河床稳定计算及河相分析

1、河床稳定计算及河相分析河床稳定计算河床稳定指标可采用横向稳定指标、纵向稳定指标及综合稳定指标3种形式分析，以确定河道特性。河道横向稳稳定分析析河道横向稳稳定系数数按下式式计算:式中：b横向稳定系Q造床流量量，m3/s；J河床比降降；B相当于造造床流量量的平摊摊河宽，m。河道纵向稳稳定分析析水流对河床床泥沙的的拖曳力力与床面面泥沙抵抵抗运动动的摩阻阻力之间间的相互互作用，决决定河床床的纵向向稳定性性。根据据黄河水水利出版版社出版版治河河及泥沙沙工程中中河道纵纵向稳定定系数采采用爱因因斯坦水水流强度度函数按按下式计计算：式中：h纵向稳定系D床沙平均均粒径，mm；J河床纵比比降；H河流平摊摊水深，m

2、。综合稳定指指标综合稳定指指标是综综合考虑虑河床的的纵、横横向稳定定性。建建议采用用的公式式为河床演变分分析与河河相关系系调查工程区区河道历历史主流流及河道道变迁，分分析工程程区河道道形态。共共分为蜿蜿蜒型河河道、游游荡型河河道两种种形式。蜿蜒型河段段一般凹凹岸崩退退，凸岸岸淤长，凹凹岸深槽槽和过渡渡段浅滩滩在年内内发生互互相交替替的冲淤淤变化。游荡型河道道的河岸岸及河床床抗冲性性较差，从从长距离离来看河河道往往往呈藕节节状，其其中窄段段水流归归顺，有有控制河河势的作作用，宽宽段则河河床宽浅浅，洲滩滩密布，汊汊道交织织，水流流散乱，主主流迁徙徙不定。河河道的平平面状态态可用“宽宽、浅、散散、乱

3、”四四个字概概括。在水流长期期作用下下形成的的河床，其其形态有有一定的的规律，大大量资料料表明，表表征河床床形态的的水深、河河宽、比比降等，与与来水来来沙条件件及河床床地质条条件之间间，有一一定函数数关系，这这种关系系便称为为河相关关系。根据俄罗斯斯国立水水文所提提出公式式，河道道横断面面河相关关系公式式为:式中:河相相关关系数；B造床流量量下的水水面宽（m）；H造床流量量下的平平均水深深（m）；（蜿蜒型河河道约为24，较较为顺直直的过渡渡性河段段约为88122，游荡荡型河道道约为200300）护岸结构设设计护岸顶高程程确定根据堤防防工程设设计规范范（GGB5002866-20013）（以以下

4、简称称堤防防规范）要要求，堤堤顶高程程为设计计洪水位位加超高高值确定定。堤顶顶超高按按下式计计算：Y=R+e+A式中：Y堤顶超高高(m)；R设计波浪浪爬高(m)；e设计风壅壅水面高高度(mm)；A安全加高高(m)。a)当斜坡坡坡率时时，设计计波浪爬爬高R可按下下式计算算:m=式中：Rp为为累积频频率为PP的波浪浪爬高(m)；为斜坡坡的糙率率及渗透透性系数数，时，砌砌石护面面取1.0；Kv为为经验系系数，可可根据风风速V（m/ss）、堤堤前水深深d(mm)、重重力加速速度g(m/ss2)组成的的无维量量确定；Kp为为爬高累累积频率率换算系系数，对对不允许许越浪的的堤防，爬爬高累积积频率取取2%；

5、m斜坡坡坡率；堤前波波浪的平平均波高高(m)；L堤前前波浪的的平均波波长（mm）；a斜坡坡坡脚。有关风浪的的要素按按堤防防工程设设计规范范中的的有关规规定计算算；b)设计风风雍增水水高度ee按下式式计算:式中：e计算算点的风风壅水面面高度(m)；K综合合摩阻系系数，取取K=33.610-6；V设计计风速，按按计算波波浪的风风速确定定；F由计计算点逆逆风向量量到对岸岸的距离离（m）；D水域域的平均均水深（m）；风向向与垂直直于堤轴轴线的法法线的夹夹角（）。c)安全加加高的选选取安全加高AA查堤堤防工程程设计规规范(GB5502886220133)表3.22.1，5级堤防防按不允允许越浪浪考虑安安

