一种矮边墙贴三角体收缩式挑坎
技术领域
本发明涉及矮边墙贴三角体收缩式挑坎，属于水利水电工程技术领域。
背景技术
在国内外大坝泄水建筑物中，挑流消能方式的应用最为广泛。挑流消能的基本原理是利用高速水流所挟带的巨大动能，将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。水流在空中及水下射程中应尽可能分散，以利于通过水体剪切和混掺消杀大量能量，减轻对河床的冲刷。挑流消能的关键在于挑坎体型的选择，随着坝工建设的发展，各具特色的挑坎体型陆续出现，其中连续挑坎、差动挑坎、高低挑坎、窄缝挑坎、舌形挑坎等应用较广。
常规收缩式挑坎，即窄缝挑坎是借助于挑坎两侧边墙的收缩，在挑坎下游出口处形成窄缝，促使水流横向收缩，而使其在挑坎出口下游沿竖向和纵向拉伸、扩散，使挑射水舌在空中形成扇形形状，增大水舌在空中的碰撞、掺气消能，减少水流射入下游河床的单位面积能量，从而减轻对下游河床的冲刷。常规窄缝挑坎通过两侧边墙的收缩，加大了水舌的竖向和纵向拉伸、扩散，有利于消能。但是由于两侧边墙的收缩，高速下泄水流通过两侧收缩边墙作用后，水体急剧变薄，水深急剧加大，为使水舌控制在挑坎边墙内部，窄缝挑坎需要将两侧的边墙高度加高，形成较高的直立式边墙，受力点上移，不利于挑坎边墙稳定；同时，高速下泄水流通过两侧收缩边墙挤压后，对挑坎两侧边墙会形成较大的脉动压强，严重时会危及挑坎结构的安全；另外，当下泄流量较小时，常规窄缝挑坎受边墙的约束使水深增大而流速减小，存在水舌不起挑的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矮边墙贴三角体收缩式挑坎，以克服常规窄缝挑坎两侧边墙高度较高、高速下泄水流作用到两侧边墙上的脉动压强较大不利于结构稳定以及小流量下水舌难以起挑的缺点。
本发明是这样实现的：
一种矮边墙贴三角体收缩式挑坎，包括泄槽边墙和泄槽底板，所述泄槽边墙与挑坎边墙相接，所述泄槽底板与挑坎底板相接，其中挑坎边墙采用收缩式边墙，以便将水流向中间导向；挑坎底板中部设置跌坎；两侧挑坎边墙处设置三角体，三角体底面坐落于挑坎底板上，背面紧贴着挑坎边墙，侧面与跌坎边墙上下平齐，正面形成一定的向上、向内的双向斜坡。
进一步的，所述挑坎边墙高度逐渐降低，以降低挑坎的受力点，其首端高度与泄槽边墙高度H相同，末端高度为h，h在0.3H～0.8H之间。
进一步的，所述跌坎为梯形扩散布置，其首端宽度为B1，末端宽度为B2+B3，B1在0.15B～0.5B之间，B2+B3在0.25B～0.8B之间，同时，B1小于B2+B3，以保证跌坎具备一定的扩散能力。
进一步的，跌坎底板形成向下的纵坡，纵坡坡比为1：i，i在4～12之间。
进一步的，挑坎边墙、挑坎底板、跌坎与三角体形成整体结构，下泄水流通过两侧挑坎边墙的挤压以及三角体的顶托作用将水舌导向挑坎上部以及中部，使高速下泄水流相互挤压、碰撞消能，使下泄水舌充分的空间拉伸、扩散，同时设置梯形扩散跌坎，使水舌近端落水点向上游前移。
该挑坎两侧收缩边墙处设置有三角体，通过三角体的顶托作用可以将水舌导向挑坎上部以及中部，可以使高速下泄水流相互挤压、碰撞消能，保证高速下泄水流的空间拉伸、扩散消能，大大降低了边墙的高度，保证结构的稳定，同时，该挑坎中部设置有嵌入基岩的扩散型跌坎，增加挑坎结构的稳定性，并对跌坎底板设置一定的坡度，使水舌近端落水点向上游前移，进一步增加水舌的空间扩散程度，并保证小流量下水舌可以起挑，避免水舌冲击挑坎出口本岸，保证建筑物的安全。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)将挑坎两侧的边墙向中间收缩，并在两侧边墙处设置三角体，挑坎两侧收缩边墙与三角体形成整体，通过两侧边墙的挤压以及三角体的顶托作用将水舌导向挑坎上部以及中部，可以使高速下泄水流相互挤压、碰撞消能，水流碰撞后各水流质点具有不同的抛射角，越接近自由面抛射角越大，水流出挑坎后，各水流质点以不同的速度和角度在竖直面上运动，在纵向形成薄形扇状的运动拉伸，使下泄水舌充分的空间拉伸、扩散，加大下泄水体入水范围，增大下游河床消能功率，减轻对下游河床的冲刷。
