2019水利工程施工課程設(shè)計(jì)說明書

1、2019水利工程施工課程設(shè)計(jì)說明書水利工程施工課程設(shè)計(jì)說明書前言根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃和水利工程施工教學(xué)大綱的規(guī)定，水利水電工程專業(yè)的學(xué)生有一周 水利工程施工課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)的主要目的是鞏固和掌握課堂所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生 運(yùn)用本課程的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是施工截流設(shè)計(jì)?；举Y料某工程截流設(shè)計(jì)流量 Q=4150 m3/s,相應(yīng)下游水位為39.51m,采用單俄立堵進(jìn)占，河 床底部高程30mm俄堤頂部高程是44m,俄堤端部邊坡系數(shù)n=1,龍口寬度220m,合龍中 俄堤滲透流量按如下公式計(jì)算，Qs（Z 為上下游落差，Z0為合龍閉氣前最終上下游落差），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該工程在河床在無護(hù)底 情況下的

2、截流方案。止匕外，上游水位下泄流量關(guān)系曲線見表1。截流材料為容重2.6KN/m3的花崗巖，截流俄堤兩側(cè)的邊坡為1:1.5 。截流設(shè)計(jì)是施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)重要組成部分，其設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，目前我國(guó)水利水電工 程截流多采用立堵截流，本次設(shè)計(jì)按立堵截流設(shè)計(jì)，有多種設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)分為：截流 水力計(jì)算、截流水力分區(qū)和備料量設(shè)計(jì)。截流設(shè)計(jì)流量的確定，通常按頻率法確定，也即根據(jù)已選定的截流時(shí)段，采用該時(shí)段 內(nèi)一定頻率的某種特征流量值作為設(shè)計(jì)流量。一般地，多采用截流時(shí)段5%-10%的月平均或者旬平均流量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。截流的水力計(jì)算中龍口流速的確定一般采用圖解法（詳細(xì)見水利工程施工P3942）,以下對(duì)于圖解法及圖解

3、法的量化法 -三曲線法做如下介紹。截流的水力計(jì)算圖解法拋石截流計(jì)算的主要任務(wù)是確定拋投體的尺寸和重量，而拋投塊的穩(wěn)定計(jì)算國(guó)內(nèi)外廣 泛采用的是伊茲巴什公式，即V耽水利工程施工P41(1)符號(hào)意義說明見P41合龍中截流設(shè)計(jì)流量的組成:一般情況下，截流設(shè)計(jì)流量 Q0由四部分組成Q0= Q+ Qd+ Qs+ Qac (2)式中Q龍口流量；Qd 分流量(分流建筑物中通過的流量)；Qs 俄堤滲透流量；Qac 上游河槽中的調(diào)蓄流量。如Qac Qs不計(jì)算，則有：Q0= Q+ Qd(3)龍口泄水能力計(jì)算按照寬頂堰公式計(jì)算:1.5Q 0(4)式中m流量系數(shù)當(dāng)110.3 ,為淹沒流，【口 1 110IIOZ為非淹沒

4、流，110當(dāng)B 龍口平均過水寬度梯形斷面：E E 2nI(B nllO三角形斷面：B r.IIOH0 龍口上游水頭梯形斷面：HO N上Z底三角形斷面：加7.上Z底 nllR 0.5R n其中z 龍口上下游水位差HB 俄堤高度Z底一一河道底板高程由連續(xù)方程可得龍口流速計(jì)算公式為：Q- Bh淹沒流時(shí)：h h8, hs龍口底板以上的下游水深非淹沒流時(shí)：h he, hc龍口斷面的臨界水深 即淹沒出流時(shí)：對(duì)于梯形斷面：|-|建對(duì)三角形斷面：h hs非淹沒出流時(shí)：對(duì)于梯形斷面：h henllB (UE o n對(duì)三角形斷面：he圖解法截流水力計(jì)算步驟：為繪制曲線方便，可不考慮上游河床調(diào)蓄流量和俄堤滲流量。計(jì)

5、算按照如下步驟進(jìn)行(1)繪制分流曲線Qd HR。(2)繪制龍口泄水曲線簿1；血。(3)按照?qǐng)D解法求出幾組相應(yīng)的B,11, Qg和Qd值，并繪制曲線簇。(4)判斷流態(tài)，求水深。(5)按照Q計(jì)算合龍過程中的斷面平均流速 Bh(6)列表計(jì)算截流過程中的諸水力參數(shù)，如上下游落差Z,龍口平均流速v等。確定拋投塊最大粒徑，計(jì)算出流速分區(qū)。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。在推導(dǎo)公式之前，先對(duì)計(jì)算斷面進(jìn)行假定：C C斷面為龍口流速計(jì)算斷面，并假設(shè)出現(xiàn)淹沒流時(shí)，該斷面水位與下游水位相同，若出現(xiàn)非淹沒流，C C斷面水深為臨界水

