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1、附錄一 泄水建筑物水力設(shè)計(jì)計(jì)算公式 一、堰面曲線 1.開(kāi)敞式溢流孔的堰面曲線。采用冪曲線時(shí)按下式和附表1計(jì)算。 (附1)式中 Hs為定型設(shè)計(jì)水頭,按堰頂最大作用水頭Hzmax的75%95%計(jì)算(m),其它符號(hào)見(jiàn)附圖1,數(shù)值見(jiàn)附表1。附表1上游壩面坡度kn垂直(30)2.0001.850311.9361.836 原點(diǎn)上游宜用橢圓曲線,其方程式為式中 aHs和bHs分別為橢圓曲線的長(zhǎng)軸和短軸。 若上游面垂直,其長(zhǎng)軸aHs和短軸bHs可按以下關(guān)系選定:附圖1 采用倒懸堰頂時(shí)(如附圖1),應(yīng)滿足。 定型設(shè)計(jì)水頭選擇及堰頂可能出現(xiàn)的最大負(fù)壓值參照附表2。 定型設(shè)計(jì)水頭Hs情況下的流量系數(shù)m和其他作用水頭

2、Hz情況下的流量系數(shù)mz的比值參照附表3。 2.設(shè)有胸墻的堰面曲線。當(dāng)校核情況下最大作用水頭Hzmax (孔口中心線上)與孔口高(D)的比值時(shí);或閘門(mén)全開(kāi)時(shí)仍屬孔口泄流,即可按下式計(jì)算: (附2)式中 Hs定型設(shè)計(jì)水頭,一般取孔口中心線至水庫(kù)校核洪水位的水頭的75%95%; j孔口收縮斷面上的流速系數(shù),一般取j=0.96;若孔前設(shè)有檢修閘門(mén)槽時(shí)取j=0.95。 其余符號(hào)參照附圖2。附圖2 原點(diǎn)上游可用單圓,復(fù)式圓或橢圓曲線,與胸墻底緣通盤(pán)考慮。 若時(shí),應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)決定。附表2Hs/Hzmax0.750.7750.800.825最大負(fù)壓值(m)0.5Hs0.45Hs0.4Hs0.35HsHs/ H

3、zmax0.850.8750.900.951.0最大負(fù)壓值(m)0.3Hs0.25Hs0.2Hs0.1Hs0.0Hs附表3Hz/Hs0.20.40.60.81.01.21.4mz/m0.850.900.950.9751.01.0251.07 二、泄水建筑物泄水能力計(jì)算公式 1.開(kāi)敞式溢流孔的泄水能力可按下式計(jì)算: (附3)式中 Q流量,m3/s; B溢流堰凈寬,m; Hz堰頂作用水頭,m; g重力加速度,m/s2; mz流量系數(shù),初設(shè)時(shí)在定型設(shè)計(jì)水頭作用的情況下,當(dāng)(P為堰高,m)時(shí),取mz=m=0.470.49;當(dāng)時(shí),取m=0.440.47; 側(cè)收縮系數(shù),根據(jù)閘墩厚度及墩頭形狀而定,初設(shè)時(shí)可

4、取=0.900.95; 淹沒(méi)系數(shù),視泄流的淹沒(méi)程度而定,不淹沒(méi)時(shí)=1。 2.孔口泄流按下式計(jì)算: (附4)式中 Ak出口處的面積,m2; Hz自由泄流時(shí)為孔口中心處的作用水頭,m;淹沒(méi)泄流時(shí)為上下游水位差; m孔口或管道的流量系數(shù),初設(shè)時(shí)對(duì)設(shè)有胸墻的堰頂高孔,當(dāng)(D為孔口高,m)時(shí)取m=0.740.82;對(duì)深孔取m=0.830.93;當(dāng)為有壓流時(shí),m值必須計(jì)算沿程及局部水頭損失后確定。 三、挑流消能 1.水舌拋距按水舌外緣計(jì)算(參照附圖3),其估算公式如下: (附5)式中 L水舌拋距,m; v1坎頂水面流速,m/s,按鼻坎處平均流速v的1.1倍計(jì),即(H0為水庫(kù)水位至坎頂?shù)穆洳睿琺); q鼻坎

5、的挑角,; h1坎頂垂直方向水深,m,h1=hcosq (h為坎頂平均水深,m); h2坎頂至河床面高差,m,如沖坑已經(jīng)形成,作為計(jì)算沖坑進(jìn)一步發(fā)展時(shí),可算至坑底; j堰面流速系數(shù)。附圖3最大沖坑深度,由河床面算至坑底m 2.最大沖坑水墊厚度按下式估算: (附6)式中 tK水墊厚度,自水面算至坑底,m; q單寬流量,m3/s/m; H上下游水位差,m; a沖坑系數(shù),堅(jiān)硬完整的基巖a=0.91.2;堅(jiān)硬但完整性較差的基巖a=1.21.5;軟弱破碎,裂隙發(fā)育的基巖a=1.52.0。 四、護(hù)坦消力池長(zhǎng)度計(jì)算公式 1.福氏數(shù),當(dāng)Fr4.5,護(hù)坦上不設(shè)鋪助消能工時(shí): (附7)式中 Lc護(hù)坦消力池長(zhǎng)度,m

