水利計(jì)算公式

1、河床穩(wěn)定計(jì)算及河相分析1.1.河床穩(wěn)定計(jì)算河床穩(wěn)定指標(biāo)可采用橫向穩(wěn)定指標(biāo)、縱向穩(wěn)定指標(biāo)及綜合穩(wěn)定指標(biāo)3種形式分析，以確定河道特性。1.1.1. 河道橫向穩(wěn)定分析河道橫向穩(wěn)定系數(shù)按下式計(jì)算：Q.5?,?=J2B式中：?黃向穩(wěn)定系數(shù)；Q造床流量，m3/s;J河床比降；B相當(dāng)于造床流量的平攤河寬，m。1.1.2. 河道縱向穩(wěn)定分析水流對(duì)河床泥沙的拖曳力與床面泥沙抵抗運(yùn)動(dòng)的摩阻力之間的相互作用，決定河床的縱向穩(wěn)定性。根據(jù)黃河水利出版社出版治河及泥沙工程中河道縱向穩(wěn)定系數(shù)采用愛(ài)因斯坦水流強(qiáng)度函數(shù)按下式計(jì)算：?=?式中：?縱向穩(wěn)定系數(shù)；D床沙平均粒徑，mm;J河床縱比降；H河流平攤水深，m。1.1.3.

2、綜合穩(wěn)定指標(biāo)綜合穩(wěn)定指標(biāo)是綜合考慮河床的縱、橫向穩(wěn)定性。建議采用的公式為（。2*h1.2. 河床演變分析與河相關(guān)系調(diào)查工程區(qū)河道歷史主流及河道變遷，分析工程區(qū)河道形態(tài)。共分為蜿蜒型河道、游蕩型河道兩種形式。蜿蜒型河段一般凹岸崩退，凸岸淤長(zhǎng)，凹岸深槽和過(guò)渡段淺灘在年內(nèi)發(fā)生互相交替的沖淤變化。游蕩型河道的河岸及河床抗沖性較差，從長(zhǎng)距離來(lái)看河道往往呈藕節(jié)狀，其中窄段水流歸順，有控制河勢(shì)的作用，寬段則河床寬淺，洲灘密布，漢道交織，水流散亂，主流遷徙不定。河道的平面狀態(tài)可用“寬、淺、散、舌L”四個(gè)字概括。在水流長(zhǎng)期作用下形成的河床，其形態(tài)有一定的規(guī)律，大量資料表明，表征河床形態(tài)的水深、河寬、比降等，與來(lái)

3、水來(lái)沙條件及河床地質(zhì)條件之間，有一定函數(shù)關(guān)系，這種關(guān)系便稱(chēng)為河相關(guān)系。根據(jù)俄羅斯國(guó)立水文所提出公式，河道橫斷面河相關(guān)系公式為：.BH式中：E河相相關(guān)系數(shù)；B造床流量下的水面寬（m）;H造床流量下的平均水深（m）;（蜿蜒型河道匚約為24，較為順直的過(guò)渡性河段約為812，游蕩型河道約為2030）護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.護(hù)岸頂高程確定根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50286-2013）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)堤防規(guī)范）要求，堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加超高值確定。堤頂超高按下式計(jì)算:?=?+?+?式中：Y堤頂超高（m）;R設(shè)計(jì)波浪爬高（m）;e設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度（m）;A安全加高（m）。a）當(dāng)斜坡坡率m1.55.QH/LX.02

4、5時(shí)，設(shè)計(jì)波浪爬高r可按下式計(jì)算：Rp=KW.HL,1m2?=cot?式中：Rp為累積頻率為P的波浪爬高（m）;K為斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，mV1.0時(shí)，砌石護(hù)面取1.0；Kv為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)風(fēng)速V（m/s）、堤前水深d（m）、重力加速度g（m/s2）組成的無(wú)維量V/Jgd確定；Kp為爬高累積頻率換算系數(shù)，對(duì)不允許越浪的堤防，爬高累積頻率取2%;m斜坡坡率；H堤前波浪的平均波高（m）；L堤前波浪的平均波長(zhǎng)（m）;a斜坡坡腳。有關(guān)風(fēng)浪的要素按堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定計(jì)算；b）設(shè)計(jì)風(fēng)雍增水高度e按下式計(jì)算：kv2fe=cos2gd式中：e計(jì)算點(diǎn)的風(fēng)壅水面高度（m）；K綜合摩阻系數(shù)，取K=3.

