水闸综合水力计算实例

1、水闸水力计算 一、基本资料某平底水闸担负汛期某河部分排洪的任务。在汛期，当邻闸泄流量达5000m 3s时，本闸开始泄洪。根据工程规划，进行水力计算的有关资料如下：1水闸宽度设计标准(1)设计洪水流量为1680m 3s，相应的上游水位7.18m，下游水位为6.98m；(2)校核洪水流量为l 828m 3s，相应的上游水位为7.58m，下游水位为7.28m2消能设计标准因水闸通过设计洪水流量时，上下游水位差很小，过闸水流呈淹没出流状态，故不以设计洪水流量作为消能设计标准。现考虑汛期邻闸泄洪流量为5000m 3s时，本闸开始泄洪，此时上下游水位差最大，可作为消能设计标准其相应的上游水位为5.50m，

2、下游水位为2.50m，并规定闸门第一次开启高度m。3闸身稳定计算标准(考虑闸门关闭，上下游水位差最大的情况)(1)设计情况：上游水位为6.50m，下游水位为-1.20 m：(2)校核情况：上游水位为7.00m，下游水位为-120m。4水闸底板采用倒拱形式，底板前段闸坎用浆砌块石填平。为了与河底超高相适应，闸坎高程定为-1.00m，倒拱底板高程为-1.50m5闸门、闸墩及翼墙型式：闸门为平面闸门，分上下两扇。闸墩墩头为尖圆形，墩厚m翼墙为圆弧形，圆弧半径m6闸址处河道断面近似为矩形，河宽m7闸基土壤为中等密实枯土8水闸纵剖面团及各部分尺寸见图15.1。二、水力计算任务：1确定水闸溢流宽度及闸孔数

3、；2闸下消能计算；3闸基渗流计算三、水力计算：1、确定水闸溢流宽度及闸孔数平底水闸属无坎宽顶堰。先判别堰的出流情况。已知设计洪水流量Q1680m 3s，相应的上游水位为7.18m，闸坎高程为-1.00m，则宽顶堰堰上水头m又知河宽m，则下游水位为6.98m，则下游水面超过堰顶的高度由表10.9知，为宽顶堰淹没出流据堰流基本公式 (10.4)；可得水闸溢流宽度对无坎宽顶堰。取侧收缩系数。 因流量系数m和淹没系数均与堰宽有关，必须用试算法求。现设75m。根据得。再根据，由表10.9查得。于是得 假设与计算值近似相等，故m即为所求每孔闸宽往往决定于闸门形式、闸门启闭机的能力及其他具体条件。取每孔间宽

4、6m ，则闸孔数。现取，则水闸实际溢流宽度m求通过水闸的实际流量。根据及由表10.8查得m=0.355。再根据由表10.9查得。则实际流量 m3 /s 实际流量大于设计流量，所取值满足要求再核算所取值能否满足通过校核流量l 828米秒的要求已知相应于校核流量的上游水位为7.58m，则堰上水头为宽顶堰淹没出流。按，由表11.9查得，则通过水闸的流量 所取值满足要求。 决定采用水闸溢流宽度 2、闸下消能计算 根据本间设计要求，闹下消能按上游水位为5.50米，下游水位为2.50米，闸门开启高度的情况计算 (一)判别属于堰流或闸孔出流闸上水头m 由式(10.1)知为闸孔出流 (二)判别属于自由出流或淹

5、没出孔流 因闸孔流量为未知，尚无法判别闸孔出流情况，先假设为自由孔流，算出流量后再行校核。 宽顶堰上平面闸门自由孔流的流量公式(11.21)计算： 已知闸孔宽度；m；先不计，即对底部为锐缘的平面闸门，闸孔流量系数按式（10.25）计算：以上各值代入流量公式中得 按所得的流量近似值求，再计算流量的较精确值： 故得 所求流量与第一次近似值甚为接近，不必再算。下面校核是否属于自由出流 按，由表10.11查得锐缘平面闸门的垂向收缩系数由式(10.29)可得临界水跃跃后水深 下游水深 因为自由孔流，与原假设的出流情况相符，所求流是正确的 因为是自由出流，闸下发生远离水跃，需要做消能工，采用消力池。 (三

6、)求消力池深度水闸单宽流量临界水深 由表10.12查得平底闸平面闸门的流速系数。按及值，由附录图查得 因闸底为倒拱，可利用闸坎后一段长11m的倒拱底板作为消力池的一部分，故以倒拱底板高程-1.5m作为消力池池底高程，即采用池深 (四)求消力池长度l消力池长度按公 因按查得 所以水越长度则池长 采用池长为17m(包括倒拱底板后段11m及底板外另加的6m，见图151)。 (五)求海漫长度 海漫长度(即跃后保护段长度)按南京水利科学研究院的公式计算： 式中上下游水位差m：消力池末端单宽流量可按消力池宽度求得： 对粘性土壤，可取系数. 于是 采用海漫长度为30m。 3、闸基渗流计算 闸基渗流主要是计算

7、渗径长度和闸底渗流压强。至于渗流量，因闸基为粘性土壤，渗透性小，且本工程对控制渗流量要求不高，故不必计算。 ()求渗径长度 渗径长度应能满足水闸上下游水位差最大时的防渗要求，故按上下游水位差最大的情况来确定。上下游水位差最大的情况为闸身稳定计算中的校核情况，相应的上游水位为7.0m，下游水位为-1.2m，最大水位差 按水闸结构布置要求，初步拟定闸底轮廓线，再核算渗径长度是否满足要求因本闸水位差较大，由结构布置要求确定的闸底长度较短，仅17m，故于底板上游增设一长25m的钢筋混凝土防渗铺盖，以增加渗径长度。初步拟定的闸底轮廓线如图15.1所示为了便于计算，将闸底不透水部分轮廓线的转折点按顺序编号

8、，共12点 按防渗要求，闸底不透水部分轮廓线(包括钢筋混凝土铺盖及钢筋混凝土倒供底板)长度应满足 式中折算渗径长度，其中闸底铅直轮廓线(当轮廓线与水平线夹角大于或等于45时，按铅直轮廓计算)长度 水平轮廓线长度 则 上下游水位差8.2m，由表查得中等密实粘土(无反滤层)的渗径系数则 因LC0H。闸底轮廓线长度满足防渗要求。 (二)求闸底渗流压强 闸底任一点n的渗流压强pn按式(14.62)计算： 式中n点的水头Hn。可按n点的折算渗径长度l1-n求得： n点的位置高度(以下游水面为基准面向下为正)为 现以点8为例计算该点在校核情况时的渗流压强点8的折算渗径长度为 则 按上法求得闸底各点在校核情

9、况时的渗流压强，列于表15.1对于设计情况，水位差H65-(-12)77m按同样方法求得闸底各点在设计情况时的渗流压强，列于表15.2.以上所求闸底渗流压强是进行水闸整体稳定计算和底板强度计算的主要荷载之一。位置12345680.476.776.073.536.333.1-1.965.885.881.964.9011.7578.4482.5881.8875.4641.2044.85位置12345632.330.56.867.904.210.0011.758.828.8211.7511.752.9444.0539.3215.6816.6515.962.94位置12345675.472.071.469.034.131.0-1