溢流重力坝
水工建筑物必考知识点精华版
1、溢流重力坝：既要满足稳定和强度要求，又要满足水利条件要求。
孔口尺寸，溢流堰形态，以及效能方式溢流坝的溢流面组成部分，各部分的形态的确定为满足泄水的要求，其实用剖面是将坝体下游斜面修改成溢流面溢流坝面由顶部曲线段、中间直线段、下游反弧段组成顶部曲线段的形状对泄流能力和流态有很大的影响。
对于坝顶溢流式孔口，工程中常采用WES 曲线下部反射弧要求沿程压力分布均匀，不产生负压和不致引起有害的脉动，通常采用圆弧曲线，反射半径R=（6~10）h ，h 为校核洪水位闸门全开时反弧处的水深。
中间直线段与顶部曲线段和下部反弧段相切，其坡度由重力坝基本剖面决定溢流坝实用剖面是将溢流面曲线与坝体基本剖面拟合修改而成。
2、重力坝抗滑稳定分析抗剪强度公式：()∑∑-=P U W f K s∑W --作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和∑P --作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和U ——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f ——滑动面上的抗剪摩擦系数；（1分）K----按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数抗剪断公式：()∑∑'+-'=P AC U W f K s ''s K ——抗滑稳定安全系数；（1分）∑W ——滑动面以上的总铅直力；（1分） ∑P ——滑动面以上的总水平力；（1分） U ——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f '——抗剪断摩擦系数；（1分）c'——抗剪断凝聚力。
（1分）提高抗滑稳定性的工程措施：将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定；将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定性；采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力；利用预加应力提高抗滑稳定性3、拱效应：心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时就要求心墙与坝体大体同步上升，因而两者相互干扰大，影响施工进度。
第四章重力坝
1、坝顶宽度
为了满足运用、施工和交通的需要， 坝顶必须有一定的宽度。当有交通 要求时，应按交通要求布置。 一般情况坝顶宽度可采用坝高的 8~10%，且不小于3m。 碾压混凝土坝坝顶宽不小于5m； 当坝顶布置移动式启闭机时，坝顶 宽度要满足安装门机轨道的要求。
2、坝顶布置
坝顶结构布置的原则是安全、经济、合理、实 用。有下列型式： ①坝顶部分伸向上游； ②坝顶部分伸向下游，并做成拱桥或桥梁结构 型式； ③坝顶建成矩形实体结构，必要时为移动式闸 门启闭机铺设隐型轨道。 坝顶排水一般都排向上游。坝顶常设防浪墙， 高度一般为1.2m，厚度应能抵抗波浪及漂浮物 的冲击，与坝体牢固地连在一起，防浪墙在坝 体分缝处也留伸缩缝，缝内设止水。
堰顶设有闸门
当堰顶设有闸门时，闸门顶高程虽 高于水库正常蓄水位，但堰顶高程较低， 可利用闸门不同开启度调节库内水位和 下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流 坝的高度及坝体的工程量。 与深孔闸门比较，堰顶闸门承受的 水头较小，其孔口尺寸较大，由于闸门 安装在堰顶，操作、检修均比深孔闸门 方便。在大、中型水库工程中得到广泛 的应用。
重力坝的特点
1、便于泄洪和施工导流容易。重力坝所用的材料抗冲能力强，剖面尺 寸较大，适于坝顶溢流和在坝身设置泄水孔，施工期可以利用坝体分期 导流。 2、混凝土重力需要温控散热措施。重力坝体积大，水泥用量多，水泥 水化热量大，需要温控散热措施，否则会产生温度裂缝，影响坝体的整 体性、耐久性及外观等。 3、材料的强度不能充分发挥。重力坝材料的允许压应力相对较大，而 坝体内部和上部的实际应力较小，因此坝体不同区域应采用不同强度等 级和耐久性要求的材料。 4、受扬压力影响大。重力坝的坝体和坝基有一定的透水性，在较大的 水头差作用下，产生渗透压力。渗透压力和浮托力合称扬压力，它会减 轻坝体的有效重量，对坝体的稳定不利，因此要采取有效措施减小扬压 力。 5、对地形、地质条件适应性好。几乎任何形状的河谷断面都可修建重 力坝，重力坝对坝基地质条件的要求虽然比土石坝高，但由于横缝的存 在，能很好地适应各种非均质的地基，无重大缺陷的一般强度的岩基均 能满足建坝要求。