5、6X10-6;V設(shè)計(jì)風(fēng)速，按計(jì)算波浪的風(fēng)速確定；F由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離（m）;D水域的平均水深（m）;3-一風(fēng)向與垂直于堤軸線(xiàn)的法線(xiàn)的夾角（）。c）安全加高的選取安全加高A查堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB502862013）表3.2.1,5級(jí)堤防按不允許越浪考慮安全加高為0.5m。1.2. 護(hù)坡厚度的確定C20混凝土護(hù)面的防護(hù)厚度采用下面公式計(jì)算：?Z?V一X的-?式中：t混凝土護(hù)面厚度（m）t系數(shù)，對(duì)開(kāi)縫混凝土板可取0.075,（現(xiàn)澆混凝土板每10m設(shè)一道伸縮縫）；對(duì)上部為開(kāi)縫板、下部為閉縫板可取0.10。H計(jì)算波浪高（m），取Hi%。查表并計(jì)算得H=0.25m；rb混凝土板的重度（kN/m

6、3），取24kN/m3;r水的重度，取10kN/m3；L波長(zhǎng)（m）,L平均=3.46m；B沿斜坡方向的護(hù)面板長(zhǎng)度（m）;m斜坡坡率，m=2.0。經(jīng)計(jì)算，t=0.12m。工程區(qū)治理河段護(hù)岸考慮了磨損年限、凍融循環(huán)、抗腐蝕耐久性等綜合因素，并參考當(dāng)?shù)匾呀ㄗo(hù)岸工程經(jīng)驗(yàn)，采用C20磔預(yù)制皎接式生態(tài)護(hù)坡厚度采用0.12m。1.3. 坡腳確定通過(guò)計(jì)算局部沖刷深度來(lái)確定具體的防沖護(hù)砌范圍，除河床基巖出露的河段外，其它河段護(hù)岸的護(hù)腳局部沖刷深度計(jì)算采用堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50286-2013）中平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式，按設(shè)計(jì)洪水位進(jìn)行局部沖刷深度計(jì)算。nUCP沖刷深度UchsHo式中：hs局部沖刷深度（m

7、）;Ho沖刷處的水深（m）;Ucp近岸垂線(xiàn)平均流速（m/s）;Uc泥沙的啟動(dòng)流速（m/s）;粘性與沙質(zhì)河床采用張瑞瑾公式計(jì)算，卵石河床采用長(zhǎng)江科學(xué)院公式計(jì)算；n與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，本次取n=1/4。10+?）張瑞瑾公式：?=（弟）Vl7.6?5o+0.000000605?o?長(zhǎng)江科學(xué)院公式:長(zhǎng)江科學(xué)院的起動(dòng)公式計(jì)算粉?）1?7?=1.08V?（?。）式中:d50河床的中值粒徑（m）;H0行進(jìn)水流水深（m）;rs,r分別為泥沙與水的重度（KN/m3）,g為重力加速度（m/s2）,Ucp的計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：2?=?二c1+?式中：U行近流速（m/s）;門(mén)流流速分配不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流

8、向與岸坡交角a角查表。表水流流速不均勻系數(shù)表a?式中：K0抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；Mv抗傾覆力矩（kN.w）;Mh傾覆力矩（kN.m）。擋土墻地基應(yīng)力驗(yàn)算esseE?E?,?.?k-?一豆切式中：amax.min基底的最大和最小壓應(yīng)力（kPa）；&垂直荷載（KN）;A底板面積（m2）；虱一一荷載對(duì)底板形心軸的力矩（kN.m）;X底板的截面系數(shù)（m3）。2.5.護(hù)坡的穩(wěn)定計(jì)算護(hù)坡的穩(wěn)定計(jì)算包括整體穩(wěn)定和邊坡內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算兩種情況。2.5.1. 整體穩(wěn)定計(jì)算由于蒲河河床基巖出露較高，基礎(chǔ)腳槽均布置在岸坡基巖的弱風(fēng)化層上限，不會(huì)發(fā)生沿護(hù)坡底面的滑動(dòng)。護(hù)岸及岸坡基礎(chǔ)土的滑動(dòng)根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB5028

9、6-2013）附錄F公式F.0.3-1瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式為：E（?土？?？?-?+?=E（?土？?？?4?式中：W土條重量（kN）;Q、V水平和垂直地震慣性力（kN）;u作用于土條底面的空隙壓力（kN/m2）;0一塊重力線(xiàn)與通過(guò)此條塊地面中點(diǎn)的半徑之間的夾角（）;b土條寬度（m）;c、一條底面有效凝聚力（kN/m2）和有效內(nèi)摩擦角（）;Mc水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩（kN.m）。R圓弧半徑（m）;用理正巖土計(jì)算系列軟件中邊坡穩(wěn)定計(jì)算程序?qū)τ孢吰碌目够€(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，K=1.8251.25滿(mǎn)足規(guī)范要求，護(hù)坡穩(wěn)定。2.5.2. 邊坡內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算一般不穩(wěn)定破壞發(fā)生在枯水期，護(hù)坡體和岸坡是

