《水利工程施工》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、<p><b>　　水利工程施工課程</b></p><p><b>　　計(jì)算說明書</b></p><p><b>　　學(xué) 院: </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學(xué)

2、 號(hào)： </b></p><p>　　《水利工程施工》課程設(shè)計(jì)計(jì)算書</p><p><b>　　一、基本資料</b></p><p>　　某工程截流設(shè)計(jì)流量Q=4150 m3/s，相應(yīng)下游水位為39.51m，采用單戧立堵進(jìn)占，河床底部高程30m，戧堤頂部高程是44m，戧堤端部邊坡系數(shù)n=1，龍口寬度220m，合龍中戧堤滲透流量按

3、如下公式計(jì)算，Qs=220(Z為上下游落差，Z0為合龍閉氣前最終上下游落差)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該工程在河床在無護(hù)底情況下的截流方案。此外，上游水位～下泄流量關(guān)系曲線見表1。截流材料為容重26KN/m3的花崗巖，截流戧堤兩側(cè)的邊坡為1:1.5。</p><p>　　表1 上游水位～下泄流量關(guān)系曲線</p><p>　　截流設(shè)計(jì)是施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)重要組成部分，其設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，目前我國水利水電工程截流多采

4、用立堵截流，本次設(shè)計(jì)按立堵截流設(shè)計(jì)，有多種設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)分為：截流水力計(jì)算、截流水力分區(qū)和備料量設(shè)計(jì)。</p><p>　　截流設(shè)計(jì)流量的確定，通常按頻率法確定，也即根據(jù)已選定的截流時(shí)段，采用該時(shí)段內(nèi)一定頻率的某種特征流量值作為設(shè)計(jì)流量。一般地，多采用截流時(shí)段5%～10％的月平均或者旬平均流量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　二、 截流的水力計(jì)算</p><p>

5、;　　本設(shè)計(jì)采用三曲線法計(jì)算</p><p>　　1、作Q～Z關(guān)系曲線，</p><p>　　將已知的泄流水位～△H上轉(zhuǎn)化為～關(guān)系，其中：</p><p><b>　　戧堤滲透流量，</b></p><p>　　可根據(jù)Z值在Qd～Z曲線上查得；</p><p>　　由Q0=Q+Qd+Qs繪制龍口流

6、量與下游落差Q～Z關(guān)系曲線，曲線由以下表1繪制：</p><p>　　表1 龍口流量與下游落差～關(guān)系表</p><p>　　由表1繪制龍口流量與下游落差～關(guān)系曲線，如圖一所示</p><p>　　圖1 龍口流量與下游落差Q～Z關(guān)系圖</p><p><b>　　2、計(jì)算ZB和ZC</b></p><

7、p>　?。?）、B點(diǎn)為非淹沒流梯形斷面與三角形斷面分界點(diǎn)。</p><p>　　ZB=（）2/5-hs</p><p>　　其中，α為斷面動(dòng)能修正系數(shù)，常取1.0；</p><p>　　為流量系數(shù)，為0.85—0.95；此時(shí)取0.95；</p><p>　　n為戧堤端部邊坡系數(shù)，取n=1;</p><p>　　h

8、s=39.51-30=9.51m；</p><p>　　g取9.81m/s2；</p><p>　　先假設(shè)Q=500m3/s,帶入上面公式求得ZB，再分別假設(shè)Q值求ZB。</p><p>　　表2 Q- ZB 關(guān)系表</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)繪成 ～ 曲線，與～ 曲線交于一點(diǎn)。</p><p>　　圖2 Q-

9、ZB 曲線與Q-ZC 曲線相交圖</p><p>　　(2) C點(diǎn)為三角形斷面分界點(diǎn)。</p><p><b>　　ZC=（）2/5</b></p><p>　　先假設(shè)Q=500 m3/s,帶入上面公式求得Zc，再分別假設(shè)Q值求Zc。</p><p>　　表3 Q- Zc關(guān)系表</p><p>

10、　　將以上數(shù)據(jù)繪成Q～ZC 曲線，與Q～Z曲線交于一點(diǎn)。</p><p>　　圖3 Q～ZC 曲線與Q～Z曲線交圖</p><p>　　圖4 三曲線相交圖</p><p><b>　　由圖可知</b></p><p><b>　　由于ZB <ZC</b></p><p&

11、gt;　　綜上所述，可知當(dāng)無護(hù)底時(shí)，只需計(jì)算V1、V3。</p><p><b>　　3、求V1、V3。</b></p><p>　　（1），其中，為流速系數(shù)，取0.95。假設(shè)不同的Z值，求出其相應(yīng)的V1值，再作V1～Z曲線。</p><p>　　(2)求V3：假設(shè)不同的Z值，求出其相應(yīng)的V3值，再作V3～Z曲線。計(jì)算過程列為下表：</p

12、><p>　　表4 V1 V3計(jì)算表</p><p>　　根據(jù)以上兩個(gè)表格計(jì)算所得結(jié)果可繪制V1～Z和V3～Z曲線。繪制結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　圖5 V1～Z和V3～Z曲線圖</p><p>　　最終可得曲線即為無護(hù)底時(shí)的V～Z曲線。</p><p>　　由圖可知：Vmax=7.001m/s。</p&