重力坝的工作原理
重力坝的工作原理
重力坝是一种常见的水利工程结构，它的工作原理基于重力和物体稳定性的原理。
重力坝主要依靠自身的重量来承受水压力，并通过将这些压力传递到地基来保持其稳定性。
重力坝一般是由混凝土或大型石块等材料建造而成，通过筑坝来阻塞水流。
当水流经过坝体时，由于重力的作用，坝体对水流产生了阻碍作用。
这种阻碍作用使水流高度上升，从而形成了水库。
重力坝的工作原理主要可以概括为以下几个方面：
1. 抵抗水压：水压是指水体由于重力作用而产生的压力。
重力坝能够通过自身的重量来抵抗水压力，从而保持坝体的稳定性。
具体来说，坝体越重，所能承受的水压力就越大。
2. 平衡作用：重力坝是一个通过重力平衡来稳定自身的结构。
坝体上方的水压会通过重力传递到坝基，使坝体受力均衡，从而保持整个结构的稳定。
为了提高重力坝的稳定性，常常会在坝体内部设置一定数量的加固物，如钢筋混凝土墙等。
3. 溢流控制：重力坝通常会建在河道上，以形成水库。
当水位上升到一定程度时，超过坝顶高度的水会自动溢流，并通过坝体把溢流水流导入下游。
这样可以有效控制水库的水位，防止洪水泛滥。
4. 地基承载：地基是重力坝的支撑基础，承受着坝体的重量和
水力力。
为了确保坝体的稳定性，重力坝在设计和施工过程中会充分考虑地基的承载能力，采取加固措施，如在坝基周围设置岩石填料等。
总而言之，重力坝通过依靠自身的重量和地基的支撑来抵抗水压力，从而保持坝体的稳定性。
其主要工作原理是基于重力和物体稳定性的原理。
重力坝的工作原理
重力坝的工作原理
重力坝是一种通过自身重力来抵抗水压力的水利工程结构。
它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 自身重力抵抗水压力：重力坝的主要作用是通过自身的重力来抵抗水体的压力。
重力坝的结构通常采用大块的混凝土或石块等材料，这些材料的重量可以使整个坝体具有足够的抗压能力，抵御来自水压力的力量。
2. 固定坝体：重力坝的坝体通过重力将其本身牢固地固定在地面上。
坝体的重量可以防止坝体在水体压力下发生滑动或倾覆，保证坝体的安全稳定。
3. 溢流和泄洪：重力坝通常具有溢流坝段和泄洪系统，用于控制洪水的流量。
当水位上升到坝顶时，溢流坝段将水导向坝体两侧的溢流道，以减小对坝体的压力；而泄洪系统则可以通过控制泄洪孔的开合，调节水库的水位和流量，以保护坝体和下游区域的安全。
4. 导流和堰流：重力坝还可以通过控制导流门和堰流孔等设施，将水流导引到合适的位置，以实现对水流的调节和利用。
导流门用于控制坝体上方的水流，以防止溢流或水流对坝体造成冲刷；而堰流孔则用于控制坝体下方的水流，以减小水压力。
通过以上的工作原理，重力坝可以有效地抵御水体压力，保证坝体的安全稳定，
并具备一定的调节和利用水资源的功能。
10泄水重力坝
泄水重力坝既是挡水建筑物，又 是泄水建筑物。其泄水方式有坝顶溢
流和坝身泄水孔泄流。
10.1
泄水重力坝设计要点
1.泄水重力坝位置选择
2.泄水方式的组合与流量分配 3.溢流坝堰顶和泄水孔进口高程的确定
10.2 溢流重力坝
（一）溢流重力坝的工作特点
1) 有足够的孔口尺寸和较高的流量系数，以 满足泄洪要求； 2) 使水流平顺地流过坝体，控制不利的负压 和振动，避免产生空蚀现象。 3) 保证下游河床不产生危及坝体安全的局部 冲刷； 4) 溢流坝段在枢纽中的布置，应使下游流态 平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物 的正常运行； 5) 有灵活控制水流下泄的机械设备，如闸门、 启闭机等。
按水流条件可分为:
有压泄水孔和无压泄水孔
按泄水孔所处的高程可分为:
中孔和底孔
按布置的层数又可分为:
单层和多层
1、有压泄水孔
2、无压泄水孔
双层泄水孔
受闸门结构及启闭机的限制，深式泄水孔的
