水利工程施工课程设计计算书

1、水利工程施工课程设计计算说明书、基本资料某工程截流设计流量 Q=4150 m3/s相应下游水位为39.51m,采用单戗 立堵进占，河床底部高程 30m，戗堤顶部高程是 44m，戗堤端部边坡系数 n=1,龙口宽度220m，合龙中戗堤渗透流量 Qs0=220m3/s,合龙口的渗流量可近似按如下公式计算，Qs= Qs0 . z/ z0 （Z为上下游落差，Z0为合龙闭气前 最终上下游落差），请设计该工程在河床在无护底情况下的截流设计。 已知上 游水位下泄流量关系如下：3Q(m /s)7001220162017002160267034203930 h 上(m40.8541.0441.2841.4541.

2、7542.0542.3542.74截流设计是施工导流设计重要组成部分，其设计过程比较复杂，一般有 多种设计方法，本次设计针对立堵截流。一般设计步骤分为：戗堤设计及截 流水力分区设计，本次设计只涉及截流水力计算。截流的水力计算中龙口流速的确定一般有图解法和二曲线法两种。以下 采用三曲线法设计。截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段, 采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用 5%10%的月平均或者旬平均流量作为设计标准。、计算过程含附图（三曲线法）无护底时绘制Vz和VB曲线步骤：1作QZ关系曲线，将已知的泄流水位 QdAH上转化为QdZ关系,Qd可

3、根据Z值在QdZ曲线上查得；由Q。二Q+Qd+Qs绘制龙口流量与下游落差 QZ关系曲线，曲线由以F表格绘制:ZQQsQdQ1.344150141.707003308.301.534150151.4112202778.591.774150162.8616202367.141.944150170.5017002279.502.244150183.2121601806.792.544150195.0926701284.912.844150206.293420523.713.234150220.0039300.00Q (m3/s)2、计算Zb和Zc(1)、B点为非淹没流梯形断面与三角形断面分界点Zb=

4、1亠4：；-门22g 22/5小Q-Z曲 线其中，a为断面动能修正系数，常取1.0 ；9为流量系数，为0.85 0.95 ;此时取0.91 ;n为戗堤端部边坡系数，取n=1;hs=39.51-30=9.51m ;取 9.81m/s2;先假设Q=450ms,带入上面公式求得Zb,再分别假设Q值求ZbQ(nVs)450500550600650Zb (m)1.401.872.312.733.13将以上数据绘成QZb曲线，与QZ曲线交于一点。交点坐标为（Zb , Q）=（2.73, 598.54）即为所求，则Zb=2.73e（2） C点为三角形断面分界点。21（ g Q）2/5C=2g2（ 4n： 2

5、）先假设Q=400 m3/s,带入上面公式求得Zc,再分别假设Q值求ZcQ（m/s）400450500550600650Zc(m)2.412.532.642.742.842.93将以上数据绘成Q Zc曲线，与QZ曲线交于一点。交点坐标为（Zc, Q） = （2.74, 548.96）即为所求，则Zc =2.74m.由于Zb Zc综上所述，可知当无护底时，只需计算 Vi、V3。3、求 V、V3。（1）y =【.2gZ，其中，取0.91。假设不同的Z值，求出其相应的V1值，再作VZ曲线。计算过程列为下表：Z阿V1.341.164.430.914.671.531.244.430.914.991.77

6、1.334.430.915.361.941.394.430.915.612.241.504.430.916.032.541.594.430.916.422.841.694.430.916.793.231.804.430.917.24g 2q 1(2)求 V V3 =(旦學)5。假设不同的Z值，求出其相应的V3值，再作 4a nV3Z曲线。计算过程列为下表：ZQQ1/52（g）1/54a 2 nVz1.343308.305.061.899.551.532778.594.881.899.231.772367.144.731.898.941.942279.504.691.898.872.241806