6、全加高高为0.5m。护坡厚度的的确定C20混凝凝土护面面的防护护厚度采采用下面面公式计计算:t=H式中：t混凝凝土护面面厚度（m）系数数，对开开缝混凝凝土板可可取0. 0775，（现现浇混凝凝土板每每10mm设一道道伸缩缝缝）；对对上部为为开缝板板、下部部为闭缝缝板可取取0.110。H计算算波浪高高（m），取取H1%。查查表并计计算得HH1%=00.255m；rb混混凝土板板的重度度（kNN/m33），取取24kkN/mm3；r水的的重度，取取10kkN/mm3；L波长长（m），L平均=33.466m；B沿斜斜坡方向向的护面面板长度度（m）；m斜坡坡坡率，m=2.0。经计算，tt=0.12mm

7、。工程区治理理河段护护岸考虑虑了磨损损年限、冻冻融循环环、抗腐腐蚀耐久久性等综综合因素素，并参参考当地地已建护护岸工程程经验，采采用C220砼预预制铰接接式生态态护坡厚厚度采用用0.112m。坡脚确定通过计算局局部冲刷刷深度来来确定具具体的防防冲护砌砌范围，除除河床基基岩出露露的河段段外，其其它河段段护岸的的护脚局局部冲刷刷深度计计算采用用堤防防工程设设计规范范（GGB5002866-20013）中中平顺护护岸冲刷刷深度计计算公式式，按设设计洪水水位进行行局部冲冲刷深度度计算。冲刷深度式中：hs局局部冲刷刷深度（m）；H0冲冲刷处的的水深（m）；Ucp近岸垂垂线平均均流速（m/s）；Uc泥泥沙

8、的启启动流速速（m/s）；粘性与与沙质河河床采用用张瑞瑾瑾公式计计算，卵卵石河床床采用长长江科学学院公式式计算；n与防防护岸坡坡在平面面上的形形状有关关，本次次取n=1/44。张瑞瑾公式式:U长江科学院院公式:长江科科学院的的起动公公式计算算U式中：d50河床的的中值粒粒径（mm）；H0行行进水流流水深（m）；rs，r分别别为泥沙沙与水的的重度（KN/m3），g为重力加速度（ m/s2），Ucp的计算算应符合合下列规规定：U式中：U行近近流速（m/s ）；水流流流速分分配不均均匀系数数，根据据水流流流向与岸岸坡交角角角查表表。表水流流速速不均匀匀系数表表a1520304050607080901

9、1.251.51.7522.252.52.753根据设计洪洪水与护护岸的关关系、洪洪峰流速速及河床床质等因因素，选选用张瑞瑞瑾公式式最终确确定各段段护岸的的冲刷深深度基础埋深确确定根据规定，防防洪墙基基础砌置置深度，应应根据地地基土质质和冲刷刷计算确确定，要要求在冲冲刷线以以下0.51.00m。在在季节性性冻土地地区，还还应满足足冻结深深度的要要求。结结合工程程区抗冲冲刷及抗抗冻、地地基情况况要求及及河道河河势变迁迁情况，考考虑该河河段无明明显滩槽槽、河道道渠槽化化、主河河槽摆动动明显等等特征，本本次堤基基冲刷深深按深泓泓点作为为地面高高程，满满足冲刷刷线以下下计算深深度。综综合考虑虑，确定定

10、护岸堤堤基埋置置深度按按以下要要求确定定:a.满足冲冲刷要求求根据冲刷计计算，工工程段冲冲刷深度度为1.001.991m，结结合河道道断面演演变情况况分析及及平顺段段冲刷深深度计算算结果，综综合确定定工程区区堤基平平顺段埋埋置于深深泓点以以下2.0m，斜斜冲段埋埋置于深深泓点以以下2.5m。b.满足冻冻土深度度的要求求本工程程区最大大冻土深深度0.9m，地地基最低低埋置深深度2.0m，根根据冲刷刷深度要要求，本本段堤防防埋置深深度满足足冻土要要求。c.满足地地基承载载力的要要求。基基础在满满足以上上两点的的前提下下，还需需要满足足地基承承载力要要求。根根据该段段堤防沿沿线基础础地质情情况，多多