10、兩種不同抗剪強(qiáng)度的材料，水位較低時(shí),往往沿抗剪強(qiáng)度較低的接觸面向下滑動(dòng)，計(jì)算時(shí)假定滑動(dòng)面經(jīng)過(guò)坡前水位和坡岸滑動(dòng)裂面的交點(diǎn)，全滑動(dòng)面為abc折線(xiàn)，折點(diǎn)b以上的護(hù)坡體產(chǎn)生滑動(dòng)力，依靠下部護(hù)坡體的內(nèi)部摩擦阻力平衡。計(jì)算如下：維持極限平衡所需的護(hù)坡體內(nèi)部摩擦系數(shù)f2值按下列公式計(jì)算：?22?-?+?=0?八?（?2-?1）.V1+?1”？?2?2/?2-?1?2?2+?1）?=V1+?2+?vi+?2vi+?2”？?21+?1?2?=?vi+?2=-式中：m1折點(diǎn)b以上護(hù)坡內(nèi)坡的坡率，取1.5;m2折點(diǎn)b以下護(hù)坡內(nèi)坡的坡率，取2.0;n=fl/f2；fl護(hù)坡和基土之間的摩擦系數(shù)取0.65;f2維持極限

11、平衡所需的護(hù)坡體內(nèi)部摩擦系數(shù)；W1,W2護(hù)坡體質(zhì)量。護(hù)坡穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算：?=?/?式中:（）護(hù)坡體內(nèi)摩擦角，取45。當(dāng)m=1.5時(shí)，經(jīng)試算得f2=0.6,則斜坡式護(hù)岸穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.661.20，滿(mǎn)足規(guī)范要求，當(dāng)m1.5時(shí)，經(jīng)試算，則坡式護(hù)岸穩(wěn)定安全系數(shù)K1.2不滿(mǎn)足規(guī)范要求，因此護(hù)岸坡比不陡于1.5滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。圖5.4-8固濱籠擋土墻受力簡(jiǎn)圖經(jīng)分析，在建成未運(yùn)行條件下，擋土墻處于最不利狀況，據(jù)此分析擋土墻的抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定及地基承載力。計(jì)算成果見(jiàn)下表。擋墻類(lèi)別抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K0地基承載力（Mpa）設(shè)計(jì)值允許值設(shè)計(jì)值允許值PmaxPmin重力式1.613

12、1.252.1231.500.3630.092表5.4-3擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果（完建情況）滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。由地從上表可知，擋墻抗滑和抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值,質(zhì)提供資料，粉砂巖承載力標(biāo)準(zhǔn)值1.01.21Mpa,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。閘壩3.1.抗滑穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式如下:?=式中:kc沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，f=0.52;Ss作用在閘室上的全部豎向荷載（kN）;a作用在閘室上全部水平向荷載（kN）。1.4. 閘室基底應(yīng)力計(jì)算根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001閘室基底應(yīng)力計(jì)算公式如下:?_E?E?.?一萬(wàn)？-?式中

13、:pmax閘室基底應(yīng)力的最大值或最小值（kPa）；全作用在閘室上的全部豎向荷載（kN）;匆作用在閘室上的全部豎向和水平向荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩（kN.m）;A閘室基底面的面積（m2）；W閘室基底面對(duì)于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3）。各閘壩在各工況下抗滑穩(wěn)定均滿(mǎn)足規(guī)范要求，壩基應(yīng)力小于地基承載力，應(yīng)力不均勻系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。橡膠壩4.1.泄洪流雖依據(jù)橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范附錄A橡膠壩泄洪能力計(jì)算,QmB2gh3/2式中：Q一過(guò)壩流量，m3/s;B一溢流斷面的平均寬度，m；bb計(jì)入行進(jìn)流速水頭的寬堰頂水頭，m；m一流量系數(shù)；一淹沒(méi)系數(shù)，可取寬頂堰的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取=1;一堰流側(cè)

14、收縮系數(shù)，與邊界條件無(wú)關(guān)，取=1。m=0.360.45。1.5. 按照規(guī)范規(guī)定，壩袋沖脹時(shí)，可視為曲線(xiàn)型實(shí)用堰，流量系數(shù)壩下游河道水深計(jì)算壩下游河道水深按下式推算：12?=一?式中：Q壩泄流能力，m3/s;n河槽糙率系數(shù)，選用n=0.035;A河槽過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA;R水力半徑；J河道洪水比降。4.3.底流消能計(jì)算底流消能采用矩形斷面等寬消力池，采用SL265-2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范和水工計(jì)算手冊(cè)中有關(guān)底流消能的公式進(jìn)行計(jì)算。消力池深度計(jì)算，.一hchsZhchc28g2ghF1Tohc22q2g2hs2，22ghc式中:d消力池深度（m）;b0冰躍淹沒(méi)系數(shù)，可采用1.051.10;hc”成后水深（m）;hc收縮水深（m）;aT流動(dòng)能校正系數(shù)，可采用1.01.05;q一消力池單寬流量(m2/s)T0由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能(m);Z出池落差(m