消力池稳定计算.doc
基于DDA的某水电站消力池高边坡稳定性分析
摘要 ： 针对某水 电站消力池高边坡 ， 利用 Ｆ Ｌ ＡＣ ３ 。 软件非线性有限差分法初步 计算 ， 得出坡体潜在 滑动面 的位 置 ， 建 立 了基于块体理论 的非连续变形分 析（ Ｄ Ｄ Ａ） 块体 系统分 析模型 。利 用该模 型分 析了现状 边坡 和加 固后 边坡 的位 移与强度参数之 间的关系 ， 得出了边坡在加 固前后 的极 限内摩擦角及相应 的稳定 安全系数 。结果 表明 ， 该边坡在加 固前安全系数较小 ， 存 在失 稳的可能性 ， 采用 推荐 方案预应力锚索加固后 ， 边坡 的稳定安 全系数有显著提高 ， 满足正
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ２ ４ ／ Ｓ Ｐ ． Ｊ ． １ ２ ０ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ０ ７ １
基 于 ＤＤＡ 的某 水 电站 消 力池 高边 坡 稳 定 性 分 析
崔健健 ， 沈振 中， 孙 丹
（ 河 海大学 水文水资源与水利工程科学 国家重点实验 室 ， 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
常运行 的要求 。 关键词 ： 岩体 边坡 ； Ｄ ＤＡ； 极限摩擦角 ； 安全 系数 ； 稳定
中图 分 类 号 ： ＴＶ２ ２ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — １ ６ ８ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ７ １ ４ ３ ５
Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ０ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ Ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｏ ｌ Ｓ ｌ ｏ ｐ ｅ ｏ ｆ ａ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｄ Ｄ Ａ
Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｈｏ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｎａ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ８， Ｃｈ ｉ ｎ ａ）
台阶式消能的水力特性及计算
台阶式消能的水力特性及计算2003年6月中南水力发电第2期台阶式消能的水力特性及计算张永涛(中南勘测设计研究院,长沙410014)摘要介绍了台阶式泄槽的水力特性及特点引进了经试验拟合或理论推导的3种计算台阶式泄槽消能率的公式及图表,并通过实例进行对比分析,表明台阶式泄槽可将势能大量消耗在顺台阶下泄的过程中.从而减小了下游消力池的长度和深度,为一个较好的有发展前途的消能方式.关键词台阶消能滑面流消能率公式泄槽消力池目前,常用的消能方式有底流式消能,挑流式消能,面流式消能,也有将此三种基本消能方式组合起来的消能方式.例如,将面流和底流结合应用的消能戽.底流式消能一般适用于水闸,中小型溢流坝及地质条件较差的各类泄水建筑物.面流式消能适用于对航运无较高要求且需要排冰,漂木的河段.而对于中高水头泄水建筑物且下游地质条件较好时,采用挑流式消能可能更为经济.但对于山区一些小流量,高落差而地形条件有限不能采用挑流消能方式的泄水建筑物,不管采用上述何种消能方式,不是消力池工程量过大,就是收缩水易发生气蚀.这是因为上述消能方式深处流速过高, 的根本是将水流的势能大部分转化为收缩水深处的动能再集中消能所致.但如果我们能将大部分势能消耗在沿泄槽下泄的过程中,那么,集中在一起的动能将会变得相对较小.很显然,此时不管再采用何种消能方式,其经济效益将是明显的.其实在中国古代修建的很多水利圬工建筑物中,其下游并无刻意修建的消能建筑物,千百年来,运行尚好,观察其外观.大部分建筑物的下游面为条石或砖砌筑的台阶状泄面, 而此正是在实践中应用的台阶式消能方式的原始雏形.虽然在实践中运用较多,但由于此种消能方式水流条件复杂.与其相关的水力学原理也经历了相当长时间的探索过程,直到1982年,美国恳务局才对上静水坝(UpperStillwaterDam)的台阶式溢洪道进行了系统的水力模型试验,对台阶式消能方式给予了初步的理论分析.