断面面积不能太大，为了增大泄流量，可将泄水孔
做成双层的（或将泄水孔布置在溢流坝段）。 注意的问题： ①双层泄水时对下层泄水孔泄流能力的影响； ②在尾部上、下层水流交汇处可能产生空蚀。
边墩用于分隔溢流坝段，非溢流坝段。 导墙是边墩向下游的延续，用于分隔下泄水 流与坝后电站的出水水流。 导墙应高出掺气后的溢流水面1.0~1.5m。
6. 横缝的布置
① 缝设在闸墩中间
② 缝设在溢流孔跨中
（三）泄水重力坝设计中 高速水流问题
空化和空蚀、掺气、脉动、冲击波
（一） 空化和空蚀
2．加大压强可达40%；可增大负压，从而增大
了空蚀的可能性。
溢流重力坝的设计工程说明
溢流重力坝的设计工程说明溢流重力坝是一种常见的水利工程结构，用于调节和控制河流的水位。
它通过溢流坝顶的溢洪道将多余的水流引导到下游，以防止洪水泛滥，并保护下游地区免受洪水的侵袭。
以下是对溢流重力坝设计工程的详细说明。
1. 引言溢流重力坝是一种基于重力原理的大型水利工程结构，主要用于调节河流的水位，防止洪水泛滥，并保护下游地区免受洪灾侵袭。
其设计工程需要考虑多个因素，包括地质条件、河道特征、设计洪水等。
2. 工程背景在进行溢流重力坝设计之前，需要对工程背景进行详细了解。
这包括研究河道的地质条件、附近地区的人口密度、经济活动等因素。
还需了解历史上可能发生过的洪灾情况，以便确定合适的设计标准和安全系数。
3. 水文学分析在进行溢流重力坝设计之前，需要进行详细的水文学分析。
这包括研究河流的径流量、洪峰流量、洪水历时等参数。
通过分析这些数据，可以确定设计洪水的大小，以便确定溢流重力坝的尺寸和容量。
4. 地质勘察地质勘察是溢流重力坝设计中至关重要的一步。
通过对工程区域进行地质勘察，可以了解地下水位、土壤类型、岩石层位等信息。
这些信息对于选择合适的坝址和确定抗滑稳定性非常重要。
5. 坝址选择根据地质勘察结果和水文学分析数据，可以进行坝址选择。
合适的坝址应具备以下特点：地势相对平缓，土壤稳定性好，附近无大规模开采活动等。
还需要考虑施工便利性和工程造价等因素。
6. 结构设计溢流重力坝通常由混凝土或砌体构成。
在进行结构设计时，需要考虑到坝体的自重和水压力对结构的影响。
根据设计洪水和河道特征，确定坝顶宽度、坡度、防渗措施等参数。
7. 溢洪道设计溢流重力坝的溢洪道是将多余的水流引导到下游的关键部分。
在进行溢洪道设计时，需要考虑洪水流量、坝顶高程、溢洪能力等因素。
通常情况下，溢洪道采用自由溢流或控制性溢流方式。
8. 坝基处理坝基处理是确保溢流重力坝稳定性的重要措施之一。
通过对坝基进行处理，可以提高坝体与地基之间的摩擦力，增加整个结构的稳定性。
重力坝的消能方式
重力坝的消能方式1. 介绍重力坝是一种常见的水利工程结构，用于阻断河流或储存水源。
由于其巨大的体积和质量，当水流通过重力坝时会产生巨大的冲击力，这可能会对坝体和周围环境造成损害。
为了减少这种冲击力和保护坝体安全稳定，需要采用一些消能方式。
本文将详细介绍重力坝的消能方式，包括溢流消能、底洞消能和剖面设计等。
2. 溢流消能溢流消能是最常见的重力坝消能方式之一。
当水位超过重力坝顶部时，多余的水通过溢流堰顶从而减少冲击力。
2.1 溢流堰顶设计溢流堰顶通常由混凝土或钢板构成。
为了确保溢流堰顶的稳定性和耐久性，需要进行详细的结构设计和计算。
工程师需要考虑水位变化、洪水过程以及材料强度等因素来确定合适的堰顶高度和厚度。
2.2 溢流坝段设计为了减少溢流坝段的冲击力，可以采用一些措施，如设置消能坎、设置消能槽等。
这些设计可以有效地将溢流水流的动能转化为潜能或热能，从而减少冲击力。
3. 底洞消能底洞是重力坝中的一个重要组成部分，用于排放坝内的沉积物和调节坝内流量。
底洞也可以用作消能装置，通过将水流引导到底洞中进行消能。
3.1 底洞设计底洞设计需要考虑多个因素，如水流速度、底洞尺寸和布置、材料强度等。
合理的底洞设计可以有效地降低水流速度并减少冲击力。
3.2 底洞出口结构底洞出口结构通常由闸门和溢流堰组成。
这些结构可以帮助调节水流和降低冲击力。
闸门的设计需要考虑操作灵活性和防止水流逆流等因素。
4. 剖面设计剖面设计是重力坝消能方式中一个重要的方面。
合理的剖面设计可以减少水流速度并分散冲击力。
4.1 坝顶宽度坝顶宽度的选择应考虑到坝体稳定性和消能效果。
