中咀坡水電站溢洪道進(jìn)口中墩體型優(yōu)化試驗

為改善劉家溝水電站溢洪道進(jìn)水渠流態(tài)、提高泄流能力,通過對進(jìn)水渠右導(dǎo)墻不同布置形式的對比試驗研究,提出了右導(dǎo)墻頭部采用兩圓弧形式的布置優(yōu)化方案,進(jìn)一步試驗驗證該方案在流態(tài)和泄流能力方面都達(dá)到了令人滿意的效果。

為改善巴山水電站溢洪道進(jìn)水渠流態(tài)、提高泄流能力,通過一系列試驗優(yōu)化了溢洪道引水渠左導(dǎo)墻頭部曲線型式.結(jié)合工程實際和以往經(jīng)驗,比較了9種進(jìn)水口曲線型式的試驗結(jié)果,確定了長短軸黃金分割比的橢圓弧面的方案.進(jìn)一步的試驗證明了該方案無論在流態(tài)上還是在泄流能力方面都達(dá)到了令人滿意的效果.

為了解決某水利樞紐消力池內(nèi)臨底流速及脈動壓力偏大的問題，采用水工模型試驗的方法對其表、中孔體型進(jìn)行了優(yōu)化。從流態(tài)、臨底流速、脈動壓力等幾個方面比較后，發(fā)現(xiàn)采用表孔出口收縮和縮短中孔出口邊墻消力池底板的脈動壓力及臨底流速相比原方案均得到明顯改善，表孔最大臨底流速約為13．64m／s，消力池最大脈動壓力值約為6．66×9．81kpa。成果可供設(shè)計參考。

通過新疆維吾爾自治區(qū)庫馬拉克河小石峽水電站溢洪道水力學(xué)模型試驗,對其原設(shè)計方案的消能工結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化。試驗表明,消力池段在通過設(shè)計流量30年一遇洪水1856.20m3/s時,池內(nèi)不能形成完整水躍,水躍前后波動劇烈,水流大量溢出,原設(shè)計方案的邊墻高度、池長均不能滿足過流要求。提出采用減小消力池池深、設(shè)置分流趾墩-消力墩-低消能坎的綜合式消力池代替原設(shè)計方案的常規(guī)消力池的修改方案,在設(shè)計流量下進(jìn)行泄水試驗,試驗結(jié)果表明,在分流趾墩、消力墩、低消能坎的聯(lián)合作用下,消力池內(nèi)形成強(qiáng)迫水躍,流態(tài)明顯改善,水躍長度減小,躍后水深降低,消能率提高。采用分流趾墩-消力墩-低消能坎的綜合式消力池可有效縮短消力池池長,降低邊墻高度,節(jié)省工程造價,試驗結(jié)果可為優(yōu)化工程設(shè)計及其他同類工程優(yōu)化消力池提供參考。

潘口水電站溢洪道具有流量大、水頭高,挑流水舌與河道夾角相對較大的特點(diǎn)。溢洪道設(shè)計充分利用了有利的地形地質(zhì)條件,采用直線等寬矩形泄槽,保證了水流流態(tài)的相對均勻穩(wěn)定。結(jié)合水工模型試驗成果,對潘口電站岸邊溢洪道各部位體型進(jìn)行了優(yōu)化,使溢洪道在泄流能力、各部位水流流態(tài)以及挑流消能效果方面都有了很大的改善,能夠更好地滿足溢洪道運(yùn)行安全的要求。

介紹龍馬水電站溢洪道工程工程量及工期優(yōu)化方案的研討、制定和實施全過程以及優(yōu)化后的成果。

在1:60溢流壩表、中泄水孔斷面模型上對密松水電站泄水建筑物的布置方案進(jìn)行了泄流能力、流速流態(tài)、壓力分布等相關(guān)水力學(xué)問題的試驗,并通過十多個方案的比較優(yōu)化,提出了基本可行的泄水建筑物體型和消力池型式。研究成果表明:表孔采用合適的寬尾墩形式,對增加消能率、縮短消力池池長有利,但無法消除寬尾墩形成的水翅擊打兩側(cè)導(dǎo)墻現(xiàn)象;表孔取消寬尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能時的池底板流速,同時消除寬尾墩形成的水翅擊打兩側(cè)導(dǎo)墻現(xiàn)象,達(dá)到較滿意的消能效果。本文中十?dāng)?shù)個消能方案的研究成果,對類似工程的設(shè)計和科研均有參考價值。

