溢流堰稳定计算
溢流堰稳定计算例题
溢流堰稳定计算例题
以下是一个溢流堰稳定计算的示例：
溢流堰是一种用于调节水库水位的结构，其稳定性对于水库的正常运行至关重要。
本例将使用材料力学法进行溢流堰的稳定计算。
假设溢流堰的高度为 H，宽度为 W，长度为 L，材料的弹性模量为 E，泊松比为 v，抗剪强度为 C，内摩擦角为φ。
根据材料力学法，溢流堰的稳定性可以用以下公式计算：
σ = E × [ (1 - v^2) / (1 + v) ] × [ (H / W) / tan(45° - φ / 2) ]
其中，σ 是溢流堰的稳定性系数，E 是材料的弹性模量，v 是泊松比，H 是溢流堰的高度，W 是溢流堰的宽度，φ 是内摩擦角。
根据实际情况，选择适当的参数值代入公式进行计算。
如果计算得到的σ 值大于溢流堰的实际承受能力，则需要进行加固处理或者调整溢流堰的结构设计。
需要注意的是，这只是一个简单的示例，实际工程中溢流堰的设计和计算可能涉及到更多的因素和复杂的力学分析。
因此，在进行溢流堰的设计和计算时，应该根据具体情况进行详细的分析和计算。
堰流公式
堰流及闸孔出流水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。
例如，溢流坝、 水闸底槛、桥孔和无压涵洞进口等。
堰是顶部过流的水工建筑物。
图1、2中过堰水流均未受闸门控制影响闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是孔流堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。
它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过水能力强，而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。
它们的共同点是：壅高上游水位；在重力作用下形成水流运动；明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力；出流过程的能量损失主要是局部损失。
相对性： 堰流和孔流是相对的，堰流和孔流取决于闸孔相对开度，闸底坎及闸门(或胸墙) 型式以及上游来流条件（涨水或落水）。
图4 闸孔出流图3 堰流及闸孔出流平顶堰： e /H ≤0.65 孔 流 曲线型堰： e/H ≤ 0.75 孔 流 e/H ＞ 0.75 堰 流e/H ＞0.65 堰 流式中：e 为 闸孔开度； H 为 堰上水头堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，其水力计算的主要任务是研究过水能力。
它包括堰闸出流水力特性和堰闸水力计算。
第一节 堰流的分类及水力计算基本公式一、堰流的分类水利工程中，常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。
例如，溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。
堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同。
堰前断面：堰上游水面无明显下降的0-0 断面 堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用H 表示 行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用v 0 表示 堰前断面距离上游壁面的距离：L =（3～5) H研究表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度与堰顶水头之比δ /H 而变，工程上，按δ与H 的大小将堰流分薄壁堰、实用堰、宽顶堰。
1. 薄壁堰：δ/H ＜0.67当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降HP 1v 0111v 1P 2δ图5 薄壁堰越过堰顶的水舌形状不受堰厚影响，水舌下缘与堰顶为线接触，水面呈降落线。
溢洪道坝体稳定计算书
1 洪水调节1．1建筑物等级本枢纽等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。
1.2 调洪步骤（1）溢洪道型式及堰顶高程的选择：由于本枢纽主要任务为发电，兼做防洪之用，故决定采用无闸门控制的溢洪道。
溢洪道无闸门时，正常蓄水位就是溢洪道堰顶的高程；本枢纽的正常高水位为345.0m，故溢洪道堰顶高程取345.0m。
（2）溢洪道宽度的选择：根据坝址地质条件，确定大致的泄洪单宽流量q为80 m3/（s·m）（一般为60～120 m3/（s·m））。
溢流坝段下泄流量Q溢：Q溢=Qs-αQ式中：Qs—最大下泄流量或下游河道安全下泄流量，m3/s；α—安全系数，正常运用情况，取0.75～0.9，非常情况取1.0；Q—其他建筑物下泄的流量，m3/s。
本枢纽水库下游防洪标准，安全泄量为3500 m3/s，按百年一遇，取允许最大设计流量Q溢为3200m3/s。
根据Q溢与单宽流量q，初拟溢流堰净宽B= Q溢/q=3200/80=40m，在该工程中取B=40m。
