水利工程施工课程设计计算书

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1、?水利工程施工?课程设计计算说明书一、根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。上游水位下泄流量关系如下： Qd(m3/s)7001220162017002160267034203930H上m40.8541.0441.2841.4541.7542.0542.35

2、42.74截流设计是施工导流设计重要组成局部，其设计过程比拟复杂，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确实定一般有图解法和三曲线法两种。以下采用三曲线法设计。截流设计流量确实定，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。二、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，将的泄流水位QdH上转化为QdZ关系，并做QdZ曲线；Qd-Z曲线1.01.52.02

3、.53.03.550010001500200025003000350040004500Qdm3/sZ(m)其中：Qs= Qs0 =220； Qd可根据Z值在QdZ曲线上查得； 由Q0=Q+Qd+Qs绘制龙口流量与下游落差QZ关系曲线，曲线由以下表格绘制：ZQ0QsQdQ1.344150141.70 7003308.30 1.534150151.41 12202778.59 1.774150162.86 16202367.14 1.944150170.50 17002279.50 2.244150183.21 21601806.79 2.544150195.09 26701284.91 2.84

4、4150206.29 3420523.71 3.234150220.00 39300.00 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=2/5-hs 其中，为断面动能修正系数，常取1.0； 为流量系数，为0.850.95；此时取0.91； n为戗堤端部边坡系数，取n=1; hs=39.51-30=9.51m； g取9.81m/s2；先假设Q=450m3/s,带入上面公式求得ZB，再分别假设Q值求ZB。Q(m3/s)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=

5、2.73，598.54 即为所求，那么ZB=2.73m。 2C点为三角形断面分界点。 ZC=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Zc。Q(m3/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，那么ZC =2.74m. 由于ZB ZC 综上所述，可知当无护底时，只需计算V1、V3。3、求V1、V3。1，其中，取0.91。假设不同的Z值，求出其相应的V1值，再作V1Z曲线。计算过程列为下表：ZV11.341.

6、16 4.43 0.914.67 1.531.24 4.43 0.914.99 1.771.33 4.43 0.915.36 1.941.39 4.43 0.915.61 2.241.50 4.43 0.916.03 2.541.59 4.43 0.916.42 2.841.69 4.43 0.916.79 3.231.80 4.43 0.917.24 (2)求V3：。假设不同的Z值，求出其相应的V3值，再作V3Z曲线。计算过程列为下表：ZQV31.343308.30 5.06 1.89 9.55 1.532778.59 4.88 1.89 9.23 1.772367.14 4.73 1.89

7、 8.94 1.942279.50 4.69 1.89 8.87 2.241806.79 4.48 1.89 8.47 2.541284.91 4.19 1.89 7.91 2.84523.71 3.50 1.89 6.61 3.230.00 0.00 1.89 0.00 根据以上两个表格计算所得结果可绘制V1Z和V3Z曲线。绘制结果如以下图所示：最终可得曲线即为无护底时的VZ曲线。由图可知：Vmax=6.79m/s。4、作VB曲线:(1)梯形断面淹没流: (2)梯形断面非淹没流: 其中b=(3)三角形断面淹没流：(4)三角形断面非淹没流：其中，戗堤高度HB =44-30=14m，ZB=2.7

8、3m以以下表进行计算：Z1.341.531.771.942.242.542.843.23Q3308.30 2778.59 2367.14 2279.50 1807.00 1284.91 523.71 0.00 V14.67 4.99 5.36 5.61 6.03 6.42 6.79 7.24 V39.55 9.23 8.94 8.87 8.47 7.91 6.61 0.00 B92.98 77.04 64.93 61.22 50.00 39.54 26.48 2.52 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形非淹没流三角形非淹没流根据以上数据绘制BV1和BV3曲线

9、如下：5、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，那么根据不同流速分区确定块体半径：V=K 式中：V为水流流速，m/s;K为综合稳定系数，取1.2；g为重力加速度，取9.81m/s2 s为石块容重，取18KN/m3；为水的容重，取10 KN/m3；V1为梯形淹没流的速度，V3为三角形非淹没流的速度。具体见表如下表：B(m)Z(m)V(m/s)V/K2d(m)92.98 1.344.67 15.150.0460.7077.04 1.534.99 17.290.0460.8064.93 1.775.36 19.950.0

10、460.9261.22 1.945.61 21.860.0461.0150.00 2.246.03 25.250.0461.1639.54 2.546.42 28.620.0461.3226.48 2.846.61 30.320.0461.392.52 3.230.00 0.000.0460.00 那么可绘制Bd曲线如下所示：由以上可知，当出现最大流速Vmax=6.79m/s时，抛投块体最大半径dmax=V/K2=1.48m。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

11、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。截流设计流量确实定，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Q0由龙口流量Q、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，那么可得到Q0=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，大局部截流设计流量经由龙口泄流，随着截流

12、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那么越来越大。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、BV1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采用的是伊兹巴什公式，根据各分段落差Z与ZB的大小，确定立堵截流时各分段的截流材料抵抗水流冲动的流速，反过来求出各分段的抛投体的相应粒径。由Bd曲线可以看出，随着合龙时龙口宽度的逐渐减小，抛投块体的粒径逐渐增大，当增大到最大值1.48m以后，粒径随着龙口变窄也会逐渐减小。水利工程施工课程设计计算说明书题目： 截流水力计算老师： 孙开畅老师学生： 邓启敏水工方向学号： 2006101219时间：2021年1月13日