土石坝溢洪道

滑行水流在台阶式溢洪道非充气区域

土石坝溢洪道

摘要：

传统上，研究台阶式溢洪道水力学一直专注于充气区域，但是对于经历比较大的漫顶流的小型土石坝的水利设计却很少，非充气区域也非常重要的，经验公式给出：预测1V:2H的台阶式溢洪道上游侧夹带空气的开始点，成立的点的位置和水流的深度，特别强调的是放在清水中的速度分布和显影的非充气区域中的能量消耗特性。速度分布是一种良好的描述能量规律的方法。这个标准清水的深度和标准化的比能沿着相对溢洪道标准临界深度是可以忽略不计的。最后能耗率小直接影响下游的消耗功的设计。

引言：

最近，重新评估的几个土石坝防洪设计表明很多大坝的泄洪道没有足够的泄洪能力，这将导致漫坝，漫坝会导致整体的结构崩溃，除非已经考虑到保护系统，漫坝后安全保护措施往往是经济能力与提供额外传统溢洪道泄洪能力的对比，这些措施包括青草覆盖堤防、土建纺织物和薄膜、雷诺覆盖方法、抛石护岸、石笼、混凝土块、钢筋混凝土板、碾压混凝土和水泥。使用当代的混凝土RCC技术在大坝自然的上下游导致整个台阶表面保护系统。碾压混凝土施工技术相对传统的施工降低了成本、施工速度。台阶式泄洪道相对也光滑的泄洪道增加了消能能力，有助于减少或消除下游的消能。

大量的研究开发的台阶式斜坡溢洪道土石坝或混凝土坝是估计下游的起点、包括夹带的空气、特征流的深度和速率等性质的典型。_e.g., Gaston 1995; Chamani and

Rajaratnam 1999;

Matos 2000; Chanson 2001; Boes and Hager 2003a,b; Ohtsu et al.2004; André 2004; Renna 2004; Meireles 2004; Gonzalez 2005）与此想反的数量非常有限研究的对于一些非充气台阶式溢洪道水坝过水能力的问题，这对于它们的水力设计很重要，尤其是对于小型土石坝。

本文提出了本文提出了一种实验研究主要的在1V ：2H倾斜的台阶式溜槽非充气区域滑行水流漫坝典型的。这些流动性能主要是上游侧的开始时的点的深度和地点、即在清水中深度、速度分布、动能修正系数和特殊的能量。

背景：

对于一个给定的台阶式溢洪道，流体通过溢洪道形成的水幕是任意的、过渡、或台阶式水流流量增加。在滑行水流规范中，通常设计碾压混凝土的漫坝保护系统。在台阶上溢流坝边缘的滑行水流中充满了循环液体，台阶式溢洪坝滑行水流区域与传统溜槽上的自渗气水流非常相似，如TABLE 1，是典型的台阶式溢洪道小型土石坝的流动区域。

在给出的台阶式溢洪道掺气发生点在移动到下游的过程中增加了流量，要检查

的非充气区域，几何的特点，设计各种水流过各种碾压混凝土的漫坝保护系统的重要性，麦克莱恩和汉森（1993）年进行了分析，发生的点的位置Li 被李估计出来（2001）Chanson。

为充气的流动区域内进行了预测在若干个相隔相当显著距离的水坝加空气滑道将不会

发生在全部五个为充气的流动区域中。因此，对于非充气水流的性能可能是水力设计的重要目标，尤其是小型土石坝。

实验装置：

实验在水力学和水资源实验室进行了台阶斜槽的组装，（Instituto Superior Técnico _IST_, Technical University of Lisbon Portugal）从顶部到底部0.5m，坡度（1V:2H）水平26.6°，以及宽0.7m，原来的槽由（Fael _2000_）原来的进一步重新改造研究（André and Ramos 2003; Cabrita 2007）两个台阶的高度h在后来的测试得到2.5—5cm。设施包括一个不受控制的宽顶堰紧接着一个阶梯槽，堰长0.5m，0.5m高，在上游角落里采用了半圆形以减少在入口处的水流分离，从液压的角度来看，足够长的堰被归类为宽顶堰，确保临界流量条件发生在所有测量流速的峰值，带点测量的电磁流量计安装在供给管，用于进行单元放电测试，取值范围从0.03—0.08 m2

s,符合滑行水流规范，一个普朗特皮托管

带8mm外径和读数精度为0.1mm的点测压表分别用于测量几个横截面的水流速度和清水深度。在非掺气区域，该仪器被安装在小车上会产生误差、横向的和垂直位置的分别大概小于5.，1和0.1mm，流量计获得单位放电与实验中获得的速度分布和整合进行对比，在几乎所有的测试中，两者间的差异低于8%并且平均值低于5%，在实验室数据在（André and Ramos _2003_and Cabrita _2007_ _Table 1）的研究框架内获得。

在初始点的流体特征：

实验数据中的初始点的位置Li，高，di，在本实验中获得的数据与其他的不受控制的宽顶堰槽和典型的土石坝斜坡漫坝的数据的符合,,(Chanson _2001_, Chanson andToombes _2002_, Yasuda and Chanson _2003_, and Gonzalez_2005)基于这些数据，得到下面公式Li Skimming Flow in the Nonaerated Region of Stepped

Spillways over Embankment Dams

Inês Meireles1 and Jorge Matos2

选课班级2班

陈芍良 2010101520

2012/10/18