[發(fā)明專利]邊墻底部開口的窄縫出口挑坎

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911004028.1
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110629735B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧軍;劉文;張法星;田忠;衛(wèi)望汝;劉善均;許唯臨;王韋
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 呂建平

本發(fā)明提供一種邊墻底部開口的窄縫出口挑坎，挑坎兩側(cè)邊墻之間的底板寬度沿水流方向逐漸減小，形成漸收的窄縫出口，接近挑坎出口處的邊墻底部開口懸空，并沿水流方向延伸至挑坎出口。本發(fā)明解決了現(xiàn)有窄縫式消能工中，邊墻高度增高，側(cè)壁動水壓強過大，高速水流收縮等因素帶來的邊墻安全隱患，以及水舌的不穩(wěn)定性問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水利水電工程中泄洪消能領(lǐng)域，具體涉及一種新型的邊墻底部開口的窄縫出口挑坎。

背景技術(shù)

水利水電工程中，通過泄洪建筑物下泄的水流往往具有極高的流速，其攜帶的能量也極大，對下游河床甚至主體建筑物具有很強的破壞潛力。為了保證建筑物及下游河道的安全。工程上遵循通過分散入水來盡可能地增大有效入水面積，從而實現(xiàn)分散能量的原則。

常規(guī)窄縫式消能工是通過邊墻束窄，使水流橫向收縮、縱向拉伸，收縮式消能工體型簡單，布置合理、靈活，適應(yīng)性強，節(jié)省投資。但是由于過水通道束窄的原因，水深在出口位置急劇增大，這就需要將邊墻高度設(shè)計得足夠高，這無疑會增大工程耗資，同時過高的水深也造成了側(cè)壁過大的動水壓強；同時由于高速水流收縮而產(chǎn)生的沖擊波也會對邊墻的穩(wěn)定造成不利影響；另外，由于邊墻收縮造成的“水翅”會加劇挑射水舌的不穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種邊墻底部開口的窄縫出口挑坎，解決現(xiàn)有窄縫式消能工中，邊墻高度過高，側(cè)壁動水壓強過大，高速水流收縮等因素帶來的邊墻安全隱患，以及水舌的不穩(wěn)定性問題。

本發(fā)明主要構(gòu)思是將常規(guī)窄縫挑坎從某一特定位置，在其兩側(cè)的邊墻下部開口，使來流一部分經(jīng)由上部橫向窄縫的束窄作用形成豎向拉伸的水流形態(tài)，而由于上層水體的縱向拉伸，其勢能增大，進而對下層水體形成較強的壓重作用；下層水體由于兩側(cè)邊墻開口，其壓強在側(cè)面得到釋放，從而形成橫向擴散的水流形態(tài)；同時由于邊墻下部開口使得壓力得到釋放的緣故，上部窄縫內(nèi)水深也可以實現(xiàn)大幅減小，從而減小邊墻動水壓力，改善結(jié)構(gòu)受力。上部窄縫結(jié)構(gòu)起的作用不僅限于常規(guī)的窄縫使水舌縱向拉伸的作用，還藉由上層水體的縱向拉伸增加的勢能對下層水體施加較大的壓重作用，從而使得下層水體從兩側(cè)開口能夠?qū)崿F(xiàn)更好的橫向擴散。

本發(fā)明提供的邊墻底部開口的窄縫出口挑坎，其結(jié)構(gòu)為，挑坎兩側(cè)邊墻之間的底板寬度沿水流方向逐漸減小，形成漸收的窄縫出口，接近挑坎出口處的邊墻底部開口懸空，并沿水流方向延伸至挑坎出口。

所述“開口懸空”,是指邊墻底部與底板分離形成縫隙。

本發(fā)明所述挑坎，使得一部分水體沿縱向拉伸，一部分水體沿橫向擴散，因此，存在縱向拉伸與橫向擴散的流量分配比的問題，而流量的分配決定了出坎水舌能量的分配，進而影響下游河床沖刷的程度，不同收縮比和下部開口高度會引起上部窄縫以及下部開口的水量分配比率發(fā)生改變，從而影響消能效果。

影響水量比率的主要參數(shù)是邊墻末端開口懸空壁面距離底板的懸空高度h₂，h₂的大小直接關(guān)系到上下兩層水體的流量分配比例，h₂越大則通過下層實現(xiàn)橫向擴散的水流量越大，反之亦然。為了使水流盡可能分散，并且保證上部窄縫水舌能夠?qū)ο虏克w形成足夠的壓重以實現(xiàn)其良好的橫向擴散，一般h₂≤0.6h，h為泄槽內(nèi)最大水深。但地形條件也會對h₂有影響，當(dāng)河道較寬時，可使下部擴散水量適度增大，可取h₂＝0.6h；反之，當(dāng)位于狹窄河谷時，由于下部水體的橫向擴散作用對岸坡穩(wěn)定有不利影響，此時可將h₂取相對較小值，從而使下部開口產(chǎn)生的橫向擴散的水量適量減少，具體數(shù)值需根據(jù)河道寬度才能確定。

進一步地，由于邊墻下部開口的緣故，使得上部窄縫部分(水體)處于懸空狀態(tài)(即懸臂結(jié)構(gòu))，故而不宜將挑坎兩側(cè)邊墻未開口部分形成的窄縫出口于挑坎出口處的寬度(上部窄縫出口寬度)b設(shè)置得過小，但是b太大又無法形成有效的縱向拉伸水舌，一般地b可取為(0.4～0.7)B。