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=1088m 3/s,校核洪水流Q 校=1368 m 3/s 。

因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式： 2

3

2H

g mb

Q δε=

δ- 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； ε--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： 2

3

2H

g mb

Q δε=

δ- 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；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰m=0.3.

ε--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 3/s 。

（b ）校核洪水情况下：洪水流量Q=1368 m 3/s

经过计算泄洪冲砂闸净宽96m ，溢流堰长度95m ，设计洪水位1855.8m 校核洪水位1856.30m 。

泄洪冲砂闸净宽为96m ，每孔取净宽8m ，边墩宽0.8m ,中墩宽1.0m 缝墩

1m 。

1.2泄洪冲砂闸地板渗透稳定计算

1）地板渗流计算

1、确定地基计算深度 （1）计算e T

水平投影长度0L =10m ，铅直投影长度0S =1.5m ； 因为0

S L =6.67>5；

所以0.5e T =⨯0L =0.5⨯10=5m ；

所以地基不透水层的有效计算深度为5.0m 。 （2）计算各段Aa 阻力系数 1：S=1.5m ，T=5m ；

687.0441.05.12

301=+⎪⎭

⎫ ⎝⎛=T s δ 2：L=0.75m ，T=5m ， 120S S ==；

()

120.7X L S S T

ξ-+=

=0.15

3：S=0.5m ，T=5m ， 3.1416π=；

10.0145ln 2

3=⎭⎬⎫

⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=

t s ctg y πδ 4：L=8.5m ，S 1 =0.5m ，T=5m ，2S =0.5m ；

()

120.7X L S S T

ξ-+=

=1.36

5：S=0.5m ，T=5m ， 3.1416π=；

10.0145ln 2

5

=⎭⎬⎫

⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=t s ctg y πδ 6：L=0.75m ，T=5m ， 120S S ==；

()

120.7X L S S T

ξ-+=

=0.15

7：S=1.5m ，T=5m ；

(3)计算各段水头损失i h ：

总水头损失H ∆=3.90m ；i i H

h ξξ

∑∆=

； 在234.3=∑ξ 列表计算各段水头损失h i ；

687

.0441.05.12

37=+⎪⎭

⎫ ⎝⎛=T s δ

（4）进出口水头损失值的修正 1进口处修正系数1B ；

12'1

1.211220.059B T S T T =-

⎡⎤⎛⎫⎡⎤++⎢⎥ ⎪⎢⎥

⎣⎦⎢⎥⎝⎭⎣⎦；

式中S=1.5m,T=5m,'

T =5m; 代入得1B =1.01；

1B >1所以不用进行修正； 2出口处修正系数2B

'T =3.5m ， T=5m ， S=1.5m ；

2B =0.857〈1.0，所以出口处要修正。

出口段水头损失减小值为：H 7=0.828⨯0.857=0.710m ；

h ∆=0.828-0.710=0.118m ；

H 6=0.181+0.118=0.299

（5）计算各角隅点的渗压水头并列表：

（6）绘制渗压水头分布图

（7）闸底板水平段渗透坡降和渗流坡降的计算： 1闸底板水平段平均渗透坡降x J ：

闸底板的轮廓线由6点至11点，水平投影m L 50.8=。

[]28.0~22.0193.05

.864

.1116≤==-=

L H H J x ； 2出口处得出逸坡降0J ：

出口处既11点至12点，渗透距离为m S 50.1'=。