11、半工程程基础坐坐落与基基岩上，只只有少部部分堤防防工程基基础落于于粉质壤壤土和砂砂砾石上上，需对对基础进进行适当当放大处处理，满满足承载载力要求求。综上所述，本本次设计计项目区区确定工工程区堤堤基平顺顺段埋置置于深泓泓点以下下2.00m，斜斜冲段埋埋置于深深泓点以以下2.5m。由由于工程程区部分分区域基基岩层相相对较高高，位于于冲刷深深度以上上，因此此将该区区段堤防防基础底底部坐落落于基岩岩强弱分分划线以以下0.5m，其其余区段段基础埋埋深按照照冲刷深深度计算算成果控控制。护坡护脚计计算堤防斜坡段段迎水面面采用大大块型铰铰接护坡坡砖防护护，底部部基础为为格宾石石笼；格格宾石笼笼堤脚外外设抛石石

12、护脚。在在水流作作用下，护脚块石保持稳定的抗冲粒径按堤防工程设计规范附录D.3.4公式计算。式中：d折算粒粒径（mm）；W石块重重量（kkN）；V水流流流速，取取最大流流速为44.0mm/s；g重力加加速度（9.81m/s2）；C石块运运动的稳稳定系数数；水平平底坡CC=1.2；s石块块的容重重，取226.55kN/m3；水的容容重，取取10kkN/mm3。经计算，dd=0.15mm，工程程拟采用用粒径不不小于00.2mm的石块块作为护护脚抛石石。挡墙稳定计计算挡墙的抗滑滑和抗倾倾覆稳定定安全系系数按堤堤防工程程设计规规范(CB5502886-220133)附录录F中的有有关规定定进行计计算，

13、当当地基为为基岩时时，挡墙墙抗滑稳稳定安全全系数和和抗倾稳稳定安全全系数按按表5.4-22选取，基基底最大大应力小小于地基基土的允允许承载载力【RR】。抗滑稳定安安全系数数K式中：Kc抗抗滑稳定定安全系系数；W作作用于墙墙体上的的全部垂垂直力的的总和（kN）；P作作用于墙墙体上的的全部水水平力的的总和（kN）；f底板板与堤基基之间的的摩擦系系数。抗倾覆稳定定安全系系数K式中：K0抗抗倾覆稳稳定安全全系数；Mv抗抗倾覆力力矩（kkN.ww）；MH倾倾覆力矩矩（kNN.m）。挡土墙地基基应力验验算式中：max.minn基底底的最大大和最小小压应力力（kPPa）；G垂垂直荷载载（KNN）；A底板板面

14、积（m2）；M荷荷载对底底板形心心轴的力力矩（kkN.mm）；W底底板的截截面系数数（m3）。护坡的稳定定计算护坡的稳定定计算包包括整体体稳定和和边坡内内部稳定定计算两两种情况况。整体稳定计计算由于蒲河河河床基岩岩出露较较高，基基础脚槽槽均布置置在岸坡坡基岩的的弱风化化层上限限，不会会发生沿沿护坡底底面的滑滑动。护护岸及岸岸坡基础础土的滑滑动根据据堤防防工程设设计规范范（GGB5002866-20013）附附录F公式F.0.33-1瑞瑞典圆弧弧法进行行计算。计计算公式式为:K=式中：W土条条重量（kN）；Q、V水平和和垂直地地震惯性性力（kkN）；u作用用于土条条底面的的空隙压压力（kkN/m