而随着碾压混凝土技术的发展,因台阶状的表面有利于碾压混凝土的施工,故人们越来越对此种消能方式产生了浓厚的兴趣.国外已有许多大坝,特别是碾压混凝土坝在消能方面尝试采用台阶式消能方式,具体应用如表1所示.本文仅就台阶式泄槽上水流的态及前人对此有关的一些水力计算及模型试验成果做一个介绍,以引起我国水利工作者对此种消能方式的重视.l流态及水力特性台阶式泄槽的流态大致可分为舌状流(the118ppeflow)及滑面流(theskimmingflow).舌状流一般发生在较小流量的情况(见图1),水流条件类图1发生不完全水跃的舌状水流l0?中南水力发电第2期表1台阶式溢洪道典型实例表国家,建成泄槽坡度坝高最大单宽流名称台阶高度(m).台阶个数台阶类型年份(.)(椰)量(m/’s.1u)-克里韦多格英国,196860722.80.了6预制混凝土梁德米斯特克拉尔南非,1986593030ll9水平台阶扎埃霍克南非,198658.245l5.6l40水平台阶蒙克斯维尔美国,19875236.69.3O.6l水平台阶奥利维特斯法国,198753.1366.60.647水平台阶上静水美国,198772过渡到596ll1.6O.6l水平台阶蒙巴利中非,199051.324.5l60.836水平台阶彼提特蒙特圭亚那,199451.33740.6水平台阶吉尔波美国,1926497.86.18倾斜台阶南国河老挝,199851.337.81.50.484水平台阶似于多级跌水,其水流呈射流状逐级下跌或飞溅下跌.在台阶上产生水跃或局部水跃,以此来达到消能的目的.此种消能方式对较小流量较为有效.但在实际工程中,由于担心射流的不稳定性可能导致台阶结构的破坏,故大部分台阶式泄槽并未按舌状流进行设计.而当台阶上通过较大流量时,其会在台阶表面形成连续的平滑流体,并在每一级台阶的凹陷处形成稳定漩涡,一方面台阶起加大糙率的作用,另一方面由于台阶凹陷处的稳定涡流与主流的摩擦而产生强烈的混掺效应,在此两种作用下,经过一个初始距离, 水流开始掺气,水深增加,流速减小,当掺气稳定后, 水深及流速保持不变(见图2).根据大量的模型试验及原型观测,台阶式溢洪道的主要水力特性有以下几点:(1)泄槽设置台阶后不会影响溢流堰的流量系图2滑行水流的典型流态数.(2)台阶的高度应从小到大,逐渐过渡,避免小流量发生舌状流.(3)滑面流充分掺气后基本为均匀流,水流的深度和速度保持不变,掺气点的初始位置和稳定掺气的位置在台阶尺寸不变时,随着单宽流量q的增加逐渐顺泄槽下移.(4)台阶式消能的消能率与下泄单宽流量q,泄槽高H,台阶高度h,泄槽坡度0有关,在泄槽总高度一定的情况下,随着q的加大,消能率减小. (5)对于较高泄槽,在达到均匀掺气后,台阶式泄面的断面流速基本保持不变,也就是说各台阶间的能量损耗与台阶的高度相等,水流动能不变,这就是台阶式消能工应用于高落差消能的较好前景.2滑面流的水力计算2.1水流流态的判断按照钱桑(H.Chanson)的理论,为了符合SK3型水流的应用特征,滑面流的临界值为:l堕:1.O6—0.465tg0(1)式中:y临——水流形成滑面流流态临界水深的临界值:,l——台阶高度.当Y.>Y临时?水流开始出现滑面流流态.第2期张永涛台阶式消能的水力特性及计算.11 2.2水流达到稳定掺气均匀流按照紊流边界层的理论.如图2所示,水流从水库进入溢流坝面,从A点开始,水流受粗糙坝面的影响,顺坝面向下游发生紊流边界层,并且该层逐渐加厚.发展到与溢流水深相等的B点.在此上游,水流为不掺气区.水深逐渐减小.在此点以后,水流开始表面掺气.水深逐渐增加,同时由于台阶对底层水流的破碎作用.加剧了水流的紊动,到C点处形成表面有掺气,底部有稳定含气旋滚的台阶溢流的典型流态——滑面流(theskimmingflow).此时水流基本达到稳定掺气均匀流,水深和流速保持不变.从堰顶起,掺气点的距离A曰可按下式计算:一AB=Ll=9.719Ks(sin).’.%.?’(2)式中:Ks——台阶绝对粗糙度,Ks=hcos0:洪道的高度,按照公式(5)来求出能够达到均匀流的单宽流量.2.3理论估计的均匀流水深台阶式溢流坝在滑面流的流态下.除顶部曲线外,其余可近似按照断面平均流速为Vo.水深为Yo的明渠均匀流进行计算,能量损失主要为沿程损失,其具体计算可用达西公式表示:h,:厂4尺?2对于宽浅式明渠,水深Yo远小于明渠的宽度B,故水力半径R?Yo,而对于明渠均匀流,,l_,Lsin,再将V=旦Yo代入整理,可得),.=8gsin0)113=Yc丽f)l,3(6)一溢流坝的倾角:一计算参数式中:,一阻力系数,它是表示沿程阻力大小的无丽q:g一单宽流量,g詈.