较宽的坝顶可以增加消能区域，减少冲击力。
4.2 坝脚宽度坝脚宽度的选择应考虑到坝体稳定性和消能效果。
较宽的坝脚可以分散水流并减少冲击力。
4.3 剖面曲线剖面曲线的选择应考虑到水流速度和流线形状等因素。
合理的剖面曲线可以减少水流速度并降低冲击力。
5. 结论重力坝的消能方式包括溢流消能、底洞消能和剖面设计等。
第五节 溢流重力坝
6、下游折冲水流及其防止
发生原因： 开启部分泄水孔，下游水流不能迅速在平面上扩散，在主流 两侧容易形成回流，主流受到压缩，使水流单宽流量增加， 流速在长距离内不能降低，引起河床冲刷。如两侧回流强度 不同，水位不同，还可将主流压向一侧，形成折冲水流。 危害： (1)冲刷河床和河岸； (2)影响航运； (3)电站尾水形成回流，抬高尾水，损失电能（落差减小）采取 防止措施： ①布置上，尽量使溢流坝下游水流与原河床主流位置方向一 致； ②运用管理，闸门均可开启，或对称开启； ③布置导流墙
设有胸墙的溢流面曲线
上述两种堰面曲线是根据定 型设计水头确定的．当宣泄 校核洪水时，堰面出现负压 值应不超过3—6m水柱高。
x2 y 4 2 H d
3.中间直线段 中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与 非溢流坝的下游坝坡相同。 4、溢流坝下游反弧段 下部反弧段是使沿溢流坝面下泄的高速水流平 顺地转向的工程设施，要求沿程压力分布均匀，不 产生负压和不致引起有害的脉动压力。通常采用圆 弧曲线，其反弧段半径应视下游消能设施而定。
Q=Qs-aQo
2、单宽流量的确定
单宽流量的大小是溢流重力坝设计中一个很重要的控制 性指标。单宽流量一经选定,就可以初步确定溢流坝段的 净宽和堰顶高程。单宽流量愈大,下泄水流的动能愈集中, 消能问题就愈突出,下游局部冲刷会愈严重,但溢流前缘短， 对枢纽布置有利。因此,一个经济而又安全的单宽流量， 必须综合地质条件、下游河道水深、枢纽布置和消能工设 计多种因素,通过技术经济比较后选定。 工程实证明对于软弱岩石常取q=20～50m3/(s·m)； 中等坚硬的岩石取q=50～100 m3/(s·m)；特别坚硬的岩 石q=100～150 m3/(s·m)；地质条件好、堰面铺铸石防冲、 下游尾水较深和消能效果好的工程,可以选取更大的单宽 流量。近年来，随着消能技术的进步,选用的单宽流量也 不断增大。在我国已建成的大坝中，龚嘴的单宽流量达 254.2m3/(s·m),目前正在建设中的安康水电站单宽流量 达282.7m3/(s·m)。而委内瑞拉的古里坝其单宽流量已突 破了300m3/(s·m)的界限。
水工建筑物必考知识点精华版
1、溢流重力坝：既要满足稳定和强度要求，又要满足水利条件要求。
孔口尺寸，溢流堰形态，以及效能方式溢流坝的溢流面组成部分，各部分的形态的确定为满足泄水的要求，其实用剖面是将坝体下游斜面修改成溢流面溢流坝面由顶部曲线段、中间直线段、下游反弧段组成顶部曲线段的形状对泄流能力和流态有很大的影响。
对于坝顶溢流式孔口，工程中常采用WES曲线下部反射弧要求沿程压力分布均匀，不产生负压和不致引起有害的脉动，通常采用圆弧曲线，反射半径R= （6~10）h，h为校核洪水位闸门全开时反弧处的水深。
中间直线段与顶部曲线段和下部反弧段相切，其坡度由重力坝基本剖面决定溢流坝实用剖面是将溢流面曲线与坝体基本剖面拟合修改而成。
2、重力坝抗滑稳定分析f 2 w - U）抗剪强度公式：K s=——Z P一Z W—作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和Z P—作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和U——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f——滑动面上的抗剪摩擦系数；（1分）K----按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数r^Z w - U）+ C Af抗剪断公式：K '= ---------- -------------s PK'——抗滑稳定安全系数；（1分）sZ w——滑动面以上的总铅直力；（1分）Z P——滑动面以上的总水平力；（1分）U——作用在滑动面上的扬压力；（1分）f——抗剪断摩擦系数；（1分）c'——抗剪断凝聚力。