1.3 调洪演算1.3.1计算公式溢洪道的下泄流量可按堰流公式计算，即：q溢=M1BH3/2式中：q溢—溢洪道的下泄流量，m3/s；H—溢洪道堰上水头，m； M1—流量系数；M1=mεζ（2g）1/2式中：m—溢流系数，一般取0.465～0.485；ε—侧向收缩系数，初步设计中可取ε=0.90～0.95；ζ—淹没系数。
=0.4B（2g）1/2H3/2。
在本枢纽中，取μ= mεζ=0.40，则q溢水库q=f（V）关系曲线计算表如表1-1：表1-1 水库q=f（V）关系曲线计算表水库的q=f（V）关系曲线见图1-1：图1-1：水库的q=f（V）关系曲线计算洪水来量，见表1-2：表1-2 洪水来量计算表洪水来量过程曲线如图1-2：图1-2 洪峰过程线1.3.2计算步骤如下：（1）引用水库的设计洪水过程线。
（2）根据已知水库q=f（V）关系曲线计算表做z-q , z-v ,辅助曲线，求出下泄流量与库容的关系曲线q-v图1-3 z-q关系曲线图1-4 z-v关系曲线图1-5 q-v关系曲线（3）根据水库汛期的控制运用方式，确定调洪计算的起始条件，即确定起调水位和相应的库容、下泄流量。
围堰边坡稳定渗流计算书
目录1.计算总说明............................... ..................... .. (2)2.设计基本资料...................... ..................... . (3)3.计算过程 (4)4.计算结果分析与结论...................... ..................... . (5)1、计算总说明1.1 计算目的与要求施工单位对充（吹）填砂取样实验，充（吹）填砂的内摩擦角与原设计计算采用的数值有差异，需用施工单位现场的实验数值对围堰边坡稳定计算进行复核。
根据充（吹）填砂施工单位实验数值，充（吹）填砂采用水下摩擦角16°，水上摩擦角20°进行边坡稳定复核。
由于东、西岸围堰设计断面一致，基础均为中、粗砂，可以采用东、西岸围堰最大断面进行复核，即东岸围堰6-6断面。
1.2 主要计算原则和方法从受力性能上说，袋装砂实质上是一种加筋土坝。
计算采用瑞典圆弧法。
计算采用北京理正边坡稳定分析软件6.0版，边坡稳定分析采用凝聚力C p 模型计算。
p C式中，C p ——拟凝聚力，R f ——单位厚度土工合成材料试样（纵向）中筋材的极限抗拉强度；S y——土工合成材料层间距；K p——被动土压力系数。
单位厚度土工合成材料试样（纵向）中筋材的极限抗拉强度为30kn。
施工时，根据实际水位，水上土工合成材料层间距为0.7m，水下土工合成材料层间距0.5m，为简化计算，水上、水下土工合成材料层间距均按0.7m计。
砂的内摩擦角水上水下统一按16度计。
C p=30*1.33/2*0.7=28.5kpa。
1.3 主要计算内容根据GB50286-2013《堤防工程设计规范》，抗滑稳定计算分为正常运用条件和非常运用条件。
正常运用条件计算工况如下：1）临水侧为设计洪水位和防洪高水位，稳定渗流期的背水侧堤坡的稳定；2）设计洪水位和防洪高水位骤降期，临水侧堤坡的稳定。
堰坝计算稳定
330.48 1950.78 -768.83
力矩(t-m) (顺时针)2710.12
320.40
267.07
t-m) (顺时针)3190.99
399.67
267.07
279.79 4137.52 -756.70
-4.80 3.83 6.08 94.41 18.50 -4.80 44.80
垂直水压 力 动水压力 泥沙压力 扬压力 合计 总计
Pv2 Px Py ps1 ps2 U1 U2
102.48 55.39 55.39 55.99 19.78 358.53 90.84 781.43 449.37 440.91 262.96 向下 332.06 向右 177.94
3.9 16.3 0.22 4.77 2.83 0 3.08 3380.74 ∑M 56.05 902.86 12.19
设计水位情况下的稳定计算 荷载 自重 水平水压 力 垂直水压 力 动水压力 泥沙压力 扬压力 合计 总计 W1 PH1 PH2 PV1 Pv2 Px Py ps1 ps2 U1 U2 316.81 89.68 726.67 406.49 393.07 203.98 向下 320.18 向右 189.14 校核水位情况下的稳定计算 荷载 自重 水平水压 力 垂直水压 力 W1 PH1 PH2 PV1 21.39 垂直力(t) → ↑ 602.17 水平力(t) → ← 384.92 187.79 力矩(t-m) 对基础中心 的力臂(m) (逆时针)+ 1.7 1023.69 8.29 6.46 8.08 1213.12 172.83 37.51 55.99 19.78 15.79 71.2 37.57 垂直力(t) → ↑ 602.17 水平力(t) → ← 337.08 146.63 力矩(t-m) 对基础中心 的力臂(m) (逆时针)+ 1.7 1023.69 8.04 5.71 8.075 4.5 16.07 0.73 4.77 2.83 0 3.08 2675.63 ∑M 56.05 603.75 27.38 837.26 127.50