此断面的水深:),l=Ks0in.4034F.O(3lSlnJ…当达到均匀掺气点C时,按照G.C.CI1ristod0u1ou的估计,一AC=L’=2L1. 汶就煮昧着只有从堰顶讨1.’的足巨离后.台阶量纲系数;根据量纲分析,其与相对粗糙度及雷),0偌数有关.上式便是台阶式宽浅矩形断面均匀流水深的基本计算表达式.有了上式便可简单的表示高度为z的溢洪道,其响应的能量损耗:警每水流才能逐渐达到均匀流.又因为,sin0Z,此处,z为溢流堰的高度.式中:E),tc0S+丢所以=?因Q=mB厨,故有g:小,即即:Z8.6(sin0)0’q.”‘0695(5)也就是说只有台阶式溢洪道的高度不小于上述表达式计算的z时.台阶水流才能在泄面上达到稳定掺气均匀流,由于式(5)对Ks的变化影响较小,即台阶的高度对实现均匀流影响不大.故也可根据溢no=()2-0.794蹴一般在0.33,0.512之间,0.794m为1.67,1.25,近似可取1.5.也就是Ho1.5yf.o12中南水力发电第2期一!2(fqZ),/3圣q-”.Z+1.5yZ+1.5y一—(8s~n_0),/3(cos0+4一sin0)毒:.511+th(0.628(0.514-c,))0)】(9)卫=.(——)1(9)厂,C(1一Ce), 式中:——掺气后与不掺气条件的阻力系数之l(7)比:C——空气等效浓度,初步计算为C=0.9sin0.上式便是从坝顶至垂直距离为z的任意截面的台阶式溢洪道的能量损耗,但此截面应在均匀流的流态内.以上便是计算台阶式消能能量损耗的基本公式. 2.4阻力系数f按照公式(7)求解能量损耗的关键所在是阻力系数f的大小.其本质是糙率的大小,可用K=hcos0的函数来表示,但迄今为止,对于阻力系数f的理论推导和试验测定均有一定的近似性,故对于不同的泄槽倾角,在模型试验的基础上.有以下的表达式.,对于0<12.,Chanson(1995)提出=0.72+1.42In对于0=27.,Tozzi(1994)提出=3.25+0.39logc而对于应用最广的坡度为50.---60.的溢洪道. Chamani和Rajaratnam在1999年对大量试验数据进行研究后得出:古-1.76+1.92log()(8)当流态为均匀流时,可用表达式(8)和表达式(6)联解,求出f.因为台阶式溢洪道泄流时大量掺气,它较常规溢流坝掺气量大很多,H?Chanson(1995)在试验分析的基础上得出以下公式来粗估掺气后台阶式消能的阻力系数.利用(9)式由厂求出后,代入(7)式即可求出.3经验图表3.1G.0.Ohrist~louIOU曲线对于台阶式溢洪道能量损耗的初步估算,G.C.Christodoulou提出可用图3中由试验的数据归纳拟合的曲线进行估算.图中等为消能率为溢洪道水流的临界水深,N为台阶数量,h为台阶高度.本图适用范围较广,22<0<55.,5<N<58.Yo/Nh<O.5.HoL03.8x+80瑚姗?00lrstl0llIV?Rice3~avy3.6f3.4,哇.?0.2?O,06.-,0??nYc图3根据试验数据得出的有关消能率AH/Ho与参数Yc/I~的相关曲线第2期张永涛台阶式消能的水力特性及il算13 3.2II’Bali坝通用图表M’Bali坝位于中非共和国.最大坝高33m.泄洪建筑物采用台阶式溢洪道,底流式消能,台阶高宽比为1:0.8,标准台阶高0.8m,堰顶部分采用小高度台阶予以过渡,最大单宽泄量16m./s.m,堰上最大水头4m.施工阶段,在比利时Liege大学海洋工程水利实验室系统地进行了1:20的溢洪道模型试验.形成计算台阶式溢洪道水力特性的通用图表,如图4所示.此图适用范围为泄槽最高80m,单宽流量O~20m/s.m之间.工程建成后进行了泄洪过程的原型观测.观测成果与图4基本一致.图中H为溢洪道高度,h为台阶高度,q为单宽流量.用以上水力计算公式与WBali坝成果可对比进行初步估算,重要工程应进行模型试验. 202850:q2lZfr,f7ffl/II耢气永iI3.2o.8掺气水流瞳sj吼盈--1—’===:1020304o50?旦h田4_’li坝的模型试验得出的台阶式溢洪道的通用圈表4实例分析笔者在重庆鲤鱼塘水库工程的初步设计中曾对沿程台阶式消能与常规底流式消能做了对比设计.重庆鲤鱼塘水库工程是以灌溉为主,兼顾发电及移民的大型水利工程,其跌水电站压力前池布置在半山腰. 从压力前池引一条压力钢管至厂房发电,电站尾水用于灌溉.为保证在机组检修时下游能正常供水与灌溉.特在前池侧边设置开敞式溢洪道进行泄水.总体平面布置如图5所示.