6、深。（一）龍口流速V與上下防落差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)又從淹沒流過渡到非淹沒流。下面，將龍口流速分別按 淹沒流、梯形非淹沒流以及三角形非淹沒流推導(dǎo)流速公式。）流速VI。C C斷面落差與下游落差 Z相同，則C C斷面淹沒流流速為：I2也（5）式中 一一流速系數(shù)，鼻麗飛.戈 ； Z 下游落差。2 ）梯形斷面非淹沒流2 2M 2注由于| hs Z,令yZCHH （6）ZC,則上式可寫為2Z）式中ZCC-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：口ngins -2. 521.5 3y3fl y2）2I

7、 （1 22） y211V F1 221 42式中一一C C斷面動(dòng)能修正系數(shù)。常取 =1.0 ;Q 龍口流量，按（2）式計(jì)算；俄堤端部邊坡系數(shù)其余符號(hào)同前。3 ）三角形斷面非淹沒流g2a3 （8）1 n由（5）（8）式可繪制 VZ曲線（圖一）。由（5）式可繪淹沒流 VZ線（曲線）。 由（6）和（7）式，可繪梯形斷面非淹沒流VZ線（曲線）。由（8）式可繪實(shí)際斷面非淹沒流VZ線（曲線）。顯然，曲線是一條上升曲線，曲線是一條下降曲線，曲 線是先上升而后下降。這是由于 y隨Z的增加而減小，對(duì)于矩形斷面，V;對(duì)21 2于三角形斷面，yi,隨著俄堤進(jìn)占到三角形斷面（Z增加），y將減小到1 42101 42

8、圖一最大流速出現(xiàn)規(guī)律三條曲線有三種組合方式：當(dāng)三條曲線相交于一點(diǎn)時(shí)（圖一 a）,最大流速Vmax出現(xiàn) 在三角形斷面剛形成時(shí)；當(dāng)曲線在C點(diǎn)之下時(shí)，Vmax出現(xiàn)在梯形斷面（圖一 b）；當(dāng)曲線在A點(diǎn)之上時(shí)，Vmax出現(xiàn)在三角形斷面形成之后（圖一 c）。A是曲線和曲線的交點(diǎn)；B是曲線和曲線的交點(diǎn)；C點(diǎn)為曲線和曲線的交點(diǎn)；si式中HB 護(hù)底以上俄堤高度，其余符號(hào)同前。）形斷面非淹沒流（圖二 b）H b 2nllH（io）式中b 龍口底部寬度。按下式計(jì)算:nil y2） （1 42H-2 1 Chs 2）bI （1 22 ） y2）三角形斷面淹沒流（圖二c）B眥hr 2nqiB hs 4）三角形斷面非淹沒

9、流（圖二 d）Q）（11） nV1B 2rl IIB hs Z H2 Q2 Ohcl 4220由于H d 21 決1 42422 Q2。 （12）因此 U 2nLUU hs 14 2gli2（三）Vmax出現(xiàn)位置的判斷（圖一）設(shè)曲線1和曲線2的交點(diǎn)為A,相應(yīng)的落差為ZA,曲線2和曲線3的交點(diǎn)為B,相應(yīng) 的落差為ZB,曲線1和曲線3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)。由圖一我們可以看出：（1）當(dāng)ZB ZC時(shí)，Vmax*現(xiàn)在梯形斷面，流速過程線為OAEBD OA段按V1計(jì)算，AEB按V2計(jì)算，BD段按

10、V3計(jì)算。（2）當(dāng)ZB ZC時(shí)，Vmax*現(xiàn)在三角形斷面剛形成時(shí)或三角形斷面形成之后，流速過 程線為OCD OC按V1計(jì)算，。而按V3計(jì)算，此種情況下不需計(jì)算 V2。下面來討論ZB和ZC的計(jì)算方法。 令V2 =V3,則有琥Qy2晨h涓Z）色J4 11對(duì)于三角形斷面，y代入上式可得：244 琵紈/ ns 0 3) 22g 4 n(13)式中Q為龍口流量；按(2)計(jì)算，并轉(zhuǎn)化為Z的函數(shù)，則由(13)式可求出ZB 。令V1=V3,則有：礙門)統(tǒng)工1 2n舊纜 Z (2； (14)2g 2-1 ri(14)式可求出ZC同樣，ZA可令V1=V2求出，或作曲線1和曲線2,其相交點(diǎn)可求出 ZA止匕外，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)可由圖二看出B 2nIIB (15)或 H nhsQnhs 0 hsl由于Y1 2gz因此IQ22g nhs22(15-1)由（151）式和（2）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計(jì)算步驟1 ）將已知的泄流水位關(guān)系 &廣11上（上游水位）轉(zhuǎn)化為 下（下游水位）；QdZ關(guān)系，占1上- 1|2 ）有（2）式繪龍口流量與下游落差 QZ關(guān)系曲線；3 ）和ZC（13）和（14）式計(jì)算ZB4(8)）當(dāng)重加時(shí)，由（5）（8）式計(jì)算V1、V2和V3;式計(jì)算V1和V3。5）流態(tài)由