溢流坝稳定计算
e=∑M/∑W
2.28
<B/6
55.9853
4.7666667
266.86313
19.780605 2.8333333 56.045048
0
0
0
440.905 ∑
应力计 算
3.08
262.96 177.94
上游边缘正应力为
σ1y=∑W/B+6∑M/B2
4.68
>0
279.79
3380.6178 4137.32
19.780605 2.8333333 56.045048
0
0
0
3.08
393.065 203.92061 ∑ 189.14467 上游边缘正应力为
276.21
2674.6607 3573.5931
∑
-898.9324
下游边缘正应力为
应力计 算
σ1y=∑W/B+6∑M/B2
1.55
>0
σ11y=∑W/B-6∑M/B2 33.07 <［σ］
8.37 ≥3.0
K=f∑W/∑P
1.1 ≥1.05
37.51
316.81
89.68
726.67
406.49
∑
320.18
基础强度计算
e=∑M/∑W
2.81
<B/6
e=∑M/∑W
2.81
<B/6
37.51
16.07 602.7857
0.7327.385源自.98534.7666667
266.86313
90.31m 6.80m 6.80m 2.35m
正常情况 相应下游 水位…… ………… ………… ………… …坝…底…高程 ………… ………… ………… ………… ………… ………… …坝…底…宽…度B ………… ………… ………… ………… ………… …溢…流面反 弧段半径 ………… ………… ………… ………… …………
溢洪道坝体稳定计算书
1 洪水调节1．1建筑物等级本枢纽等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。
1.2 调洪步骤（1）溢洪道型式及堰顶高程的选择：由于本枢纽主要任务为发电，兼做防洪之用，故决定采用无闸门控制的溢洪道。
溢洪道无闸门时，正常蓄水位就是溢洪道堰顶的高程；本枢纽的正常高水位为345.0m，故溢洪道堰顶高程取345.0m。
（2）溢洪道宽度的选择：根据坝址地质条件，确定大致的泄洪单宽流量q为80 m3/（s·m）（一般为60～120 m3/（s·m））。
溢流坝段下泄流量Q溢：Q溢=Qs-αQ式中：Qs—最大下泄流量或下游河道安全下泄流量，m3/s；α—安全系数，正常运用情况，取0.75～0.9，非常情况取1.0；Q—其他建筑物下泄的流量，m3/s。
本枢纽水库下游防洪标准，安全泄量为3500 m3/s，按百年一遇，取允许最大设计流量Q溢为3200m3/s。
根据Q溢与单宽流量q，初拟溢流堰净宽B= Q溢/q=3200/80=40m，在该工程中取B=40m。
1.3 调洪演算1.3.1计算公式溢洪道的下泄流量可按堰流公式计算，即：q溢=M1BH3/2式中：q溢—溢洪道的下泄流量，m3/s；H—溢洪道堰上水头，m； M1—流量系数；M1=mεζ（2g）1/2式中：m—溢流系数，一般取0.465～0.485；ε—侧向收缩系数，初步设计中可取ε=0.90～0.95；ζ—淹没系数。
=0.4B（2g）1/2H3/2。
在本枢纽中，取μ= mεζ=0.40，则q溢水库q=f（V）关系曲线计算表如表1-1：表1-1 水库q=f（V）关系曲线计算表水库的q=f（V）关系曲线见图1-1：图1-1：水库的q=f（V）关系曲线计算洪水来量，见表1-2：表1-2 洪水来量计算表洪水来量过程曲线如图1-2：图1-2 洪峰过程线1.3.2计算步骤如下：（1）引用水库的设计洪水过程线。
（2）根据已知水库q=f（V）关系曲线计算表做z-q , z-v ,辅助曲线，求出下泄流量与库容的关系曲线q-v图1-3 z-q关系曲线图1-4 z-v关系曲线图1-5 q-v关系曲线（3）根据水库汛期的控制运用方式，确定调洪计算的起始条件，即确定起调水位和相应的库容、下泄流量。
溢流堰等计算
孔口出流计算表钢管内径d=0.1m管道长度L=0.1m毛水头H=3通过流量Q=0.368m3/s 管内流速V=46.83m/s钢管内径d=0.1m管道长度L=1m毛水头H=3通过流量Q=0.116m3/s 管内流速V=14.81m/s管壁厚度计算设计水头（包括水锤压力）H=110.00m 压力管内径D=0.20计算管壁厚(公式1）δ= 2.25m不考虑侧P= 1.5mH=0.3m堰宽b=1m（1）巴青公式m0=0.420325（1）巴青公式流量Q溢=0.305926m3/s （1）雷保克公式流量Q溢=宽顶溢流堰计算(只适用于跌落堰)溢流宽度b=1m 下泄流量Q溢=0.241m3/s溢流水深H0=钢管用量计算管内径 D=0.20m流量Q=0.24m3/s 钢管制作单位投资=管总长 L=220.00m管壁厚⊿b= 2.50mm 平均每米用钢量g=流速V=7.64m/s用钢总量g= 2.84T总投资=m糙率n=0.01m糙率n=0.01淹没堰计算m淹没堰计算是在跌乘以一个淹没系数输入部分淹没堰条件：结果部分（1）落差小于堰（2）相对落差小(2)雷保克公式H=0.3P= 1.5m0=0.415933Z=0.15h=0.150.30273m3/s淹没系数δ=0.787907（1）巴青公式流量Q溢=0.2410410.272m4400.0元/吨12.48Kg1.25万元（1）雷保克公式流量Q溢=0.238523。