在溢洪的消能设计中,考虑到虽然单宽泄量相对较小,但总消能落差近百米,且泄槽及灌溉渠道均在半山坡开挖而成,近垂直布置,消能后要求水流转90*平顺进入灌溉渠道,故考虑采用底流消能方式, 在实际设计中,又将台阶式泄槽与常规光滑面泄槽作了对比计算.根据沿泄槽轴线原始地形为两头较陡,中部较缓呈台地形状的特点,按地形顺泄槽纵向设置了3级底流式消力池,第一级消力池消能落差47.3m,第二级消力池消能落差9.7m,第三级消力池消能落差4O.7m.最初均考虑采用常规光滑泄面,经初步计算, 第一级消力池入池流速29.2m/s,需消力池长20m, 深3m,消力池处于强水跃状态,水流旋滚严重,波浪较大,直接影响下一级消能,且如此高的流速易产生气蚀破坏,故考虑对首尾两级落差较大的消力池采用台阶式泄槽,进行沿程消能,中间一级落差较小, 仍采用常规光滑泄面进行连接.现重点介绍第一级泄槽的设计概况,第一级泄槽紧接压力前池侧堰,堰顶高程369.1Om,堰顶宽6m. 矩形泄槽坡比1:0.8,在堰后通过lOm长渐缩段,将泄槽宽由6m渐缩至5m,其下游消力池及以下2级泄槽及消力池宽均为5m.堰顶通过设计泄量Q=13.4m/s时,堰上水头为1m,因消力池宽5m,故暂按宽5m计算单宽流量,q=13.4/5=2.68m3/s,临界水深Y.:(qZ/g)=O.9m.顺泄槽设置水平台阶.标准台阶高0.6m,宽0.48m,共设置标准台阶71阶,为防止小流量水流飞溅,在台阶起始处设置6个过渡台阶,台阶高度由0.15m渐增至0.6m,台阶的外轮廓线保持1:0.8的坡比不变.即泄槽坡度为51.34..具体如图6所示.‘I潭眦?14中南水力发电第2期按照H.Chansoii的判别标准堕一:I.06—0.465tg0:0.479,即Yc临0.287m,q临=0.483m3/s—m,故只需q>q临=0.483m3/s—m,就能满足出现滑面流的条件,显然下泄设计泄量q=2.68m./s-m,满足出现滑面流的条件.台阶绝对粗糙度Ks=hcosO=0.6cos51.34=0.3748,参数F.=.-7—:4.22,从堰顶至出现表面掺气点?gsin的距离厶=9.719Ks(sinO)._.”=9.97m.即经过:l3个台阶后,出现表面掺气,该断面的水深Yl~Ks0in.40)3u4u4F.O_592=..358m,平均流速U=7.48m/s,该断面以下逐渐掺气,按GC.Christodoulou的估计,再经过约lOm,就能形成均匀掺气的滑面流,断面水深及流速均不再变化, 均匀流水深yo可由方程式(6)和(8)联解,即联解方程,6+一_92log(者03748)和方程t-y._0.9(击)I,’,求出345m,?35,此时U.:7.77m/s,若按H.Chanson的分析,考虑掺气因素计算出f./f=O.2432,f:0.35X0.2432=0.0851, 此时y._0_9(击)I,’_0_2I53’?45.将以上计算成果再用M’Ba li坝的设计图表进行复核,计算系数二.:3.39,出现掺气的台阶个数为12个.H=12X0.6=7.2m,查图得:0.57.2gH计算出现表面掺气点的流速V1=6.77m/s,当台阶个数为20个时:0.37,V5.68m/s,台阶个数为-42gH60个时一10.18.v=4.82m/s,即台阶个数超过42gH 20个后,断面流速即保持在5,6In/S左右.再按图.3所示的试验拟合曲线计算入i1流速.参I4数旦::竺:0.02l2Nh,j,X0.6断面流速v=5.15m/s.一,查图得垒:0.972,从以上的计算成果可知,不管采用何种计算力法,得出的入池流速均在5--~8m/s左右.考虑到台阶式泄槽大量掺气的影响,按H.Chans0n的估计.入池流速12.5m/s,此流速较常规光滑泄槽入池流速近30m/s减小很多,按入池流速12.5m/s计算,台阶式泄槽沿程消能率为81%,此时消力池只需长lOm,深1.5m,较常规泄槽消力池长度及深度均减小5096,而且池内发生稳定水跃,下游水面较平静.5结论及建议(1)沿程台阶式消能方式是一种新兴的消能方式,迄今为止,它较多地被应用于小流量,高落差的消能建筑物,而且其可配合RCC技术的层面进行施工,具有明显的经济效益.(2)台阶式消能的关键在于合理地选用台阶的型式及尺寸,力争在较短的泄面上形成均匀掺气的滑面流流态.(3)由于在台阶表面大量掺气,水流为水气混合流,极大地减小了泄槽出现气蚀的可能.(4)本文虽然列举了台阶式消能的水力计算方法,但其均为在特定条件下的试验或原型观测成果.