(2)该挑坎改变了常规窄缝挑坎采用高收缩边墙控制水流竖向拉伸的形式(见图7)，高速下泄水流通过两侧边墙的挤压以及三角体的顶托作用导向挑坎上部以及中部，可以使水流竖直方向超出边墙高度范围，大大降低了挑坎边墙高度(见图6)，边墙及三角体整体受力，且受力点较低，有利于保证结构的安全。
(3)通过合理调整两侧边墙的长度、收缩程度以及两侧三角体的大小、布置范围，可以灵活控制水舌的导向及空间扩散程度，根据工程实际情况，控制水舌入水方向和入水位置，避免水舌冲击两侧岸坡。
(4)该挑坎中部设置扩散型跌坎，跌坎嵌入基岩一定的深度，增加了挑坎结构的稳定性，并对跌坎底板设置一定的坡度，使水舌近端落水点向上游前移，可以进一步增加水舌的空间扩散、紊动扩散，减少水流射入下游河床的单位面积能量，减轻对下游河床的冲刷；另外，通过调整跌坎底板坡度及出口宽度可以保证小流量下水舌的起挑，避免水舌冲击挑坎出口本岸，保证建筑物的安全。
附图说明
图1是本发明立体结构图；
图2是本发明轴线剖视图；
图3是本发明平面布置图(长度、宽度对称布置)；
图4是本发明平面布置图(长度一致、宽度不同非对称布置)；
图5是本发明平面布置图(长度、宽度均不同非对称布置)；
图6是本发明水舌形态图；
图7是常规窄缝挑坎水舌形态图。
附图标记说明：1-泄槽边墙；2-泄槽底板；3-挑坎边墙；4-三角体；5-挑坎底板；6-跌坎；7-跌坎底板；8-跌坎边墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图7所示，本发明包括以下构件：泄槽边墙1、泄槽底板2、挑坎边墙3、三角体4、挑坎底板5、跌坎6、跌坎底板7、跌坎边墙8。其主要实施方式如下：
根据水力学计算确定泄槽边墙1的高度H以及泄槽底板2的宽度B，泄槽边墙1与挑坎边墙3相接，泄槽底板2与挑坎底板5相接，其中挑坎边墙3采用收缩式边墙，以便将水流向中间导向。如图3、图4、图5所示，挑坎左、右边墙的长度及布置形式可根据工程实际情况灵活调整，左、右岸边墙长度可以相等也可以不等，布置形式可以对称也可以不对称；挑坎边墙3高度逐渐降低，以降低挑坎的受力点，其首端高度与泄槽边墙1高度H相同，末端高度为h，h在0.3H～0.8H之间。
挑坎底板5中部设置跌坎6，跌坎6为梯形扩散布置，其首端宽度为B1，末端宽度为B2+B3，B1在0.15B～0.5B之间，B2+B3在0.25B～0.8B之间，同时，B1小于B2+B3，以保证跌坎6具备一定的扩散能力。如图3、图4、图5所示，B2及B3的值可以根据边墙的收缩情况灵活调整，跌坎6出口可以平齐布置，也可以斜向布置，跌坎6结构可以沿泄槽轴线对称布置，也可以非对称布置；跌坎6根据工程实际情况向下嵌入基岩一定的深度，以增大挑坎结构的稳定性及下泄水舌向下扩散的幅度，跌坎底板7形成向下的纵坡，纵坡坡比为1：i，i在4～12之间。
两侧挑坎边墙3处设置三角体4，三角体4底面坐落于挑坎底板5上，背面紧贴着挑坎边墙3，侧面与跌坎边墙8上下平齐，正面形成一定的向上、向内的双向斜坡，可以将水流向挑坎上部、中部导向，三角体4的布置范围、导向角度根据挑坎边墙3收缩程度、长度以及跌坎6布置情况合理调整。
挑坎边墙3、挑坎底板5、跌坎6与三角体4形成整体结构，下泄水流通过两侧挑坎边墙3的挤压以及三角体4的顶托作用将水舌导向挑坎上部以及中部，可以使高速下泄水流相互挤压、碰撞消能，使下泄水舌充分的空间拉伸、扩散，同时设置梯形扩散跌坎6，使水舌近端落水点向上游前移，进一步增加水舌的空间扩散、紊动扩散，加大下泄水体入水范围，增大下游河床消能功率，减轻对下游河床的冲刷，通过调整跌坎底板坡度及出口宽度可以保证小流量下水舌的起挑，避免水舌冲击挑坎出口本岸，保证建筑物的安全。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