溢流堰稳定计算.doc
溢流堰溢洪道的溢流堰通常用混凝土或浆砌块石修建。
在非岩基上，一般采用宽顶堰型式；在岩基上，尤其是岸坡较陡的情况下，为了增大流量系数以缩短溢流前沿，减少开挖量，多采用实用断面堰的型式。
溢淹堰在平面上通常布置成直线形状，应尽可能使流向堰的水流平顺且与堰正交，并使溢洪道在平面上成直线或者曲度很小。
一、荷载（一）堰体自重（二）水压力1、梯形堰（图1）图1 梯形堰（1）（2）（3）（4）（5）式中γ－水容量，t/m；P01、P02－水平水压力，t/m；W1、W2、W3－水重，t/m。
其它符号如图8所示。
2、曲线堰（图2）图2 曲线堰作用于溢流面及反弧段上的水压力，对堰体稳定有利，但其数值不大，且较难精确确定，故可略去不计。
这时，作用于堰体上的力只考虑上下游的水压力。
上游水压力：（6）下游水压力：（7）（三）扬压力（图3）图3 扬压力计算1、上浮力W4W 4＝γh2B （8）式中 B－堰底宽度，m。
2、渗透压力W5（9）扬压力（10）式中η－作用面积和系数，即认为扬压力并不是作用在堰基的全部面积上，而只是作用在堰体和堰基结合不紧密的面积上。
η值的范围约为0.7～1。
只有当施工质量良好，保证堰体与堰基结合紧密，并且堰基岩石完整时，才可以考虑使η值小于1，一般工程设计中，大都取η＝1.当堰基有排水设施时，渗透压力为一折线（图4），此时，（11）式中 a－压力折减系数，可取为0.3～0.5.图4 有排水设施的渗透压力计算（四）尾矿压力P3（12）－尾矿压力，t/m；式中 P3γ－尾矿浮容重，t/m；fφ－尾矿的内摩擦角，°；h－尾矿压在堰上的高度，m。
（五）地震力Q在考虑地震的地区，地震力的方向取量最危险的向下游的水平力。
Q 0＝FμcW （13）式中μc－水平设计地震系数，见表；W－堰体重量；F－地震惯性力系数，一般可取F＝1.3。
表地震角ε及地震系数μc二、滑动稳定计算一般计算只考虑滑动面上的摩擦力，当滑动面水平时：（14）式中 K－抗滑安全系数，考虑地震力时取1.2，不考虑地震力时取1.3；∑W－作用于1m长堰体上所有垂直荷载的代数和；∑P－作用于1m长堰体上所有水平荷载的代数和；f－堰体与岩土地基间的摩擦系数，见相关资料。
水闸设计及闸室稳定计算
［附录一：泄洪冲砂闸及溢流堰的水力计算1.1设计资料：根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节，平时来水量仅占全年来水量的10%;河水中泥沙含量较大尤其是伴随洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适，因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m。
根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰，堰顶高程1852.40m,过闸水流流态为堰流。
汛期通过闸室的设计洪水流量Q设=1088m3/s,校核洪水流Q校=1368 m3/s。
因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：Q -、；mb v 2 g H 2S -为淹没系数，取为1.0;m---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385;£ --为侧收缩系数，先假定为1.0；H---位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头；b—闸门净宽；来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部分共同承担，这样可减去一部分闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰。
初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+ (0.2—0.3m)=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位，用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量，二者相加等于实际流接近计算工作情况下的洪水流量时，该水位就为所求。
因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：Q -、. ； mb、2 g H 2S -为淹没系数，取为1.0m---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385;计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰m=0.3.£ --为侧收缩系数，先假定为1.0;H---位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头。
b—闸门净宽计算结果如附表1-1, 1-2 （a）设计洪水情况下：洪水流量Q=1018 m/s。