（1分）提高抗滑稳定性的工程措施：将坝的迎水面做成倾斜或折坡行，利用坝面上的水重来增加坝体的抗滑稳定; 将坝基面开挖成倾向上游的斜面，借以增加抗滑力提高稳定性；利用地形地质特点，在坝踵或坝趾设置深入基岩的齿墙，用以增加抗力提高稳定性；采用有效的防渗排水或抽水措施，降低扬压力；利用预加应力提高抗滑稳定性3、拱效应：心墙坝由于心墙设在坝体中部，施工时就要求心墙与坝体大体同步上升，因而两者相互干扰大，影响施工进度。
小型重力坝设计—学习溢流重力坝
差动式
连续式：构造简单；射程远； 差动式：在鼻坎末端设齿墙；形成两股不同挑射角的水流， 在空中摩擦，增加空中消能效果。
优点：工程量小，投资 省，检修方便； 缺点：冲坑容易使下游 岩石形成冲刷坑后，对 坝体稳定不利， 水舌附近雾化区对电厂 运行不利。
二、溢流重力坝消能方式
鼻坎顶 下游max 1 ~ 2(m) ；h鼻坎 鼻坎顶 河底；
挑射角： 15 ~20 深水 ； 20 ~35 一般 ；
反 弧：R 8 ~ 10 h
二L'溢 L流 坝L断面设计
L T tan
二L'溢 L流 坝L断面设计
二、溢流重力坝消能方式
底流消能
设施
原理
设置消力池、消力坎等辅助消能工，使下泄汇流产生水跃， 达到消能目的。
适用于低水头、大流量、地质条件较差的溢流重力坝。
开3孔
式中：d为中墩厚度；t为边墩厚度
一、溢流重力坝（坝顶溢流）宽度
举例：
Q总=5230m3/s，Q0=424m3/s，坝基岩石较好，坝基高程407.0m， 试设计堰顶孔数和宽度（中墩取1m，边墩取1.5m）
解： 取a为0.9，取单宽流量100m3/（s m）
总净宽 L Q总-Qo 5230-0.9 424 48.5m
前缘总宽度
一、溢流重力坝（坝顶溢流）宽度
孔口尺寸
（1）前缘总净宽确定
前缘总宽度
L= Q溢 q
Q溢 =Q总 Q0
a——系数，一般取0.75—0.9 软弱岩石q=20~50m3/(s·m)；
q——单宽流量 （m3/s m）。中等坚硬岩石q=50~70 m3/(s·m)； 特别坚硬岩石q=100~150 m3/(s·m)；
地质条件好、消能效果好,可取最大值。
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件05溢流坝和坝身泄水孔.
设计底流消能时，首先要进行水力计算用以判断水流衔接状态。通过 水力计算可以求出下泄流量Q与跃后水深h2的关系曲线Q～h2，再与下游 流量和河道水深t的关系曲线Q～t相比较，便可判断需要采用何种消能措 施。
(d)当由于溢流要求，按水力条件拟定的溢流坝剖面较为宽厚，超出基本三角形剖面 较多，为节省工程量并满足泄水条件，可考虑下游溢流面与基本三角形下游坡斗致， 而将上游面顶部做成悬臂状。 (e) 当挑流鼻坎超出基本剖面且L/H>0.5时，应该验算a-a’截面的应力，即将鼻坎作 为固定在a-a’断面上的悬臂梁处理，承受自重、尾水压力、反弧段上的动、静水压 力以及地基反力和剪力的作用，按偏心受压公式计算鼻坎段的应力分布，如拉应力 超过材料的抗拉强度，可在坝体与鼻坎之间用缝分开。如我国石泉坝等。
溢流薄拱坝—坝顶跌流
a)水流经过坝顶自由跌入河床， 其溢流坝顶通常采用非真空的 标准堰型。这种溢流形式具有 结构简单和施工方便的优点， 但水舌落水点距坝脚较近，冲 刷坑的位置靠近坝基，冲刷严 重时会威胁大坝安全。适用于 下游河床基岩良好，下游坝坡 较陡或向下游倒悬的双曲拱坝。 对于高拱坝的坝顶跌流，为了 防止发生严重的冲刷，常需采 用消能防冲设施，如采用跌流 消力池，或在下游设二道坝抬 高水位形成水垫消能。 b)目前泄洪流量最大的坝顶跌流工程是美国的莫西罗克拱坝，坝高185m，在坝顶中 部设置4个由13m×15.2m弧形闸门控制的溢流孔，总泄洪流量为7800m3/s，单宽流 量为150(m3/s/m ) 。跌流落差最大的为英古里拱坝，坝高272m，坝顶设6个溢流孔， 总泄洪流量为2500m3/s。 我国建造几十座砌石双曲拱坝，采用坝顶跌流的砌石双曲拱坝中以群英拱坝为最高 (95m)，在坝顶中部设置7个溢流孔。
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件05溢流坝和坝身泄水孔.