7、.794.481.898.472.541284.914.191.897.912.84523.713.501.896.613.230.000.001.890.00根据以上两个表格计算所得结果可绘制 ViZ和V3Z曲线。绘制结果如下图所示:3.42.62.21.81.40.002.004.0010.00 12.006.00 8.00最终可得曲线即为无护底时的 vz曲线由图可知：Vmax=6.79m/s4、作VB曲线:(1)梯形断面淹没流：Bnhs 2nH B梯形断面非淹没流:三角形断面淹没流:其中 b=n(1W)(14f(hsZ)1 -(122)y2)B = 2n(H B三角形断面非淹没流:1 +

8、 4沁 22gQ2 1/5B=2nHB -(hs Z) (矿)其中，戗堤高度 HB=44-30=14m ZB=2.73m以下列表进行计算:Z1.341.531.771.942.242.542.843.23Q3308.302778.59 2；367.14 2279.50 1807.001284.91523.710.00V4.674.995.365.616.036.426.797.24V39.559.238.948.878.477.916.610.00B92.9877.0464.9361.2250.0039.5426.482.52流态梯形淹没流梯形淹没流梯形淹没流梯形淹没流梯形淹没流梯形淹没流三角

9、形非淹没流三角形非淹没流根据以上数据绘制BVi和BV3曲线如下:12.0010.008.00亍 _ -一 二二二6.00/4.00JF2.000.00J1|Jj|0.0020.0040.0060.0080.00100.005、确定抛投块体半径d。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仕公式，则根据不同流速分区确定块体半径：y _yV=K 2gd s式中：v为水流流速，m/s; yK为综合稳定系数，取1.2;g为重力加速度，取 9.81m/S丫 s为石块容重，取18KN/m3;下表：丫为水的容重，取10 KN/m3 ；B(m)Z(m)V(m/s

10、)（V/K）21 vd(m)2g Vs-v92.981.344.6715.150.0460.7077.041.534.9917.290.0460.8064.931.775.3619.950.0460.9261.221.945.6121.860.0461.0150.002.246.0325.250.0461.1639.542.546.4228.620.0461.3226.482.846.6130.320.0461.392.523.230.000.000.0460.00Vi为梯形淹没流的速度，V3为三角形非淹没流的速度。具体见表如则可绘制Bd曲线如下所示:B-d曲线由以上可知，当出现最大流速172

11、cUf（V/K） 2=1.48m。2g s-Vmax=6.79m/s时，抛投块体最大半径三、成果分析立堵法截流是将截流材料，从龙口一端向另一端或从两端向中间抛投进 占，逐渐束窄龙口，直至全部拦断。截流水力计算的目的是确定龙口诸水力参数的变化规律，主要解决两个 问题：（1）确定截流过程中龙口各水力参数，如流量 Q落差Z及流速V的 变化规律；（2）由此确定截流材料的尺寸、重量或相应的数量等。截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段， 采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用 5%10%的月平均或者旬平均流量作为设计标准。 截流设计流量Qo由龙口流 量Q

12、、分流量Qd、戗堤渗透流量 Qs和上游河槽中的调蓄流量 Qac组成。如 Qac不计算，则可得到Qo二Q+Qd+Q。随着截流戗堤的进占，龙口逐渐被束窄，因此分流建筑物和龙口的泄流 量是变化的， 但二者之和恒等于截流设计流量。 其变化规律是： 截流开始时， 大部分截流设计流量经由龙口泄流，随着截流戗堤的进占，龙口断面不断缩 小，上游水位不断上升。当上游水位高出泄水建筑物以后，经由龙口的泄流 量越来越小，而经由分流建筑物的泄流量则越来越大。龙口合龙闭气以后， 截流设计流量全部由分流建筑物泄流。截流过程中龙口各水力参数的变化规律可参考QdZ 曲线、龙口流量与下游落差 QZ 关系曲线、 QZB 曲线与 QZ 曲线相交、 Q ZC 曲线与 QZ 曲线相交、VZ曲线、BVi和BV3曲线等，可以得出流速分区主要有梯 形淹没流和三角形非淹没流，且无护底时最大流速为6.79m/s;而在确定抛投 体的尺寸和重量时，其稳定计算国内外广泛