水利水电工程施工课程设计.pdf

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1、水利工程施工课程设计计算说明书 一、基本资料 大渡河上某水电工程采用单戗立堵进占，河床的剖面图见图1。戗堤处水位 流量关系 见表 1 和图 2。戗堤端部边坡系数 1n ，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5。截流材料采用当地 的中粒黑云二长花岗岩，容重为26KN/m 3。该工程采用左右岸各布置一条导流洞导流，左、 右导流隧洞联合泄流的上游水位和泄流流量关系见表2 和图 3。 图 1：河床剖面图 表 1 坝址处天然水位流量关系 流 量（ m3/s） 2503174105001000 水位（ m）952.15952.71953.48954.00955.87 20030040050060070080090

2、01000 952 952.5 953 953.5 954 954.5 955 955.5 956 流 量 m 3/s 水 位 ( m ) 坝 址 处 天 然 水 位 -流 量 关 系 水 位 -流 量 图 2：坝址处天然水位流量关系曲线 表 2 上游水位 导流隧洞泄流量关系 泄流流量（ m3/s）0150 300 410 800 1400 上游水位（ m）953.00955.40 957.03 958.00 960.66 964.12 作图如下 0200400600800100012001400 952 954 956 958 960 962 964 966 泄 流 流 量 m3/s 上 游

3、 水 位 ( m ) 上 游 水 位 导 流 隧 洞 泄 流 量 关 系 水 位 -流 量 图 3：上游水位 导流隧洞泄流量关系曲线 每位同学按不同的设计流量进行无护底情况下截流水力计算，并确定相应的截流设计方 案。按以下公式确定截流设计流量 3 (3002/)Qms学号的最后两位，计算时不考虑 戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。 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，目前我国水利水电工 程截流多采用立堵截流，本次设计按立堵截流设计，有多种设计方法。其设计分为：截流水 力计算、截流水力分区和备料量设计。 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

4、一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用截流时段5%10的月平均 或者旬平均流量作为设计标准。 截流的水力计算中龙口流速的确定一般采用图解法（详细见水利工程施工 P3942） ， 以下对于图解法及图解法的量化法，三曲线法做如下介绍。 二、截流的水力计算 1、计算下游水位 下 H、戗堤高度 B H、戗堤水深 0 H 由 3 0 30028316/Qms， 根 据 戗 堤 处 水 位 流 量 关 系 曲 线 ， 由 内 插 法 可 知 ， 953.28下Hm; 安全超高1.0m 由QQ0 ,957.79 上 Hm，1.08 上底 B HHmHm； 0 2.28 下底 HZHmHZ. 2

5、、根据已知的泄流量 d Q与上游水位上H关系绘制 d QZ曲线 3 (/ ) d mQs泄流量 150.00 300.00 410.00 800.00 1400.00 ()Hm 上 上游水位 955.40 957.03 958.00 960.66 964.12 ()Z m上下游落差2.12 3.75 4.72 7.38 10.84 作图如下 234567891011 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 上 下 游 落 差 (m) 泄 流 流 量 m 3 / s 上 下 游 落 差 -泄 流 量 落 差 -流 量 图 4：龙口泄水曲线ZQ 由龙口泄水能力计算按照宽顶

6、堰公式计算： 1.5 0 2QmBgH 式中m流量系数 当 0 1 3 Z H ，为淹没流， 00 1 ZZ m HH 当 0 1 3 Z H ，为非淹没流，0.385m B龙口平均过水宽度 梯形断面： 0 2 B BBnHnH 三角形断面： 0 BnH 0 H龙口上游水头 梯形断面： 0 HZZ 上底 三角形断面： 0 0.5 B HZZnHBn上底 其中 Z龙口上下游水位差 B H 戗堤高度 n戗堤端部边坡系数，取1.0n Z上龙口上游水位 Z底 河道底板高程 由连续方程可得龙口流速计算公式为： Q Bh - 淹没流时： s hh 式中 sh龙口底板以上的下游水深 非淹没流时： c hh

7、式中 c h龙口断面的临界水深 I 即淹没出流时： 对于梯形断面： s hh 对三角形断面： 0.5 B s nHB hh n 。 II 非淹没出流时： 对于梯形断面： c hh 对三角形断面： 2 2 2 c Q h n g ； 以下以假设戗堤顶部B 为下列数值时为例，演算ZQB曲线的过程，河床底部无 护底。 B=40m 流量落差计算表 ()B m()Z m 0( )Hm 0 /ZH m B 3 /()Q ms 40 0.52.780.18 0.34826.78191.34 13.280.30 0.38327.28274.92 1.53.780.40 0.38527.78348.16 24.

