截流水力计算(水工钢筋)

水利工程施工课程设计计算说明书

题目：截流水力计算（水工钢筋）

学院：中央电大伊犁分校

班级：2011年春

指导老师：

姓名：张玉

一、基本资料

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Q s0=220m3/s,合龙口的渗流量可近似按如下公式计算，Qs= Q s00

/z

z(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。已知上游水位~下泄流量关系如下：

截流设计是施工导流设计重要组成部分，其设计过程比较复杂，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的确定一般有图解法和三曲线法两种。以下采用三曲线法设计。

截流设计流量的确定，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V~Z 和V~B 曲线

步骤：1、作Q~Z 关系曲线，将已知的泄流水位Q d ~△H 上转化为Q d ~Z 关系，

并做Q d ~Z 曲线；

其中：Qs= Q s0

/z z =220

23

.3/z ；

Q d 可根据Z 值在Q d ~Z 曲线上查得；

由Q 0=Q+Q d +Q s 绘制龙口流量与下游落差Q~Z 关系曲线，曲线由以

下表格绘制：

2、计算Z B 和Z C

（1）、B 点为非淹没流梯形断面与三角形断面分界点。

Z B =

22

241ϕ

αϕg +（

2

2

4α

n Q g ）2/5-h s

其中，α为断面动能修正系数，常取1.0；

ψ为流量系数，为0.85—0.95；此时取0.91； n 为戗堤端部边坡系数，取n=1; h s =39.51-30=9.51m ； g 取9.81m/s 2；

先假设Q=450m 3/s,带入上面公式求得Z B ，再分别假设Q 值求Z B 。

将以上数据绘成Q~Z B 曲线，与Q~Z 曲线交于一点。

交点坐标为（Z B ，Q ）=（2.73，598.54） 即为所求，则Z B =2.73m 。

（2）C 点为三角形断面分界点。 Z C =

2

21ϕ

g （

2

2

4α

n Q g ）2/5

先假设Q=400 m 3/s,带入上面公式求得Z c ，再分别假设Q 值求Z c 。

将以上数据绘成Q~ Z C 曲线，与Q~Z 曲线交于一点。

交点坐标为（Z C ，Q ）=（2.74，548.96） 即为所求，则Z C =2.74m. 由于Z B

综上所述，可知当无护底时，只需计算

V 1、V 3。

3、求V 1、V 3。 （1）gZ

V

21

ϕ=，其中，ϕ取0.91。假设不同的Z 值，求出其相应的

V 1值，再作V 1～Z 曲线。计算过程列为下表：

(2)求V 3：5

1

22

3

)4(

n

Q g V α=。假设不同的Z 值，求出其相应的V 3值，再作

V 3～Z 曲线。计算过程列为下表：

根据以上两个表格计算所得结果可绘制V 1～Z 和V 3～Z 曲线。绘制结果如下图所示：

最终可得曲线即为无护底时的V~Z 曲线。 由图可知：V max =6.79m/s 。

4、作V ～B 曲线: (1)梯形断面淹没流: B

s s nH

nh V h Q B 21

+-=

(2)梯形断面非淹没流: B nH b B 2+=

其中b=

2

2

2

2

2

)21(1)

](1)41)[(1(y

Z h y y n s αϕαϕ+-+-+-

(3)三角形断面淹没流：)(21

nV Q h H n B s B +-=

(4)三角形断面非淹没流：

]

)

2(

441)([25

/12

2

22

gn

Q Z h H n B s B ααϕ

αϕ++

+-=

其中，戗堤高度H B =44-30=14m ，Z B =2.73m

以下列表进行计算：

根据以上数据绘制B～V1和B～V3曲线如下：

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，则根据不同流速分区确定块体半径：

V=K

γγ

γ-

s

gd

2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

γs为石块容重，取18KN/m3；

γ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：

则可绘制B~d曲线如下所示：