施工截流水力計(jì)算書

4施工截流水力計(jì)算4.1截流流量和方法的選擇對(duì)于江坪河水利樞紐工程,枯水系列天然河道的流量變幅小，較穩(wěn)定，截流的時(shí)間初定在2007年的11月上旬，根據(jù)《施工組織設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，截流標(biāo)準(zhǔn)采用從現(xiàn)期5~10年月或旬平均流量，江坪河水利樞紐工程采用2007年11月上旬的5年一遇的平均流量61.2m3/s根據(jù)壩址地形、料場(chǎng)位置和道路布置條件，確定在上游圍堰截流，采用單戧立堵進(jìn)占的方式，截流體和上游臨時(shí)土石圍堰相結(jié)合。4.2戧堤頂部高程確實(shí)定查~Q關(guān)系曲線，=61.2m3/s應(yīng)的上游水位為=293.8m，考慮施工平安取平安加高及風(fēng)浪爬高為1.5m則戧堤頂部高程H=+1.5=295.3m。下游水深=291.06m4.3截流的水力計(jì)算合龍過程的水力學(xué)實(shí)質(zhì)是非恒定流。對(duì)于這種非恒定流，當(dāng)其流量變化率和水位變化率不大時(shí)，可以分段當(dāng)作恒定流處理。合龍截流設(shè)計(jì)流量按下式計(jì)算：式中——截流設(shè)計(jì)流量——龍口流量——分流建筑物中通過的流量——上游河槽中的調(diào)蓄流量，忽略——戧堤滲透量，忽略〔1〕龍口泄水能力計(jì)算式中——流量系數(shù)當(dāng)，為淹沒流，當(dāng)，為非淹沒流，——龍口平均過水寬度梯形斷面：三角形斷面：——龍口上游水頭梯形斷面：三角形斷面：其中——龍口上下游水位差——戧堤高度——戧堤端部邊坡系數(shù)，取——龍口上游水位——河道底板高程，取圖4-1梯形龍口斷面圖4-2三角形龍口斷面〔2〕龍口平均流速淹沒流時(shí)：，——龍口底板以上的下游水頭非淹沒流時(shí)：，——龍口斷面的水深而計(jì)算得分流關(guān)系見表4-1：表4-1分流流量與水位關(guān)系分流流量水位關(guān)系z(mì)(m)292.51292.757293.198293.53293.793Qd(m3/s)9.2816.7833.4548.3261.2Q(m3/s)51.9244.4227.7512.880龍口流量Q與下游落差Q~Z關(guān)系曲線計(jì)算如下表4-2表4-2龍口流量與水位差的關(guān)系Qd9.2816.7833.4548.3261.2設(shè)計(jì)流量Q061.261.261.261.261.2水位差1.451.6972.1382.472.733龍口流量Q51.9244.4227.7512.880Q~Z關(guān)系曲線如以下圖4-3表4-3龍口流量與水位差的關(guān)系曲線4.4三曲線法計(jì)算龍口流速推導(dǎo)龍口流速公式分兩步進(jìn)行。先推導(dǎo)龍口流速與上下游落差的關(guān)系，然后再推導(dǎo)龍口流速與龍口寬度的關(guān)系?！惨弧除埧诹魉賄與上下游落差Z的關(guān)系在立堵截流過程中，龍口斷面由梯形斷面逐漸過渡到三角形斷面，水流流態(tài)從淹沒流過渡到非淹沒流。下面將龍口流速分別按梯形斷面淹沒流、梯形斷面非淹沒流以及三角形斷面非淹沒流推導(dǎo)流速公式。1、淹沒流流速V1。梯形斷面落差與上下游落差Z相同，則梯形斷面淹沒流流速為：式中——流速系數(shù)，=0.85~0.95；Z——下游落差。2、梯形斷面非淹沒流由于，令，則上式可寫為式中ZC——C—C斷面臨界落差；H——上游水頭〔護(hù)底頂部高程以上〕；Y——相對(duì)臨界落差的平方根，按下式計(jì)算：式中—C—C斷面動(dòng)能修正系數(shù)。常取=1.0；Q—龍口流量，按上面截流水利計(jì)算中的計(jì)算公式計(jì)算；n—戧堤端部邊坡系數(shù)。