8、280.47 0.38528.28427.03 2.54.780.52 0.38528.78512.91 35.280.57 0.38529.28605.80 3.55.780.61 0.38529.78705.71 46.280.64 0.38530.28812.65 4.56.780.66 0.38530.78926.67 57.280.69 0.38531.281047.79 5.57.780.71 0.38531.781176.07 68.280.72 0.38532.281311.56 6.58.780.74 0.38532.781454.32 B=35m 流量落差计算表 ()B m

9、()Z m 0( )Hm 0 /ZH m B 3 /()Q ms 35 0.52.780.180.3521.78155.63 13.280.300.3822.28225.15 1.53.780.400.3922.78285.66 24.280.470.3923.28351.71 2.54.780.520.3923.78424.00 35.280.570.3924.28502.56 3.55.780.610.3924.78587.45 46.280.640.3925.28678.71 4.56.780.660.3925.78776.40 57.280.690.3926.28880.58 5.57

10、.780.710.3926.78991.33 68.280.720.3927.281108.72 6.58.780.740.3927.781232.82 B=30m 流量落差计算表 ()B m()Z m 0( )Hm 0 /ZH m B 3 /()Q ms 30 0.52.780.180.3516.78119.91 13.280.300.3817.28174.62 1.53.780.400.3917.78222.96 24.280.470.3918.28276.17 2.54.780.520.3918.78334.85 35.280.570.3919.28399.08 3.55.780.610

11、.3919.78468.92 46.280.640.3920.28544.48 4.56.780.660.3920.78625.82 57.280.690.3921.28713.05 5.57.780.710.3921.78806.25 68.280.720.3922.28905.52 6.58.780.740.3922.781010.94 B=25m 流量落差计算表 ()B m()Z m 0( )Hm 0 /ZH m B 3 /()Q ms 25 0.52.780.180.3511.7884.18 13.280.300.3812.28124.10 1.53.780.400.3912.7816

12、0.27 24.280.470.3913.28200.64 2.54.780.520.3913.78245.71 35.280.570.3914.28295.59 3.55.780.610.3914.78350.40 46.280.640.3915.28410.25 4.56.780.660.3915.78475.25 57.280.690.3916.28545.52 5.57.780.710.3916.78621.17 68.280.720.3917.28702.32 0.52.780.180.3511.7884.18 B=20m 流量落差计算表 ()B m()Z m 0( )Hm 0 /Z

13、H m B 3 /()Q ms 20 0.52.78 0.18 0.35 6.78 48.45 13.28 0.30 0.38 7.28 73.58 1.53.78 0.40 0.39 7.78 97.57 24.28 0.47 0.39 8.28 125.10 2.54.78 0.52 0.39 8.78 156.56 35.28 0.57 0.39 9.28 192.10 3.55.78 0.61 0.39 9.78 231.87 46.28 0.64 0.39 10.28 276.01 4.56.78 0.66 0.39 10.78 324.68 57.28 0.69 0.39 11.2

14、8 377.99 5.57.78 0.71 0.39 11.78 436.09 68.28 0.72 0.39 12.28 499.12 6.58.78 0.74 0.39 12.78 567.18 B=16m 流量落差计算表 ()B m()Z m 0( )Hm 0 /ZHm B 3 /()Q ms 16 0.52.78 0.18 0.35 2.78 19.87 13.28 0.30 0.38 3.28 33.16 1.53.78 0.40 0.39 3.78 47.41 24.28 0.47 0.39 4.28 64.68 2.54.78 0.52 0.39 4.78 85.25 35.28