考虑到量测水气混合流水力要素的准确性和复杂性,不同的计算方法计算成果有一定的差异,而且到目前为止还没有统一公认的理论和计算公式来系统地阐明台阶绝对粗糙度ks及泄槽坡度0对阻力系数f的影响,故以上公式只可用于初步计算.(5)应进一步研究台阶式消能方式的消能机制及体型优化问题,做好原型观测,不断积累经验,加以推广,如能在较大单宽流量情况下使用台阶式消能方式,扩大其适用范围,其经济效益更为明显.参考文献IGC.Christodoulou.”Designofstepped spillwaysforoptimalenel.g3’dissipation”.Hydl”opower &DamsIssueFive.1999.croix.”Thestepped spillwayofBi1iDam”.WaterPower&DamConstruction January1993.3JoseLSanchez13.andFernandoGonzal~V木”Spi11ing floodscostEFFECTIVELY”InternationalWateKPowe r&DamConstructionMa)1996 ‘收稿日期:2003-05—21。
论述试议水利水电工程的消力池底板设计
论述试议水利水电工程的消力池底板设计作者：田力争杨会玲来源：《城市建设理论研究》2013年第21期【摘要】：消力池是水利水电工程的重要建筑物，已建工程中有许多宝贵的经验，也有惨痛的教训，本文通过对消力池底板的稳定分析、脉动压力的计算，和几个水电站工程消力池的运行状态的简介，提出了对透水式底板的设计。
【关键词】：水利水电工程消力池底板设计中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：根据不完全统计，水利水电枢纽由于泄洪原因导致失事的比例占总失事数的 30%~40%。
在遭遇大洪水时，水电工程大坝会发生漫溢事故，即使不漫溢时，泄水建筑物的失事总是首当其冲。
近年来，由贵州芙蓉江鱼圹水库溢洪道和清水江三板溪水电站溢洪道消力池底板的破坏，联想到安康、五强溪、水丰等水电站消力池底板的破坏与加固，对消力池底板的设计，各设计院都有自己的特点，莫衷一是。
一、已有水电站的案例介绍1、鱼圹水电站鱼圹水电站位于贵州芙蓉江上，电站为二等大型工程，装机容量为 75 MW，大坝为混凝土面板堆石坝，坝高 76.5m，基础岩体为砂页岩灰岩互层。
设有左岸溢洪道泄洪，最大下泄流量为 9 410 m3/s。
溢洪道施工过程中，对泄槽末端体形进行了修改。
2006 年汛期泄洪时，修改段 0+069~0+129 m段发生了大面积破坏，底板被抬升，基岩受冲，冲深达 7 m以上，基岩和底板混凝土约 3 000 m3。
原设计在底板下面布置了暗排水系统，排水孔深 5 m，间距 4 m，并分缝面设橡胶止水。
2、五强溪水电站湖南沅水五强溪水电站为一等工程，库容 29.9 亿 m3，装机容量为 1 200 MW，大坝为混凝土重力坝，坝高 85.83 m，设9 个表孔、中孔和底孔，最大泄量 56 100 m3/s，采用 Y 形宽尾墩+挑流+消力池方式联合消能。
消力池底板下设暗排抽水系统，分缝面设止水。
施工期泄洪时消力池底板发生大面积破坏。
3、红林水电站贵州猫跳河五级电站红林水电站为引水式水电站，大坝为混凝土重力坝，坝高 26 m，校核洪水流量 3 180 m3/s，采用连续鼻坎自由出流（无闸门控制），单宽流量约 55 m3/(s·m)，坝后护坦长 12.8 m，厚 1.8 m，采用 C15 混凝土，布置插筋25@300cm×300cm，深入基岩 3.0 m，未设排水孔，但分缝面不作处理，不设止水，该工程运行近 30 年来，未发生过护坦破坏的情况。
水利常用公式
14、水利常用专业计算公式一、枢纽建筑物计算1、进水闸进水流量计算：Q=B0δεm（2gH03）1/2式中：m —堰流流量系数ε—堰流侧收缩系数2、堰流过水流量计算：Q=B0δεm（2gH03）1/2式中：m —堰流流量系数ε—堰流侧收缩系数δ—堰流淹没系数3、挖深式消力池校核长度计算：Lsj=Ls+βLj式中：Lsj —消力池长度（m）Ls —消力池斜坡段投影长度（m）β—水跃长度校正系数Lj —水跃长度（m）4、挖深式消力池深度按下式校核：d= hc hs △Z Ls+β Lj式中：d —消力池深度 (m)hc—水跃跃后水深 (m)hs—出池河床水深 (m)△Z—出池落差 (m)5、护坦式海漫长度计算Lp=Ks（q（△H）1/2）1/2式中：Lp —海漫长度 (m)Ks —海漫长度计算系数q —消力池末端单宽流量（m3/s）△H —下泄时上下游水位差（m）6、稳定河宽阿尔图宁公式：B=AQ0.5/J0.2式中：B —稳定河宽（m）A —河宽系数取1.5（m2）Q —造床流量（m3/s）J —河床比降7、河道冲刷深度计算hB=hp+ hp [（Vcp/V允）n-1]式中：hB—局部冲刷深度（m）V允—河床面上允许不冲流速（m/s）hp—冲刷处的深度（m）Vcp—平均流速（m/s）n—岸坡系数8、建筑物基底抗滑稳定校核Kc=f ΣG/ΣH式中：Kc—抗滑稳定安全系数f —基础底面与地基之间摩擦系数ΣG—作用于堰体、闸室上的全部竖向荷载ΣH—作用于堰体、闸室上的全部水平荷载9、建筑物基底应力计算Pminmax=ΣG/Am+ΣM/W式中：Pminmax—闸室基底压力的最大值和最小值（KN/m2）Am —闸室基础底面面积ΣM —作用在闸室上的全部水平向和水平荷载对基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（KN·m） W —闸室基础底面对该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m 3） 10、 明渠恒定均匀流的基本公式如下：流速公式 u ＝RiC流量公式 Q ＝Au ＝A RiC流量模数 K ＝A RC式中：C —谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即 C ＝6/1n 1RR —水力半径（m ）； i —渠道纵坡；A —过水断面面积（m 2）；n —曼宁粗糙系数，其值按SL 18确定。
溢洪道消力池计算
溢洪道消力池计算
溢洪道消力池的计算主要包括以下步骤：
1、确定消力池的长度和深度：消力池的长度通常根据溢洪道的流量和下游水位来确定，而深度则根据溢洪道的最大流量和下游河道的冲刷能力来确定。
2、计算消力池的消能率：消能率是指溢洪道下泄水流在消力池中消除能量的程度。
根据不同的溢洪道形式和下游河道的条件，可以采用不同的消能率计算公式进行计算。
3、计算消力池的底宽和边坡：消力池的底宽和边坡应根据下游河道的冲刷能力和溢洪道的流量等因素来确定。
在计算时，需要考虑河床的抗冲刷能力和溢洪道下泄水流的冲刷能力。
4、计算消力池的流速和压力：消力池中的流速和压力应根据溢洪道的流量和下游水位等因素来确定。
在计算时，需要考虑消力池的长度、深度、底宽和边坡等因素的影响。
5、校核消力池的稳定性：消力池的稳定性是指其在溢洪道下泄水流作用下的稳定程度。
在校核时，需要考虑溢洪道下泄水流的冲击力和消力池的抗冲击能力等因素的影响。
总之，溢洪道消力池的计算需要综合考虑多种因素，包括溢洪道的流量、下游水位、河床的抗冲刷能力等，以便确保消力池能够有效地消除溢洪道下泄水流的能量，并保持稳定性和安全性。
消力池施工方案
消力池施工方案1. 引言消力池是一种用于减轻地震、风力或其他外部冲击造成的力量的结构物。
其作用是通过吸收和分散冲击力量，保护建筑物或其他设施的安全。
本文将介绍消力池施工方案，包括材料选择、设计原理和施工步骤等内容。
2. 材料选择2.1 混凝土消力池主要采用高强度混凝土作为主要材料。
高强度混凝土具有较高的抗压强度和抗拉强度，能够承受冲击力量并保持结构的完整性。
此外，混凝土也具有良好的耐久性和耐候性。
2.2 钢筋钢筋用于增强混凝土结构的强度和稳定性。
在消力池的设计中，钢筋通常被设置为网格状，以增加结构的刚性和抗剪能力。
2.3 橡胶隔震垫橡胶隔震垫用于减缓冲击力量传递到消力池的结构物上，从而减少结构的受力。
橡胶隔震垫具有良好的弹性和耐久性，能够有效地吸收和分散冲击力量。
3. 设计原理消力池的设计原理是将冲击力量转化为其他形式的能量，以减轻结构的受力。
主要的设计原理包括：3.1 动力学设计原理动力学设计原理是通过使用适当的材料和结构形式来减缓冲击力量的传递。
通过合理设置橡胶隔震垫和调整池体的几何形状，可以将冲击力量有效地分散和减少。
3.2 位移限制设计原理位移限制设计原理是通过设置弹性约束来限制结构的变形。
通过使用橡胶隔震垫等材料，可以将结构的位移限制在合理的范围内，从而保护结构免受冲击力量的破坏。
3.3 施工过程控制设计原理施工过程控制设计原理是通过控制施工过程中的各个环节，确保消力池的施工质量和效果。
包括施工材料的选择、施工步骤的控制和检测评估等。
4. 施工步骤4.1 地基准备在施工前，需要对地基进行准备。
地基应该具有足够的稳定性和承载力，以支撑消力池的重量和冲击力量。
4.2 模板制作根据设计要求，制作消力池的施工模板。
模板应该采用适当的材料，具有足够的强度和刚性，以确保施工的准确性和稳定性。
4.3 钢筋布置根据设计方案，将钢筋按照要求进行布置。