13、gt;<p>　　4、算出V-B關(guān)系表</p><p>　　(1)梯形斷面淹沒流: </p><p>　　(2)梯形斷面非淹沒流: </p><p><b>　　其中b=</b></p><p>　　(3)三角形斷面淹沒流：</p><p>　　(4)三角形斷面非淹沒流：</p

14、><p>　　其中，戧堤高度HB =44-30=14m，Zc=2.8m</p><p>　　由前面計(jì)算可知在C點(diǎn)前流速用V1計(jì)算,為梯形淹沒流。C點(diǎn)后流速用V2計(jì)算,為三角形非淹沒流</p><p>　　表5 V-B關(guān)系表</p><p>　　圖6 V-B關(guān)系曲線</p><p>　　5、確定拋投塊體半徑d。</p

15、><p>　　拋石截流計(jì)算的主要任務(wù)是確定拋投體的尺寸和重量，而拋投塊的穩(wěn)定計(jì)算國內(nèi)外廣泛采用的是伊茲巴仕公式，則根據(jù)不同流速分區(qū)確定塊體半徑：V=K 式中：V為水流流速，m/s;</p><p>　　K為綜合穩(wěn)定系數(shù)，取1.2；</p><p>　　g為重力加速度，取9.81m/s2</p><p>　　γs為石塊容重，取26KN/m3；&

16、lt;/p><p>　　γ為水的容重，取10 KN/m3；</p><p>　　V1為梯形淹沒流的速度，V3為三角形非淹沒流的速度。具體見表如下表：</p><p>　　表6 拋投塊體半徑d計(jì)算表</p><p>　　有表7得出龍口寬度B與拋投塊體半徑d的關(guān)系曲線</p><p>　　圖7 龍口寬度B與拋投塊體半徑d關(guān)系曲

17、線</p><p><b>　　6、材料分區(qū)</b></p><p><b>　　表7 材料分區(qū)表</b></p><p><b>　　圖8 材料分區(qū)圖</b></p><p>　　表中備料方量的計(jì)算：取戧堤的梯形截面上邊長16m，高14m，下邊長58m，</p>

18、;<p>　　則梯形截面面積為S=14×（16+58）×0.5=518m³,備料系數(shù)取1.2，</p><p>　　I區(qū)備料方量V1=（100-70）×518×1.2=18648m3，</p><p>　　II區(qū)備料方量V2=（70-60）×518×1.2=6216m3，</p><p&

19、gt;　　III區(qū)備料方量V3=（60-30）×518×1.2=18648m3，</p><p>　　IV區(qū)備料方量V4=30×518×1.2=18648m3，具體備料方量見上表。</p><p><b>　　三、成果分析</b></p><p>　　立堵法截流是將截流材料，從龍口一端向另一端或從兩端向中

20、間拋投進(jìn)占，逐漸束窄龍口，直至全部攔斷。</p><p>　　截流水力計(jì)算的目的是確定龍口諸水力參數(shù)的變化規(guī)律，主要解決兩個(gè)問題：（1）確定截流過程中龍口各水力參數(shù)，如流量Q、落差Z及流速V的變化規(guī)律；（2）由此確定截流材料的尺寸、重量或相應(yīng)的數(shù)量等。</p><p>　　截流設(shè)計(jì)流量的確定，通常按頻率法確定，也即根據(jù)已選定的截流時(shí)段，采用該時(shí)段內(nèi)一定頻率的某種特征流量值作為設(shè)計(jì)流量。一般

21、地，多采用5%～10%的月平均或者旬平均流量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。截流設(shè)計(jì)流量Q0由龍口流量Q、分流量Qd、戧堤滲透流量Qs和上游河槽中的調(diào)蓄流量Qac組成。如Qac不計(jì)算，則可得到Q0=Q+Qd+Q。</p><p>　　隨著截流戧堤的進(jìn)占，龍口逐漸被束窄，因此分流建筑物和龍口的泄流量是變化的，但二者之和恒等于截流設(shè)計(jì)流量。其變化規(guī)律是：截流開始時(shí)，大部分截流設(shè)計(jì)流量經(jīng)由龍口泄流，隨著截流戧堤的進(jìn)占，龍口斷面不斷縮小，

22、上游水位不斷上升。當(dāng)上游水位高出泄水建筑物以后，經(jīng)由龍口的泄流量越來越小，而經(jīng)由分流建筑物的泄流量則越來越大。龍口合龍閉氣以后，截流設(shè)計(jì)流量全部由分流建筑物泄流。</p><p>　　截流過程中龍口各水力參數(shù)的變化規(guī)律可參考Qd～Z曲線、龍口流量與下游落差Q～Z關(guān)系曲線、Q～ZB 曲線與Q～Z曲線相交、Q～ ZC 曲線與Q～Z曲線相交、V～Z曲線、B～V1和B～V3曲線等，可以得出流速分區(qū)主要有梯形淹沒流和三角形