15、m2）；条块块重力线线与通过过此条块块地面中中点的半半径之间间的夹角角（）；b土条条宽度（m）；c、土土条底面面有效凝凝聚力（kN/m2）和有效内摩擦角（）；Mc水水平地震震惯性力力对圆心心的力矩矩（kNN.m）。R圆弧弧半径（m）；用理正岩土土计算系系列软件件中边坡坡稳定计计算程序序对迎水水面边坡坡的抗滑滑稳定进进行计算算，K=1.88251.225满足规规范要求求，护坡坡稳定。边坡内部稳稳定计算算一般不稳定定破坏发发生在枯枯水期，护护坡体和和岸坡是是两种不不同抗剪剪强度的的材料，水水位较低低时，往往往沿抗抗剪强度度较低的的接触面面向下滑滑动，计计算时假假定滑动动面经过坡坡前水位位和坡岸岸滑

16、动裂裂面的交交点，全全滑动面面为abbc折线线，折点点b以上的的护坡体体产生滑滑动力，依依靠下部部护坡体体的内部部摩擦阻阻力平衡衡。计算算如下：维持极极限平衡衡所需的的护坡体体内部摩摩擦系数数f2值按下下列公式式计算：AA=B=C式中:m1折折点b以上护护坡内坡坡的坡率率，取11.5；m2折折点b以下护护坡内坡坡的坡率率，取22.0；n=fl/f2；fl护护坡和基基土之间间的摩擦擦系数取取0.665 ；f2维维持极限限平衡所所需的护护坡体内内部摩擦擦系数；W1，W22护坡坡体质量量。护坡稳定安安全系数数按下式式计算:K=tg/式中：护坡坡体内摩摩擦角，取取45。当m=1.5时，经经试算得得f2

17、=0.6，则则斜坡式式护岸稳稳定安全全系数KK=1.66 11.200，满足足规范要要求，当当m11.5时时，经试试算，则则坡式护护岸稳定定安全系系数K1.22不满足足规范要要求，因因此护岸岸坡比不不陡于11.5满满足设计计要求。图5.4-8 固滨笼挡土土墙受力力简图经分析，在在建成未未运行条条件下，挡挡土墙处处于最不不利状况况，据此此分析挡挡土墙的的抗滑稳稳定、抗抗倾稳定定及地基基承载力力。计算算成果见见下表。表5.4-3 挡挡墙稳定定计算成成果（完完建情况况）挡墙类别抗滑稳定安安全系数数Kc抗倾覆稳定定安全系系数K0地基承载力力（Mppa）设计值允许值设计值允许值PmaxPmin重力式1.

18、61331.252.12331.500.36330.0922从上表可知知，挡墙墙抗滑和和抗倾覆覆稳定安安全系数数均大于于规范规规定值，满满足设计计要求。由由地质提提供资料料，粉砂砂岩承载载力标准准值1.01.221Mppa，满满足设计计要求。闸坝抗滑稳定计计算根据水闸闸设计规规范SSL2665-220011，抗滑滑稳定计计算公式式如下:K式中：kc 沿闸室室基底面面的抗滑滑稳定安安全系数数；f闸室室基底面面与地基基之间的的摩擦系系数，ff=0.52；G 作用在在闸室上上的全部部竖向荷荷载（kkN）；H 作用在在闸室上上全部水水平向荷荷载（kkN）。闸室基底应应力计算算根据水闸闸设计规规范SSL

19、2665-220011，闸室室基底应应力计算算公式如如下:P式中：Pmax闸室室基底应应力的最最大值或或最小值值（kPaa）；G 作用在在闸室上上的全部部竖向荷荷载（kN）；M 作用在在闸室上上的全部部竖向和和水平向向荷载对对于基础础底面垂垂直水流流方向的的形心轴轴的力矩矩（kN.m）；A闸室室基底面面的面积积（m2）；W闸室室基底面面对于该该底面垂垂直水流流方向的的形心轴轴的截面面矩（m3）。各闸坝在各各工况下下抗滑稳稳定均满满足规范范要求，坝坝基应力力小于地地基承载载力，应应力不均均匀系数数满足规规范要求求。橡胶坝泄洪流量依据橡胶胶坝设计计规范附附录A橡胶坝坝泄洪能能力计算算，式中：Q过坝流流量，m3/s；溢流断面面的平均均宽度，；计入行进进流速水水头的宽宽堰顶水水头，；流量系数数；淹没系数数，可取取宽顶堰堰的