6、;、躍前、躍后共軛水深,m。 2.當(dāng)Fr4.5,池首斷面平均流速大于1618m/s,護(hù)坦上可設(shè)梳流坎及尾坎,但不宜設(shè)消力墩時(shí): (附8) 3.當(dāng)Fr4.5,池首斷面平均流速小于1618m/s,護(hù)坦上可設(shè)梳流坎、消力墩及尾坎時(shí): (附9) 五、空蝕指數(shù)估算公式 (附10)式中 空蝕指數(shù),無(wú)量綱; hd計(jì)算斷面處的時(shí)均動(dòng)水壓力水頭(水柱高,m); hq大氣壓力水頭(水柱高,m),對(duì)于不同高程按估算,即相對(duì)于海平面每增加高度900m,較標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力水頭降低1m水柱,為海平面以上高度; 水的汽化壓力水頭(水柱高,m);對(duì)于不同水溫可參照附表4數(shù)值采用;附表4水溫()05101520253040(水柱高

7、,m)0.060.090.130.170.240.320.430.75 /2g計(jì)算斷面處的流速水頭(水柱高,m)。 六、波動(dòng)及摻氣水深估算公式(適用于溢流壩面) (附11)式中 h不計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深,m; hb計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深,m; v不計(jì)入波動(dòng)及摻氣的計(jì)算斷面上平均流速,m/s; 修正系數(shù),一般為1.01.4,視流速和斷面收縮情況而定,當(dāng)流速大于20m/s時(shí),宜采用較大值。 七、護(hù)坦、鼻坎上脈動(dòng)壓力估算公式 (附12)式中 Pm脈動(dòng)壓力,沿法線方向作用于建筑物表面,t/m2; 水的容重,t/m3; am脈動(dòng)壓力系數(shù),根據(jù)水流緩急程度分別取0.050.10。 八、護(hù)坦上消力墩所受沖擊力

8、計(jì)算 護(hù)坦上如設(shè)有消力墩(包括梳流坎及尾坎)時(shí),其所受沖擊力Pd,可按下式估算: (附13)式中 Pd消力墩(包括梳流坎及尾坎)的沖擊力,t; Ad墩、坎迎水面在流速方向上的投影面積,m2; kd阻力系數(shù),視墩、坎形狀及流速大小,取kd=1.22.0。附錄二 荷載計(jì)算公式 一、垂直作用于壩體表面的靜水壓力 (附14)式中 H計(jì)算點(diǎn)的水深,m; 水(或含泥沙水)的容重,t/m3。 二、水平泥沙壓力 (附15)式中 =(1n),為泥沙的干容重,n為泥沙的孔隙率; hn壩前泥沙淤積高度,m; 泥沙的內(nèi)摩擦角,。 當(dāng)缺乏資料時(shí)可按下式計(jì)算: (附16) 三、浪壓力 1.浪高、波長(zhǎng)可按官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算(

9、適用于山區(qū)峽谷水庫(kù)庫(kù)緣地勢(shì)高峻,風(fēng)速416m/s,吹程113公里)。 (附17) (附18)式中 2hl浪高,m; 2Ll波長(zhǎng),m; 計(jì)算風(fēng)速,m/s; Df吹程,由壩前沿水面至對(duì)岸的最大直線距離,km。 2.浪壓力計(jì)算: (1)壩前水深H1滿足HljH1Ll時(shí),鉛直壩面上的浪壓力Pl,可按照立波概念,用下式計(jì)算: (附19)式中 h0波浪中心線至水庫(kù)靜水位的高度,可按下式計(jì)算: (附20) Pl壩基面的浪壓力剩余強(qiáng)度,其值為: (附21) Hlj乃使波浪破碎的臨界水深,其值為: (附22) 浪壓力的分布圖形可假定在水庫(kù)靜水位上下各近似作直線分布,見(jiàn)附圖4a。附圖4 (2)壩前水深H1Ll時(shí),

10、在距水庫(kù)靜水位深Ll以下各點(diǎn)的浪壓力可以忽略,鉛直壩面的浪壓力可按下式計(jì)算: (附23) 浪壓力的分布見(jiàn)附圖4b。 四、冰壓力 1.靜冰壓力,按附表5數(shù)值計(jì)算: 在確定開(kāi)始升溫時(shí)的氣溫及氣溫上升率后,可由附表5選用單位面積上的靜冰壓力,乘以冰厚,即為作用在單位長(zhǎng)度壩體的靜冰壓力(t/m)。附表5 靜冰壓力表最低溫度()4035302525201510氣溫上升率(/h)2.52.52.52.02.02.02.0靜冰壓力(t/m2)2840253523302028152213181214 2.動(dòng)冰壓力: (1)冰塊撞擊在壩面上所產(chǎn)生的壓力。當(dāng)冰的運(yùn)動(dòng)方向垂直或接近垂直于鉛直壩面時(shí)(運(yùn)動(dòng)方向與壩軸線

11、的交角j=8090),動(dòng)冰壓力值Pbd可按下式計(jì)算: (附24)式中 kb系數(shù),決定于流冰的抗碎強(qiáng)度Rb值(當(dāng)Rb=100t/m2,kb=4.3;Rb=50t/m2,Rb=3.0;Rb=30t/m2,kb=2.36); 冰塊流速,對(duì)于大水庫(kù)應(yīng)該通過(guò)研究決定,一般不大于0.6m/s; db冰塊厚度,m; Ab冰塊面積,m2。 (2)冰塊撞擊在閘墩上所產(chǎn)生的壓力。作用于鉛直的閘墩上的動(dòng)冰壓力,可按下式計(jì)算: (附25)式中 Rb冰的抗碎強(qiáng)度,當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí),可采用下值:結(jié)冰初期為75t/m2,末期45t/m2; B閘墩在冰層平面處的寬度,m; m與閘墩平面形狀有關(guān)的系數(shù),對(duì)于半圓形閘墩,采用m=0.9;對(duì)三角形閘

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