取n=1。3、三角形斷面非淹沒流由上面的、、的計(jì)算式可得出Z〔取0.9〕；Z〔0.618>y0.486,y取為0.55〕；Z〔n=1〕。根據(jù)表2-1中的數(shù)據(jù)及上面的、、的計(jì)算式可作下表：表4-3H上〔m〕Z(m)Q(m3/s)Qd(m3/s)V1(m/s)V2(m/s)V3(m/s)292.511.4551.929.284.803.6996084.160498292.761.744.4216.785.203.8584614.032684293.22.1427.7533.455.834.1232043.670549293.532.4712.8848.326.264.3111063.148195293.7932.7330.0061.26.594.4551870由表4-3可得出三曲線如以下圖4-5所示：BACZ-V1Z-V3BACZ-V1Z-V3Z-V2圖4-5〔二〕龍口寬度B與V和Z的關(guān)系1、梯形斷面淹沒流，由集合關(guān)系和水力學(xué)關(guān)系可知式中HB——護(hù)底以上戧堤高度，其余符號(hào)同前。2、梯形斷面非淹沒流式中b——龍口底部寬度。按下式計(jì)算：3、三角形斷面淹沒流4、三角形斷面非淹沒流由于因此]〔三〕Vmax出現(xiàn)位置的判斷設(shè)曲線Z-和曲線Z-的交點(diǎn)為A，相應(yīng)的落差為ZA，曲線Z-和曲線Z-的交點(diǎn)為B，相應(yīng)的落差為ZB，曲線Z-和曲線Z-的交點(diǎn)為C，相應(yīng)的落差為ZC。A點(diǎn)稱為梯形斷面淹沒分界點(diǎn)，C點(diǎn)稱為三角形斷面淹沒分界點(diǎn)，B點(diǎn)稱為非淹沒流梯形斷面與三角形斷面分界點(diǎn)。由圖我們可以看出：ZB＞ZC，則Vmax出現(xiàn)在梯形斷面。下面來討論ZA、ZB和ZC的計(jì)算方法。令V2=V3，則有將，代入上式可得：Q為龍口流量；轉(zhuǎn)化為Z的函數(shù)，則由上式可求出Z。令V1=V3，則有：即可求出ZC。同樣，ZA可令V1=V2求出，或作曲線Z-V1和曲線Z-V2，其相交點(diǎn)可求出ZA。此外，當(dāng)Vmax出現(xiàn)在三角形斷面形成之后，還需求出淹沒流時(shí)梯形與三角形斷面分界點(diǎn)，此時(shí)可得出或由于因此由上面兩式聯(lián)立求解，即為淹沒流時(shí)三角形斷面剛形成時(shí)的落差。4.4.2、求ZB和ZCV1＝V2時(shí)，Q=61.2m3/s＝0.6mV2＝V3時(shí)，Q=33.ZB＝＝1.81V1＝V3時(shí)，Q=50.17m3Zc==1.4.4.3、求,,由三曲線關(guān)系可知V1＝計(jì)算：=3.15m/s計(jì)算：=3.83m/s計(jì)算：=0由上圖4-5可以知道，>，截流的過程中流態(tài)斷面的變化為梯形斷面淹沒流梯形斷面非淹沒流三角形斷面非淹沒流。龍口最大流速Vmax出現(xiàn)在三角形斷面剛形成時(shí)，此時(shí)龍口寬度為：＝5.63m4.5確定拋投粒徑及塊石分區(qū)由上述可以知道，=1.81，=3.83又確定粒徑所用的公式為：—《施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》式中：—石塊極限抗沖流速，—石塊化為球形時(shí)的粒徑，—石塊容重〔取2.4×9.81×103KN/m3〕—水容重〔取9.81×103KN/m3〕—綜合穩(wěn)定系數(shù)，這里取0.9則最大粒徑d=0.813截流拋投材料選擇應(yīng)遵循以下原則：預(yù)進(jìn)占段填筑料宜利用開挖渣料和當(dāng)?shù)靥烊涣淆埧诙螔佂兜拇笫瘔K、鋼筋石籠或混凝土四面體等材料數(shù)量應(yīng)考慮一定備用，備用系數(shù)宜取1.2~1.3截