坝顶溢流
坝型：实体重力坝、宽 缝重力坝、重力拱坝、 双曲拱坝、大头坝、连 拱坝等。
特殊问题是高速水流， 如闸门振动、局部空蚀、 水流掺气、脉动、消能 等
坝身泄水孔
混凝土坝中，坝身泄水 孔是常用的泄水建筑物。
特殊问题是高速水流， 如闸门振动、局部空蚀、 水流掺气、脉动、消能 等
§2 混凝土溢流坝
溢流薄拱坝—坝顶挑流
为了加大起挑流速和挑距，常在溢流堰顶曲线末端设置挑流鼻坎。这种型式挑 距较远，有利于坝身安全。挑流鼻坎多采用连续式结构，挑坎末端与堰顶之间 的高差一般不大于6-8m，大致为设计水头的1.5倍，反弧半径只与堰顶设计水头 Hd大致相近，应由水工试验来确定。 目前利用坝顶鼻坎挑流泄洪流量最大的拱坝是南非的亨德列·维尔沃特双曲拱坝， 坝高90m，由坝顶中间泄洪，总泄洪流量为19000m3/s。我国流溪河双曲拱坝、 半江拱坝也采用这种型式，运用情况良好。下图为几座鼻坎挑流式拱坝的头部 形状。
溢流薄拱坝—坝顶跌流
a)水流经过坝顶自由跌入河床， 其溢流坝顶通常采用非真空的 标准堰型。这种溢流形式具有 结构简单和施工方便的优点， 但水舌落水点距坝脚较近，冲 刷坑的位置靠近坝基，冲刷严 重时会威胁大坝安全。适用于 下游河床基岩良好，下游坝坡 较陡或向下游倒悬的双曲拱坝。 对于高拱坝的坝顶跌流，为了 防止发生严重的冲刷，常需采 用消能防冲设施，如采用跌流 消力池，或在下游设二道坝抬 高水位形成水垫消能。 b)目前泄洪流量最大的坝顶跌流工程是美国的莫西罗克拱坝，坝高185m，在坝顶中 部设置4个由13m×15.2m弧形闸门控制的溢流孔，总泄洪流量为7800m3/s，单宽流 量为150(m3/s/m ) 。跌流落差最大的为英古里拱坝，坝高272m，坝顶设6个溢流孔， 总泄洪流量为2500m3/s。 我国建造几十座砌石双曲拱坝，采用坝顶跌流的砌石双曲拱坝中以群英拱坝为最高 (95m)，在坝顶中部设置7个溢流孔。
理论2 溢流重力坝
– 不需另设温控措施；
– 施工技术简单易于掌握。
• 缺点：
– 人工砌筑，砌体质量不易控制；
– 防渗性能差，
– 修整、砌筑机械化程度低，施工期较长，耗费劳动力。
4 其他型式的重力坝 —宽缝重力坝
4 其他型式的重力坝 —空腹重力坝
• 黄河三门峡水电站鸟瞰图
• 黄河万家寨水电站鸟瞰图
• 河北邢台朱庄水库砌石重力坝
5 溢流重力坝的消能方式
– 底流消能、 – 挑流消能、 – 面流消能、 – 消力戽消能
溢流重力坝消能方式之一 • 挑流消能
–容： --鼻坎型式：连续式和差动式 – 鼻坎高程：高于下游水位1～2m – 反弧半径：R=(4～10)h –挑射角：200 ～250 –挑距L： –冲刷坑深度：
4 管身
–有压泄水孔一 般采用圆形断面，圆形过水能 力较大，管周应力条件也好，为防渗和满足应 力要求：管周需布设钢筋，有时采用钢板衬砌。
–无压泄水孔的明流段,通常采用矩形泄槽,洞顶 应留有足够的空间,以满足掺气和通气的要求, 以保证形成稳定的无压流。为了减小出口的单 宽流量，有利于下游消能，在管道转入明流段 后，两侧在平面上可以适当扩散。
（2）大孔口溢流式
（3）深式泄水孔
3 溢流坝剖面设计
• 溢流坝面由顶部曲 线段、中间直线段 和下部反弧段三部 分组成。
4、溢流重力坝孔口尺寸
• 第一种情况：己知设计洪水位和允许下 泄流量: 先定q→L→H。→堰顶高程
• 第二种情况：未知设计洪水位和允许下 泄流量 –步骤: a、确定单宽流量 b、孔口尺寸
理论2-1 溢流重力坝
（教材2.6）
1、溢流重力坝设计原则
– 满足稳定和强度要求（同非溢流坝）； – 泄水要求：
溢流坝
H
d
Hd ——定型设计水头，一般取孔口 定型设计水头， 定型设计水头
75% 95% 中 心 至 校 核 洪 水 位 的 75% ～ 95% ； φ ——孔口收缩断面上的流速系数， 孔口收缩断面上的流速系数， 孔口收缩断面上的流速系ห้องสมุดไป่ตู้ 一般取φ 95。 一般取φ =0.95。
2.反弧段 反弧段 溢流坝下游反弧段的作 用是使溢流坝面下泄的水流 平顺地与下游消能设施相衔 接。