钢筋应该与模板紧密连接，以确保结构的稳定性和强度。
4.4 混凝土浇筑在钢筋布置完毕后，进行混凝土的浇筑工作。
消力池计算
**********************************************************************计算项目：消能工水力计算1********************************************************************** ----------------------------------------------------------------------[ 消力池断面简图]--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[ 计算条件]----------------------------------------------------------------------[基本参数]消能工类型:下挖式消力池计算目标:设计尺寸上游底部高程:1.000(m)下游底部高程:0.000(m)消力池首端宽度:6.000(m)消力池末端宽度:6.000(m)水流的动能校正系数:1.000泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:0.950消力池出流流速系数:0.950水跃淹没系数:1.050是否计算消力池前段长度:交互消力池前段长度:0.000(m)自由水跃跃长计算系数:6.900水跃长度校正系数:0.750是否计算消力池底板的厚度:计算消力池底板计算系数K1:0.200消力池底板安全系数K2:1.300消力池底板的饱和重度:25.000(kN/m^3)脉动压强系数:0.050海漫长度计算系数Ks:10.000河床土质允许不冲流速:1.000(m/s)水位流量的组数:1序号单宽流量上游水位下游水位扬压力(m3/s*m) (m) (m) (kPa)1 6.500 3.020 2.020 1.000----------------------------------------------------------------------[ 计算过程]----------------------------------------------------------------------1、判断是否需要建消能工。
折坡消力池护坦稳定性分析
Ｋ ｅ ｏｒ ：ｓｏ ｎｇａ ｏ ；ｓｉｌ ｓｎ ｐ ｏ ｌｕ ｔ ｔｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｔ ｂ ｌ ｙｏ ｅｓｓａ ｃ ｏ ｔｔｏ ｙＷ ｄｓ ｌｐｉ ｐｒ ｎ ｔｌｉ ｂａ ｉ ；ａ ｒ ｎ；ｆ ｃｕａｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ；ｓａ ｉｉ ｆｒ ｉｔ ｎ ｅ ｆ ａａ ｉｎ ｎｇ ｔ ｌ
ｔ ａ ｈ ｔｌｉ ｓｎ ｃ ｎ ｅｃｅ ｏ ｓｏ ｉ ｇ ａ ｒ ｎ ｉ ｔ ｂ ｅ ｈ ｔｔ ｅ ｓｉ ｎｇｂａ ｉ ｏ ｎ ｔ ｄ ｔ ｌｐ ｎ ｐ ｏ ｓｓａ ｌ 、 ｌ
中 图分 类 号 ： Ｖ ５ Ｔ ６３
文献 标 识 码 ： Ａ
为 了 改 善 嘉 陵 江 航 运 现 状 ， 据 《 陵 江 航 运 发 展 规 划 》１ 根 嘉 ｌ， １ 嘉 陵 江 十 流广 元 至 重 庆 河 段 共 规 划 了 １ ７个 梯 级 电 站 嘉 陵
ｅｅｇ ｉ ｉ ｔ ｙＨ ｄａ ｌ ｕ ｐ ｉｔ ｓ ｅｆ ｃｕｔ ｇｐｅｓｒ ｗ ｓｇｎｒｔｄｏ ｅｓｌｎ ａｉ ａ ｒｎ ｔｅ ｅ ｎｒｙｉ ｄｓ ｐ ｅ ｂ ｙｒｕｉ ｊｍ ，ｎ ｎｉ ｕｔａｉ ｒｓ ｅ ａ ｅ ｅ ｅ ｎｔ ｔｌ ｇｂｓ ｐｏ ，ｈｎｔ ｓ ｓａｄ ｃ ｅ ｖｌ ｎ ｕ ａ ｈ ｉｉ ｎ ｈ
护 坦失 稳 的重 要 因素 ： 苍溪 枢纽 折 坡 消 力 池 护 坦 上 脉 动 压 力 显 示 出 明 显 的 低 频 特 性 ， 优 势 频 率 远 低 于 护 坦 的 自 其 振 频率 ， 不会 引起 护 坦共 振 ； 不 利 况 下 护坦 抗 浮 稳定 系数 Ｋ Ｉ ３ １ 表 明 消力 池 护 坦 是 稳 定 的 。 最 ＝． ＞ ， ７
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***水库工程
上坝址重力坝方案消力池稳定计算稿
(可研阶段)
************有限公司
XXXX年11月
审定：审查：校核：编写：
