三曲线法的导截流计算.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除3.1 一期截流根据施工总进度安排，一期土石围堰于第一年九月初开始填筑，九月底围堰截流闭气，截流标准选用九月下旬5年重现期旬平均流量947m3/s。本阶段设计考虑，围堰首先截断左侧支流，截流在河床右侧主河道处进行。采用两侧进占立堵截流方式，龙口设在右侧主流覆盖层较薄处（约26m）。3.2 二期截流 二期截流为截断明渠水流，江水由导流底孔渲泄。根据施工洪水特点及施工总进度安排，二期围堰于第四年10月初开始填筑，10月中旬截流闭气。截流标准采用10月中旬5年重现期旬平均流量543 m3/s。经水力计算，单戗堤立堵进占截流时，龙口处水流最大平均流速为4.987 m/s，截流最终落差为4.27m，龙口最大抛石粒径为1.15m。3.2.1 二期截流的水力计算抛石截流计算的主要任务是确定抛投体的尺寸和重量，而抛投块的稳定计算国内外广泛采用的是伊兹巴什公式，即 (1) 详见课本施工组织管理P58式v石块极限抗冲流速； a石块化为球形的粒径； 分别为石块和水的容重； K综合稳定系数。由上式可知，抛投块体的粒径与抗冲流速的平方成正比，也就是说，抛投块体的粒径在很大程度上取决于龙口流速。因此研究龙口流速变化规律有很重要的意义。截流的水力计算中龙口流速的确定一般有图解法和三曲线法两种。本次二期截流水力计算采用三曲线法：一、 合龙中截流设计流量的组成一般情况下，截流设计流量Q0由四部分组成Q0= Q+ Qd+ Qs+ Qac (2) 式中Q龙口流量；Qd分流量（分流建筑物中通过的流量）；Qs戗堤渗透流量；Qac上游河槽中的调蓄流量。 由于Qs和Qac不计算，则有： Q0= Q+ Qd二、 三曲线法计算龙口流速推导龙口流速公式分两步进行。先推导龙口流速与上下游落差的关系，然后再推导龙口流速与龙口宽度的关系。在推导公式之前，先对计算断面进行假定：CC断面为龙口流速计算断面，并假设出现淹没流时，该断面水位与下游水位相同，若出现非淹没流，CC断面水深为临界水深（图一）。（一）龙口流速V与上下游落差Z的关系在立堵截流过程中，龙口断面由梯形断面逐渐过渡到三角形断面，水流流态又从淹没流过渡到非淹没流。下面，将龙口流速分别按淹没流、梯形非淹没流以及三角形非淹没流推导流速公式。1、 流流速V1。如图一所示，CC断面落差与下游落差Z相同，则CC断面淹没流流速为： （5）式中流速系数， =0.850.95； Z下游落差。2、梯形断面非淹没流 （6）由于，令，则上式可写为 式中ZCCC断面临界落差； H上游水头（护底顶部高程以上）； Y相对临界落差的平方根，按下式计算： （7）式中 CC断面动能修正系数。常取 =1.0； Q龙口流量，按（2）式或（21）史计算；n戗堤端部边坡系数。其余符号同前。3、三角形断面非淹没流 （8）由（5）（8）式可绘制VZ曲线（图三）。由（5）式可绘淹没流VZ线（曲线1）。由（6）和（7）式，可绘梯形断面非淹没流VZ线（曲线2）。由（8）式可绘实现断面非淹没流VZ线（曲线3）。显然，曲线1是一条上升曲线，曲线3是一条下降曲线，曲线2是先上升而后下降。这是由于y随Z的增加而减小对于矩形断面，；对于三角形断面，随着戗堤进占到三角形断面（Z增加），y将减小到 。三条曲线有三种组合方式：当三条曲线相交于一点时（图三a），最大流速Vmax出现在三角形断面刚形成时；当曲线2在C点之下时，（c点为曲线1和曲线3的交点），Vmax出现在梯形断面（图三b）；当曲线在A点之上时，Vmax出现在三角形断面形成之后（图三c）。 图三 最大流速出现规律（二）龙口宽度B与V和Z的关系1、 梯形断面淹没流。由图四a所示，由集合关系和水力学关系可知图四 龙口宽度计算草图 （9）式中 HB 护底以上戗堤高度，其余符号同前。2、 形断面非淹没流 （图四b） （10）式中 b龙口底部宽度。按下式计算： 3、 三角形断面淹没流 （图四c） （11）4、 三角形断面非淹没流（图四d） 由于 因此 （12）（三）Vmax出现位置的判断 （图三）设曲线1和曲线2的交点为A，相应的落差为ZA，曲线2和曲线3的交点为B，相应的落差为ZB，曲线1和曲线3的交点为C，相应的落差为ZC。A点称为梯形断面淹没分界点，C点称为三角形断面淹没分界点，B点称为非淹没流梯形断面与三角形断面分界点。由图三我们可以看出：（1） 当ZBZC时，Vmax出现在梯形断面，流速过程线为OAEBD，OA段按V1计算，AEB段按V2计算，BD 段按V3 计算。（2） 当ZBZC时，Vmax出现在三角形断面刚形成时或三角形断面形成之后，流速过程线为OCD，OC段按V1计算，CD段按V3计算，此种情况下不需计算V2 。下面来讨论ZB和ZC 的计算方法。令V2 =V3，则有 对于三角形断面， ， 代入上式可得： (13)（13）式中Q为龙口流量；按（2）或（21）式计算，并转化为Z的函数，则由（13）式可求出ZB。 令V1=V3，则有： (14)（14）式可求出ZC。同样，ZA可令V1=V2求出，或作曲线1和曲线2，其相交点可求出ZA。此外，当Vmax出现在三角形断面形成之后，还需求出淹没流时梯形与三角形断面分界点，此时可由图四看出 （15）或 由于 因此 (15)由（151）式和（2）式联立求解，即为淹没流时三角形断面刚形成时的落差。（四）计算步骤1、 将已知的泄流水位关系Qd上（上游水位）转化为QdZ关系，Z=上+下（下游水位）；2、 有（21）式或（2）式绘龙口流量与下游落差QZ关系曲线；3、（13）和（14）式计算ZB和ZC4、当ZBZe时，由（5）（8）式计算V1 、V2 和V3；当ZBZC时，由（5）和（8）式计算V1 和V3。5、流态 由（9）（12）式按相应流态计算B值。 以