3.进口段 3.进口段 4.闸门段 4.闸门段 5.孔身段 5.孔身段 6.渐变段 6.渐变段
平压管
为了减小检修闸门的启 门力， 门力，应当在检修闸门和工 作闸门之间设置与水库连通 的平压管。 的平压管。
2）溢流坝的堰顶高程
当采用开敞式溢流时， 当采用开敞式溢流时，可利用下 式，计算出堰顶水头H0
Q = Cmεσs L
3/ 2 2gH0
当采用大孔口泄洪时， 当采用大孔口泄洪时，可用下式 计算出堰顶水头H0 Q = µA 2gH0 k
5.闸门的类型与作用 5.闸门的类型与作用 闸门的类型与 水工闸门按其功用可 分为工作闸门、 分为工作闸门、事故闸门 和检修闸门。 和检修闸门。
堰面曲线方程如下： 堰面曲线方程如下：
n x n = KH d −1 y
X
Y
式中： 定型设计水头， 式中：Hd—定型设计水头，按堰顶最大 定型设计水头 作用水头Hmax 75%～95%计算 作用水头Hmax 的75%～95%计算
对于设有胸墙溢流堰 的堰面曲线： 的堰面曲线：
y = x 4ϕ
2 2
3.直线段 直线段
中间的直线段与坝顶曲线 和下部反弧段相切， 和下部反弧段相切，坡度一般 与非溢流坝段的下游坡相同。 与非溢流坝段的下游坡相同。 具体应由稳定和强度分析及剖 面设计确定。 面设计确定。
第六节--溢流重力坝
第六节--溢流重力坝第六节溢流重力坝（一）引言：溢流重力坝简称溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物。
因此，坝体剖面设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水的要求，同时要考虑下游的消能问题。
当溢流坝段在河床上的位置确定后，先选择合适的泄水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸及溢流堰顶高程。
本节主要介绍：溢流坝的设计要求、溢流坝的泄水方式和溢流坝的剖面设计一．溢流坝的设计要求溢流坝是枢纽中最重要的泄水建筑物之一，将规划库容所不能容纳的大部分洪水经坝顶泄向下游，以便保证大坝安全。
溢流坝应满足泄洪的设计要求：●有足够的孔口尺寸、良好的孔口体形和泄水时具有较大的流量系数。
●使水流平顺地通过坝体，不允许产生不利的负压和振动，避免发生空蚀现象。
●保证下游河床不产生危及坝体安全的冲坑和冲刷。
●溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。
●有灵活控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等。
二．溢流坝的泄水方式图示讲解：1．坝顶开敞溢流式溢流坝泄水方式（单位：m）（a）坝顶溢流式 1一350T门机；2一工作闸门（b）大孔口溢流式 1一175/40T门机；2一12×10m定轮闸门；3一检修门（c）具有活动胸墙的大孔口 1-活动胸墙；2一弧形闸门；3一检修门槽；4一预制混凝土块安装区不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常蓄水位，泄水时，靠壅高库内水位增加下泄量，这种情况增加了库内的淹没损失和非溢流坝的坝顶高程和坝体工程量。
坝顶溢流不仅可以用于排泄洪水，还可以用于排泄其它漂浮物。
它结构简单，可自动泄洪，管理方便。
适用于洪水流量较小，淹没损失不大的中、小型水库。
当堰顶设有闸门时，闸门顶高程虽高于水库正常蓄水位，但堰顶高程较低，可利用闸门不同开启度调节库内水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝的高度及坝体的工程量。
与深孔闸门比较，堰顶闸门承受的水头较小，其孔口尺寸较大，由于闸门安装在堰顶，操作、检修均比深孔闸门方便。
溢流重力坝
由于我们的能力有限，以上设计 部分不免会有许多不足或者错误之处，
如有发现，恳请给我们批评指出， 我们会进一步进行更正。