15、 0.57 0.39 5.28 109.31 3.55.78 0.61 0.39 5.78 137.05 46.28 0.64 0.39 6.28 168.63 4.56.78 0.66 0.39 6.78 204.22 57.28 0.69 0.39 7.28 243.97 5.57.78 0.71 0.39 7.78 288.03 68.28 0.72 0.39 8.28 336.55 6.58.78 0.74 0.39 8.78 389.68 B=10m 流量落差计算表 ()B m()Z m 0( )Hm 0 /ZH m B 3 /()Q ms 10 10.283.560.390.280

16、.07 1.50.781.920.390.780.92 21.281.560.391.283.17 2.51.781.400.391.787.22 32.281.320.392.2813.40 3.52.781.260.392.7822.00 43.281.220.393.2833.26 4.53.781.190.393.7847.41 54.281.170.394.2864.68 5.54.781.150.394.7885.25 65.281.140.395.28109.31 6.55.781.120.395.78137.05 B=5m 流量落差计算表 ()B m()Z m 0( )Hm 0

17、 /ZH m B 3 /()Q ms 5 3.50.28 12.44 0.39 0.28 0.07 40.78 5.12 0.39 0.78 0.92 4.51.28 3.51 0.39 1.28 3.17 51.78 2.81 0.39 1.78 7.22 5.52.28 2.41 0.39 2.28 13.40 62.78 2.16 0.39 2.78 22.00 6.53.28 1.98 0.39 3.28 33.26 作QZ曲线如下 012345678 0 500 1000 1500 上 下 游 落 差 (m) 泄 流 流 量 m 3/ s 上 下 游 落 差 -泄 流 量 10 20

18、 30 40 50 60 B=40m B=35m B=30m B=25m B=20m B=16m B=10m B=5m 图 5：QZ曲线 4、绘制 d BQQ曲线如下 图 6： d BQQ曲线 5、 由 CAD 图， 可知交点处相应的Q、 Z， 并判断流态和求水深h、 流速 v， 并作ZV、BV 图，列表如下： ()B m 3 /()Q ms ()Z m()B m()h m(/ )V m s 流态 40296.831.1527.432.294.73梯形非淹没流 35278.411.4422.722.484.93梯形非淹没流 30255.541.8118.092.735.17梯形非淹没流 252

19、23.542.2513.543.035.45梯形非淹没流 20179.902.739.013.445.81梯形非淹没流 16129.963.275.553.826.12三角形非淹没流 1040.314.156.433.191.96三角形非淹没流 53.694.476.761.230.45三角形非淹没流 作图如下 510152025303540 0 1 2 3 4 5 6 7 戗 堤 顶 部 宽 度 (m) 泄 流 量 m 3/ s 戗 堤 顶 部 宽 度 -泄 流 量 B-V 图 7：BV曲线 11.522.533.544.5 0 1 2 3 4 5 6 7 落 差 (m) 泄 流 量 m 3

20、/ s 落 差 -泄 流 量 Z-V 图 6：ZV曲线 6、由2 s Vkgd ，确定块体粒径d； 式中 V石块的极限抗冲流速； d石块化引为球形时的粒径； K综合稳定系数，取0.9； 水容重，取10. s石块容重，取 26. 具体计算如下表： ()B m()Z m(/ )V m s()d m 401.154.730.84 351.444.930.92 301.815.171.01 252.255.451.12 202.735.811.27 163.276.121.41 104.151.960.14 54.470.450.01 作图如下 510152025303540 0 0.5 1 1.5 戗 堤 顶 部 宽 度 (m) 块 体 粒 径 戗 堤 顶 部 宽 度 -块 体 粒 径 Z-d 图 6： Zd曲线 7、选择截流材料 当 B25m 时，选用5t 重大块石、大石串或钢筋石笼，为I 区； 当 16mB25m 时，选用12-15t 重混凝土四面体，为II 区； 当 B16m 时，选用mm68.0装石竹笼，为III 区。 8、截流设计方案图。 见附图。 9、截流戗堤宽度 为满足可使3 辆自卸汽车同时工作，自卸汽车宽度为3.5m 左右，安全间距1m，所以取戗 堤宽度为15m。