立洲水電站具有河谷狹窄、落差較大、單寬流量也較大等特點(diǎn),泄洪消能是該水電站的設(shè)計和建設(shè)中非常突出的關(guān)鍵性技術(shù)問題。立洲水電站采用拱壩的1個中孔、2個表孔和水墊塘消能。如果表孔體型優(yōu)化不當(dāng),會造成泄流能力下降,落水沖擊岸邊,水墊塘底板沖擊動壓大,泄洪霧化嚴(yán)重。經(jīng)諸多方案的試驗比選,最終推薦方案使壩身表孔水流沿程橫向收縮、縱向擴(kuò)散,在空中呈窄而高且長的流態(tài),從而與中孔的水股互相穿插而不發(fā)生碰撞或少碰撞,減弱了因水流空中碰撞所造成的泄洪霧化,落水不再沖擊岸邊,同時使水墊塘底板沖擊動壓處在較低的范圍內(nèi)。

針對中咀坡水電工程的初設(shè)方案,探究工程在其洪水期運(yùn)行階段是否滿足泄洪要求,泄洪隧洞底部是否會產(chǎn)生空蝕,破壞建筑物安全以及閘門調(diào)度等問題,建立水工物理模型。通過試驗對工程溢洪道的泄流能力,泄水隧洞底部受壓情況進(jìn)行驗證和計算;為保證電站正常運(yùn)行,對于上游來水量較小的枯水期,擬定閘門調(diào)度方案。

龍灘水電站溢洪道的大單寬流量及高水頭特性決定了摻氣設(shè)施設(shè)置的復(fù)雜性,過高的摻氣坎可能使得挑射水流高程較高,增加導(dǎo)墻的高度,進(jìn)而增加工程造價;而過低的摻氣設(shè)施可能使得摻氣不充分,進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)壓,影響摻氣設(shè)施的安全性。文章通過多個試驗方案選定能前、后期結(jié)合的龍灘水電站溢洪道(低坎)前期人工摻氣系統(tǒng)的形式和幾何尺寸,并論證了該系統(tǒng)的減(免)蝕效果。可為類似工程設(shè)計提供參考。

針對巴山水電站溢洪道具有泄量大、水頭高、下游消能區(qū)地質(zhì)條件差等特點(diǎn),通過1∶70整體模型試驗對溢洪道的挑流消能防沖布置及消能形式進(jìn)行了4個方案的試驗研究。結(jié)果表明:優(yōu)化方案四的挑流鼻坎形式較合理地解決了下游消能困難的缺點(diǎn),基本能夠滿足工程實際的需要。

金佛山水電站溢洪道水頭高、泄量大、下游消能區(qū)地質(zhì)條件差,為改善其消能段的水流流態(tài),提高效能效率,通過整體模型試驗,在原方案的基礎(chǔ)上對溢洪道進(jìn)行優(yōu)化試驗研究。結(jié)果表明,優(yōu)化方案較原方案在水面波動、動水壓強(qiáng)及其出池流速和消能效率等方面有明顯改善,可滿足消能要求,可為類似工程提供參考。

為改善劉家溝水電站溢洪道消能形式、減小下泄高速水流對河床和岸坡的沖刷破壞,通過對溢洪道不同消能方案的對比試驗研究,提出了岸坡分散水流沖刷河床的消能設(shè)計方法,進(jìn)一步試驗驗證該方案在泄流流態(tài)和消能效果方面都達(dá)到了令人滿意的效果。

結(jié)合優(yōu)化的大壩設(shè)計體形,通過比較,選擇了結(jié)構(gòu)簡單、施工難度不大、沖坑較淺的溢洪道布置方案。該方案既簡化了建筑物的設(shè)計,又加快了施工進(jìn)度,縮短了建設(shè)工期,達(dá)到了投資較省、提前受益的目的。

