附錄一泄水建筑物水力設(shè)計計算公式

1、附錄一 泄水建筑物水力設(shè)計計算公式 一、堰面曲線 1.開敞式溢流孔的堰面曲線。采用冪曲線時按下式和附表1計算。 (附1)式中 Hs為定型設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭Hzmax的75%95%計算(m)，其它符號見附圖1，數(shù)值見附表1。附表1上游壩面坡度kn垂直(30)2.0001.850311.9361.836 原點上游宜用橢圓曲線，其方程式為式中 aHs和bHs分別為橢圓曲線的長軸和短軸。 若上游面垂直，其長軸aHs和短軸bHs可按以下關(guān)系選定：附圖1 采用倒懸堰頂時(如附圖1)，應(yīng)滿足。 定型設(shè)計水頭選擇及堰頂可能出現(xiàn)的最大負壓值參照附表2。 定型設(shè)計水頭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；或閘門全開時仍屬孔口泄流，即可按下式計算： (附2)式中 Hs定型設(shè)計水頭，一般取孔口中心線至水庫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)有檢修閘門槽時取j=0.95。 其余符號參照附圖2。附圖2 原點上游可用單圓，復(fù)式圓或橢圓曲線，與胸墻底緣通盤考慮。 若時，應(yīng)通過試驗決定。附表2Hs/Hzmax0.750.7750.800.825最大負壓值(m)0.5Hs0.45Hs0.4Hs0.35HsHs/ H

3、zmax0.850.8750.900.951.0最大負壓值(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算公式 1.開敞式溢流孔的泄水能力可按下式計算： (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)時在定型設(shè)計水頭作用的情況下，當(P為堰高，m)時，取mz=m=0.470.49；當時，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)時可

4、取=0.900.95； 淹沒系數(shù)，視泄流的淹沒程度而定，不淹沒時=1。 2.孔口泄流按下式計算： (附4)式中 Ak出口處的面積，m2； Hz自由泄流時為孔口中心處的作用水頭，m；淹沒泄流時為上下游水位差； m孔口或管道的流量系數(shù)，初設(shè)時對設(shè)有胸墻的堰頂高孔，當(D為孔口高，m)時取m=0.740.82；對深孔取m=0.830.93；當為有壓流時，m值必須計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，即(H0為水庫水位至坎頂?shù)穆洳?，m)； 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，作為計算沖坑進一步發(fā)展時，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)，堅硬完整的基巖a=0.91.2；堅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、護坦消力池長度計算公式 1.福氏數(shù)，當Fr4.5，護坦上不設(shè)鋪助消能工時： (附7)式中 Lc護坦消力池長度，m

6、；、躍前、躍后共軛水深，m。 2.當Fr4.5，池首斷面平均流速大于1618m/s，護坦上可設(shè)梳流坎及尾坎，但不宜設(shè)消力墩時： (附8) 3.當Fr4.5，池首斷面平均流速小于1618m/s，護坦上可設(shè)梳流坎、消力墩及尾坎時： (附9) 五、空蝕指數(shù)估算公式 (附10)式中 空蝕指數(shù)，無量綱； hd計算斷面處的時均動水壓力水頭(水柱高，m)； hq大氣壓力水頭(水柱高，m)，對于不同高程按估算，即相對于海平面每增加高度900m，較標準大氣壓力水頭降低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計算斷面處的流速水頭(水柱高，m)。 六、波動及摻氣水深估算公式(適用于溢流壩面) (附11)式中 h不計入波動及摻氣的水深，m； hb計入波動及摻氣的水深，m； v不計入波動及摻氣的計算斷面上平均流速，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，當流速大于20m/s時，宜采用較大值。 七、護坦、鼻坎上脈動壓力估算公式 (附12)式中 Pm脈動壓力，沿法線方向作用于建筑物表面，t/m2； 水的容重，t/m3； am脈動壓力系數(shù)，根據(jù)水流緩急程度分別取0.050.10。 八、護坦上消力墩所受沖擊力

8、計算 護坦上如設(shè)有消力墩(包括梳流坎及尾坎)時，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 荷載計算公式 一、垂直作用于壩體表面的靜水壓力 (附14)式中 H計算點的水深，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，。 當缺乏資料時可按下式計算： (附16) 三、浪壓力 1.浪高、波長可按官廳水庫公式計算(

9、適用于山區(qū)峽谷水庫庫緣地勢高峻，風速416m/s，吹程113公里)。 (附17) (附18)式中 2hl浪高，m； 2Ll波長，m； 計算風速，m/s； Df吹程，由壩前沿水面至對岸的最大直線距離，km。 2.浪壓力計算： (1)壩前水深H1滿足HljH1Ll時，鉛直壩面上的浪壓力Pl，可按照立波概念，用下式計算： (附19)式中 h0波浪中心線至水庫靜水位的高度，可按下式計算： (附20) Pl壩基面的浪壓力剩余強度，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靜水位上下各近似作直線分布，見附圖4a。附圖4 (2)壩前水深H1Ll時，

10、在距水庫靜水位深Ll以下各點的浪壓力可以忽略，鉛直壩面的浪壓力可按下式計算： (附23) 浪壓力的分布見附圖4b。 四、冰壓力 1.靜冰壓力，按附表5數(shù)值計算： 在確定開始升溫時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.動冰壓力： (1)冰塊撞擊在壩面上所產(chǎn)生的壓力。當冰的運動方向垂直或接近垂直于鉛直壩面時(運動方向與壩軸線

11、的交角j=8090)，動冰壓力值Pbd可按下式計算： (附24)式中 kb系數(shù)，決定于流冰的抗碎強度Rb值(當Rb=100t/m2，kb=4.3；Rb=50t/m2，Rb=3.0；Rb=30t/m2，kb=2.36)； 冰塊流速，對于大水庫應(yīng)該通過研究決定，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冰壓力，可按下式計算： (附25)式中 Rb冰的抗碎強度，當無試驗資料時，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)，對于半圓形閘墩，采用m=0.9；對三角形閘