非常谢谢 徐晶老师、宋东辉老师 在设计过程中细心的指导！
溢流重力坝的消能方式采用挑流消能
挑流鼻坎示意图
溢流坝基本剖面设计
型幂曲线
坝顶细部结构布置
1-启闭机房；2-路灯；3-栏杆；4-人行道;5-公路；6-主闸门；7-检修闸门
重力坝的材料及构造
重力坝的材料
重力坝的建筑材料主要是混凝土。对于水工混凝 土，除强度外还应按其所处的部位和工作条件，在抗
渗、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀、低热，抗裂性能方面提 出不同的要求。
分区的厚度一般不得小于2～3米，以便浇筑。
重力坝的材料及构造
坝体对各区混凝土性能的要求如图所示
坝体排水
为减小渗水对坝体的不利影响，在靠近上游面处布
设排水管。距上游面要求小于坝前水深的1/10 ～ 1/12，使渗透坡降在允许范围内。管距2～3m。管 径15 ～ 25cm，太小易堵塞。
排水管与廊道连接多采用直通式，且多在上游侧 （使廊道干燥）。
非溢流重力坝剖面设计设计原则1满足稳定和强度要求2工程量少3便于施工4运用方便5溢流重力坝要求既能挡水又能通过坝顶溢流设计内容1孔口设计2溢流面曲线和剖面设计3消能工的型式与设计溢流坝由顶部溢流面曲线段中间直线段和下部反弧段组成1顶部溢流段
重力坝的荷载及组合
重力坝
作用于重力坝的主要荷载有： ①自重； ②静水压力； ③扬压力； ④水自重； ⑤泥沙压力； ⑥浪压力； ⑦地震力；
水工混凝土除要求有足够的强度以外，还有一定
溢流重力坝坝基防渗处理讲义
● 消能工的设计原则
尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动 中,以及水流与空气的摩擦上;
不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷; 下泄水流平稳,不影响枢纽中其他建筑物的正常运行; 结构简单,工作可靠; 工程量小，造价低。
● 消能方式：
底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。
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单宽流量q确定以后,溢流孔净宽B (不包括闸墩厚 度)为:
B=
（m）
装有闸门的溢流坝,用闸墩将溢流段分隔为若干个 等宽的孔。设孔口总数为n，孔口宽度b=B/n，d 为闸墩厚度，则溢流前缘总宽度B1为:
B1=nb+（n-1）d （m）
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开敞式溢流坝下泄流量
当采用开敞式溢流坝泄流时, 下泄流量Q溢
特点：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能方式。 它是利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗、在一定 尾水深度的作用下，使从溢流坝下游的高速水流在戽斗内 产生激烈的表面旋滚，并使出戽的高速水股在底部及尾水 中均产生旋滚，以达到较好的消能效果。30年首先在美 国大重力坝中采用，我国安康采用。
优点：工程量较消力池小， 冲刷坑比挑流式浅，不存在 雾化问题； 缺点：下游水面波动大，易 冲刷岸坡，不利航运，戽面 磨损率高，增大了维修费用 。
在溢流坝段位置确定以后，应合理选择泄 水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口 尺寸。
4
孔口设计
孔口设计涉及因素：
洪水设计标准、下游防洪要求、库水位雍高有无限 制、是否利用洪水预报、过水方式以及枢纽地形、地质 条件等。
设计步骤：
选定泄水方式，拟定若干种泄水布置方案。初步确 定空口高程、尺寸，按工程等级相应的洪水设计标准进 行洪水调节演算。求出各方案的防洪库容，设计和校核 洪水位及相应的下泄洪量等。然后估算淹没损失和枢纽 造价，进行技术经济比较，选出最优方案。