清灘子水電站位于重慶市開縣境內(nèi),溢洪道頭落差高達(dá)122.6m,下泄水流速較大,由于溢洪道末端直接入小東河天然道內(nèi),過高的下泄流速不僅威脅溢洪本身運(yùn)行安全還影響游下河道河床、河勢穩(wěn)定。因此文擬借助物理模型試驗,通過優(yōu)化清灘子水電站原消能結(jié)構(gòu)方案,來有效消減下泄水流能量,減小下泄水流流速。

龍馬水電站溢洪道在施工圖設(shè)計階段根據(jù)實際地形地質(zhì)條件及施工需要,經(jīng)過水工模型試驗論證,優(yōu)化結(jié)構(gòu)體形,減少工程量,簡化施工,從而節(jié)約了建設(shè)工期,降低了造價,為工程提前下閘蓄水、發(fā)電贏得了時間,帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和綜合效益。

大流量水電站的消能設(shè)計歷來都是非常復(fù)雜和困難的.在1:60溢流壩表、中泄水孔斷面模型上對密松水電站泄水建筑物的布置方案進(jìn)行了泄流能力、流速流態(tài)、壓力分布等相關(guān)水力學(xué)問題的試驗研究,并通過10多個方案的比較優(yōu)化,提出了基本可行的泄水建筑物體型和消力池型式.研究成果表明:表孔取消寬尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能時的池底板流速,同時消除寬尾墩形成的水翅擊打兩側(cè)導(dǎo)墻現(xiàn)象,達(dá)到了較滿意的消能效果.試驗成果對該工程設(shè)計提供了較好的參考方案,并對類似工程有很好的啟發(fā)借鑒作用.

龍開口水電站有泄流量大、主河床狹窄等特點(diǎn),對于這類工程泄洪消能尤為重要。為了解決水工模型第一試驗階段挑流消能不充分、閘墩出口流態(tài)紊亂的問題,進(jìn)行了溢流壩段的水工單體模型試驗,對連續(xù)坎、差動坎、窄縫坎以及差動坎和舌形坎、窄縫坎和舌形坎、窄縫坎和連續(xù)坎的結(jié)合運(yùn)用等多個挑坎體型進(jìn)行了沖刷試驗,從而選擇適用于龍開口水電站這類泄流量大、主河床狹窄電站的溢流堰挑流鼻坎形式。

klt水電站為一座高水頭、大泄量及地質(zhì)條件復(fù)雜的工程,其溢洪道泄洪消能建筑物直接影響到工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性,為論證其整體布置方案的合理性,開展模型試驗研究,通過優(yōu)化設(shè)計體型布置,改善水力特性及消能區(qū)沖刷情況,為工程設(shè)計方案優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。成果可供類似的工程借鑒參考。

針對劉家溝水電站溢洪道消能效果不理想以及下游岸坡沖刷嚴(yán)重問題進(jìn)行水工模型試驗,在原方案基礎(chǔ)上開展了一系列改善溢洪道消能防沖效果的優(yōu)化試驗.經(jīng)過多方案比選驗證,在滿足溢洪道泄流能力的條件下,采用岸坡分散水流結(jié)合公路平臺挑流的方案消能效果更為理想,下游河床河勢穩(wěn)定,且造價合理,較好地解決了工程所在下游河床較為狹窄且右岸岸坡存在大型崩滑體的技術(shù)難題.

對中壩子水電站表孔泄洪消能建筑物布置體型進(jìn)行試驗研究,得出在河谷狹窄地區(qū)的中小拱壩表孔設(shè)計時,可采用寬尾墩體形使水舌在縱向范圍擴(kuò)散,充分利用消能空間與水體,避免平尾墩的邊孔橫向擴(kuò)散水流沖砸岸坡,既適應(yīng)了不同流量洪水泄洪的要求,又使消能率得到大幅度提高,消能防沖流量泄洪時沖坑深度可減小27.2%。

采用ansys軟件,運(yùn)用三維非線性有限元法模擬了各巖層、斷層、風(fēng)化層的結(jié)構(gòu)和性能,計算了全斷面開挖未支護(hù)工況、開挖過程與支護(hù)工況、正常蓄水位工況和水位驟降工況下的應(yīng)力狀態(tài),并通過拉應(yīng)力區(qū)分布、拉應(yīng)力區(qū)深度和點(diǎn)安全系數(shù)的分布,綜合評價邊坡的整體穩(wěn)定性,提出了合理的加固支護(hù)建議。