (a)是貼坡2為正坡結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
圖4 (b)是圖4 (a)中虛線(xiàn)框內(nèi)放大圖。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明方法。
[0014]實(shí)施例1
如圖2 (a)、圖2 (b)所示，一種適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法，在水舌射流沖擊落點(diǎn)處設(shè)置比底板坡度大的貼坡1，貼坡1與水舌射流沖擊落點(diǎn)處流速夾角小于產(chǎn)生回溯水流的臨界夾角值。在緊鄰貼坡1的上游端設(shè)置與跌坎后底板銜接的水平貼坡2 (坡度為0)，保證積水流向下游。貼坡2高程低于跌坎頂高程0.5m~3m。貼坡1與貼坡2點(diǎn)連接(剖面圖上為銜接點(diǎn)，平面圖上為連接線(xiàn))，貼坡1與下游底板點(diǎn)連接。
[0015]實(shí)施例2
貼坡1和貼坡2還可以采用直線(xiàn)或曲線(xiàn)連接。如圖3 (a)、圖3 (b)所示，與實(shí)施例一設(shè)置的貼坡結(jié)構(gòu)類(lèi)似，不同在于貼坡1與貼坡2采用曲線(xiàn)連接，貼坡1與下游底板也采用曲線(xiàn)連接。貼坡1與貼坡2以及貼坡1與下游底板可以采用貼坡本身的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行銜接(貝占坡的銜接處設(shè)計(jì)成銜接所需形式)，也可以額外采用銜接段進(jìn)行銜接。
[0016]實(shí)施例3
如圖4 (a)、圖4 (b)所示，與實(shí)施例一設(shè)置的貼坡結(jié)構(gòu)類(lèi)似，不同在于貼坡2坡度為正坡，即其頂面是自上游向下游的斜面，有利于積水流向下游。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法，其特征在于在水舌射流沖擊落點(diǎn)處設(shè)置比底板坡度大的貼坡1，在貼坡1的上游端設(shè)置與跌坎銜接的貼坡2,構(gòu)成底空腔下輪廓線(xiàn)，使空腔積水流向下游。2.—種適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法，其特征在于貼坡1與水舌射流沖擊落點(diǎn)流速夾角小于等于產(chǎn)生回溯水流的臨界夾角值。3.如權(quán)利要求1所述的適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法，其特征在于貼坡2高程低于跌坎頂高程。4.如權(quán)利要求1所述的適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法，其特征在于其特征在于貼坡1與貼坡2的銜接方式為剖面呈點(diǎn)連接、直線(xiàn)連接或凸型曲線(xiàn)連接，貼坡1與下游原底板的銜接方式為剖面呈點(diǎn)連接、直線(xiàn)連接或凹型曲線(xiàn)連接。5.如權(quán)利要求1所述的適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法，其特征在于貼坡2為平坡或正坡。6.—種適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板變坡結(jié)構(gòu)，其特征在于包括貼坡1和貼坡2,所述貼坡1設(shè)置在水舌射流沖擊落點(diǎn)處，貼坡1比原底板坡度大，貼坡2設(shè)置在貼坡1的上游端，與跌坎銜接，構(gòu)成底空腔下輪廓線(xiàn)，使空腔積水流向下游。7.如權(quán)利要求6所述的適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板變坡結(jié)構(gòu)，其特征在于貼坡1與水舌射流沖擊落點(diǎn)流速夾角小于等于產(chǎn)生回溯水流的臨界夾角值。8.如權(quán)利要求6所述的適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板變坡結(jié)構(gòu)，其特征在于其特征在于貼坡2高程低于跌坎頂高程。9.如權(quán)利要求6所述的適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板變坡結(jié)構(gòu)，其特征在于貼坡1與貼坡2的銜接方式為剖面呈點(diǎn)連接、直線(xiàn)連接或凸型曲線(xiàn)連接，貼坡1與下游原底板的銜接方式為剖面呈點(diǎn)連接、直線(xiàn)連接或凹型曲線(xiàn)連接。10.如權(quán)利要求6所述的適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板變坡結(jié)構(gòu)，其特征在于貼坡2為平坡或正坡。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種適用于突擴(kuò)突跌摻氣坎底板貼坡方法及變坡結(jié)構(gòu)，用以解決摻氣空腔回流積水問(wèn)題。在水舌射流沖擊落點(diǎn)處設(shè)置比底板坡度大的貼坡1，貼坡1與水舌射流沖擊落點(diǎn)流速夾角（射流沖擊角）小于等于產(chǎn)生回溯水流的臨界夾角值；在貼坡1的上游端設(shè)置與跌砍后底板銜接的貼坡2，構(gòu)成底空腔下輪廓線(xiàn)，保證空腔內(nèi)積水流向下游。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整貼坡1坡度，使貼坡1與水舌落點(diǎn)的射流沖擊角控制在產(chǎn)生回溯水流的臨界值之內(nèi)，可減弱甚至消除摻氣空腔內(nèi)回流積水。拋射水舌與貼坡夾角小，空腔末端狹長(zhǎng)，不易產(chǎn)生剪切旋滾水流，同時(shí)由于空腔末端壓力較小，可及時(shí)“吸附”并“帶走”已產(chǎn)生積水，達(dá)到消除空腔積水的目的。
【IPC分類(lèi)】E02B8/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105401563
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510699003
【發(fā)明人】吳時(shí)強(qiáng), 王芳芳, 王威, 吳修鋒, 周杰, 沙海飛, 薛萬(wàn)云, 戴江玉, 曹昊, 陳惠玲
【申請(qǐng)人】水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月23日