目录
1计算目的
根据水工结构布置和水力学计算成果，计算可行性研究阶段上坝址重力坝方案消力池底板的抗浮条件，确定抗浮处理措施和工程量。
2计算要求
满足可行性研究阶段要求。
3计算依据
《混凝土重力坝设计规范》SL319-XXXX
《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX
《溢洪道设计规范》SL253-XXXX
《***水库工程上坝址重力坝方案水力学计算稿》
4计算过程
4.1基本参数
消力池底板总长30m，宽43m，底板厚2m，底板高程1349m。
消力池结合下游开挖布置，对基础进行固结灌浆处理，固结灌浆孔的间、排距均为2m，呈方形布置，坝基面孔深入基岩8m。
为增强护坦与基础连接布置基础插筋锚固，插筋为Φ25@2m×2m，入基岩深5.0m。
底流消能跃前水深按取泄槽末端的水深，根据泄槽水面线结果取末端水深。
4.2 计算公式
消力池底板抗浮稳定复核计算按照不设排水孔考虑，计算工况： (1)宣泄消能防冲的洪水流量。
(2)宣泄设计洪水流量。
(3)宣泄校核洪水流量。
根据《溢洪道设计规范》SL 253-XXXX 规定，底板的抗浮稳定计算公式按照下式计算：
123
12
f P P P K Q Q ++=
+
式中：P 1—底板自重，KN ；
P 2—底板顶面上的时均压力，KN ；
P 3—当采用锚固措施时，地基的有效重量，KN ； Q 1—底板顶面上的脉动压力，KN ； Q 2—底板底面上的扬压力； (1)护坦自重
护坦长度30m ，宽度43m ，厚度2m ，混凝土容重24KN/m 3。
(2)时均压力
时均压力的计算公式按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX 中的要求，
cos tr w p h γθ=
式中：p tr —— 过流面上计算点的时均压强代表值(N/m 2)；
w γ—— 水的重度，(kg/m 3)； h —— 计算点的水深；
θ—— 结构物底面与水平面的夹角，θ=0。
(3)脉动压力
脉动压力的计算公式按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX 计算：
f m f p p A β=±
式中：P f ——脉动压力，N ；
p f ——脉动压强，N/m 2； A ——作用面积，m 2；
m β——面积均化系数，按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX
表7.5.1取值；
其中正、负号应按不利设计条件选定。
面积均化系数m β
注：L m -结构块顺流向的长度，m ；b-结构块垂直流向的长度，m ；h 2-第二共轭水深，m 。
2
3.02
w f p
v p K ρ=
式中：K p ——脉动压强系数，按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX 表7.5.2取值；
ρw ——水的密度，Kg/m 3；
v ——相应工况下水流计算断面的平均流速，m/s(对消力池水流，可
取收缩断面的平均流速)；
注：表中Fr 1为收缩断面的弗劳德数，x 为计算断面离消力池起点的距离，
m ；L 为消力池的长度
(4)扬压力
扬压力计算时按照虽设有排水设施，但均考虑为不可靠的状态下进行计算，偏安全。
(5)锚固地基有效自重
按《溢洪道设计规范》SL253-XXXX 中附录B.2.4计算：
3R
TA P γ'= 30
3
L
T S d =-
- 式中：P 3——锚固地基的有效重量，kN ；
γ’R ——岩石浮重度，KN/m 3； A ——n 根锚筋护坦的计算面积，m 2； T ——锚固地基的有效深度，m ； d ——锚筋直径，m ； L ——锚筋间距，m ；
S ——锚筋锚入地基的深度，m 。
图4.4-1 锚固力计算简图
锚筋锚入地基的深度S=5.0m ，锚筋的间距L=2m 。
4.3 计算过程
护坦宽度(m) 护坦厚度(m) 混凝土容重KN/m 3 护坦长度(m) 护坦重量KN
43 2 24 30 61920
计算工况 起始水深(m)
跃后水
深(m) 水容重(KN/m 3) 护坦起始端时均压强(KN/m 2) 护坦末端时均压强(KN/m 2) 护坦时均压力(KN/m 2) 设计洪水
0.139
4.777
9.81
1.363
46.864
31106.14
注：查表得，前段Kp=0.03，中段Kp=0.05，后段Kp=0.02。
4.4计算成果
4.5结论
各工况下抗浮稳定安全系数均大于1.2，该消力池设计满足规范要求。