畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)二

PAGEPAGE19**********************************************************************（二）無(wú)壓隧洞設(shè)計(jì)計(jì)算**********************************************************************計(jì)算采用自購(gòu)北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所的《理正巖土計(jì)算5.1版》進(jìn)行計(jì)算[隧洞縱斷面簡(jiǎn)圖]注：閘室段水頭已在有壓段內(nèi)計(jì)算。[計(jì)算條件][基本參數(shù)]水工隧洞中的水流流態(tài):無(wú)壓流無(wú)壓流計(jì)算目標(biāo):設(shè)計(jì)斷面尺寸無(wú)壓隧洞類(lèi)型:短洞無(wú)壓流的流量系數(shù):0.340設(shè)計(jì)流量:4.000(m3/s)上游水位:1322.230(m)進(jìn)口底板高程:1320.600(m)流速分布系數(shù):1.000是否驗(yàn)證長(zhǎng)短洞:驗(yàn)算緩坡隧洞洞長(zhǎng)與進(jìn)口水深的關(guān)系系數(shù):65.000陡坡隧洞洞長(zhǎng)與進(jìn)口水深的關(guān)系系數(shù):4.000隧洞襯砌的粗糙系數(shù):0.01400是否驗(yàn)證空間余幅:驗(yàn)算隧洞最小空間余幅:0.200(m)隧洞長(zhǎng)度:72.441(m)隧洞坡度:0.040隧洞斷面類(lèi)型:拱形拱形斷面高寬比:1.500拱形斷面中心角:120.0(度)[計(jì)算過(guò)程]1、無(wú)壓流的流量系數(shù)。流量系數(shù)為：0.340。2、計(jì)算洞前水深。隧洞前水深為：1.630(m)。3、試算法求解斷面。假定高度臨界水深計(jì)算寬度計(jì)算流量流量差(m)(m)(m)(m3/s)(m3/s)10.0000.3336.66720.88316.8835.0000.5283.33310.4426.4422.5000.8381.6675.2211.2211.2501.1690.8162.5561.4441.8751.0141.2503.9160.0842.1880.9151.4584.5680.5682.0310.9621.3544.2420.2421.9530.9871.3024.0790.0791.9141.0001.2763.9970.003拱形無(wú)壓隧洞斷面的高度為：1.914m。對(duì)應(yīng)的寬度為：1.276m。4、驗(yàn)算水流流態(tài)。進(jìn)口水深為：1.630m。隧洞高度為：1.914m。因?yàn)椋?.630m＜1.1*1.914m=2.105m，滿(mǎn)足無(wú)壓流態(tài)。5、驗(yàn)算長(zhǎng)短洞。相對(duì)于臨界水深的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e為：1.277(m2)。相對(duì)于臨界水深的濕周為：3.277(m)。相對(duì)于臨界水深的水力半徑為：0.390。相對(duì)于臨界水深的謝才系數(shù)為：61.04320。相對(duì)于臨界水深的水面寬為：1.276(m)。隧洞的臨界坡度為：0.006754。因?yàn)樗矶吹膶?shí)際坡度為：0.040，所以隧洞為陡坡。陡坡隧洞的判別標(biāo)準(zhǔn)是：隧洞長(zhǎng)度L≥4.000h1（進(jìn)口水深）時(shí)均按短洞計(jì)算。因?yàn)樗矶撮L(zhǎng)度72.441≥4.000*1.630（進(jìn)口水深），所以隧洞是短洞。6、驗(yàn)算隧洞余幅。正常水深為：0.508(m)。臨界水深為：1.000(m)。按正常水深和臨界水深中的大值驗(yàn)算隧洞余幅。因?yàn)榕R界水深大于正常水深，所以按臨界水深驗(yàn)算。隧洞高度1.914≥1.000+0.200=1.200。滿(mǎn)足余幅要求。經(jīng)水頭損失和工程量計(jì)算比較，及施工要求。根據(jù)SL279-2002《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，該有壓隧洞洞徑采用1.3m×2.0m二隧洞過(guò)流能力計(jì)算1、采用計(jì)算式中：μ——為流量系數(shù)，按下式計(jì)算：式中：ω——為隧洞出口斷面面積；ξi——為某一局部能量損失系數(shù)，與之相應(yīng)的流速所在的斷面為ωi(指根號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)中的ωi)；li——為隧洞某一段的長(zhǎng)度，與之相應(yīng)的斷面面積、水力半徑和舍齊系數(shù)分別為ωi(指根號(hào)內(nèi)第三項(xiàng)中的ωi)、Ｒi、Ｃi；T0——為上游水面與隧洞出口底板高程差Ｔ及上游行近流速水頭之和，一般可認(rèn)為T(mén)o≈T；hp——為隧洞出口斷面水流的平均單位勢(shì)能，hp＝0.5a＋P/γ；當(dāng)淹沒(méi)出流時(shí)，hp等于下游水深hsa——為出口斷面洞高；P/γ——為出口斷面平均單位壓能，當(dāng)自由出流時(shí)，P/γ一般小于0.5a。2、和計(jì)算式中：H——為由有壓短管出口的閘孔底板高程算起的上游庫(kù)水深；b——為隧洞進(jìn)口閘孔底寬；e——為閘孔高度(或開(kāi)啟高度)；hc——為閘孔后的收縮水深，hc＝εe；ε——為有壓短管出口的工作閘門(mén)或閘孔垂直收縮系數(shù)，當(dāng)有壓短管的頂部有傾斜壓板且工作閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，按附表取值；當(dāng)有壓短管的頂部無(wú)傾斜壓板時(shí)，按附表取值；μ——為有壓短管的流量系數(shù)，由下式計(jì)算：式中：φ——為流速系數(shù)，一般約為0.97；ωc——為收縮斷面面積，ωc＝εBe；ξi——為自進(jìn)口上游漸變流斷面至有壓短管出流后的收縮斷面之間的任一局部能量損失系數(shù)；ωi——為與ξi相應(yīng)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；la——為有壓短管的長(zhǎng)度；ωa、Ｒa、Ｃa——分別為有壓短管的平均過(guò)水?dāng)嗝婷娣e及相應(yīng)的水力半徑及舍齊系數(shù)。當(dāng)有壓短管的頂部沒(méi)有傾斜壓板，工作閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，μ值可由附表查取。3、兩式聯(lián)用，用EXCEL列表計(jì)算過(guò)流能力計(jì)算表表已知條件項(xiàng)目名稱(chēng)單位數(shù)值備注泄洪洞閘門(mén)孔口口尺寸r隧洞直徑m1.80斷面形式為圓形形有壓洞。L隧洞長(zhǎng)度m69.21b孔口寬度m1.30h孔口高度m1.80Hd進(jìn)口底板高程m1323.7335水力計(jì)算流態(tài)項(xiàng)目名稱(chēng)單位公式數(shù)值備注閘孔孔出流e孔口開(kāi)度m0.50H上上游水位m1325.000H0水頭mH0=H上-Hd1.27ψ流速系數(shù)0.95無(wú)坎寬頂堰x判別系數(shù)e/H00.395ε2垂直收縮系數(shù)根據(jù)x查得ε2u流量系數(shù)0.6-0.1176x0.530.1＜x＜00.6ε2ψ（1-ε2x）1/20.000平板閘門(mén)Q流量m3/sQ=ube(22gH0)1/21.72按自由出流計(jì)算算調(diào)整上游水位HH上、孔口口開(kāi)度e，得如下下結(jié)果上游水位H上me流量Qm3/s備注1348.399e=1.830.201340.00024.251335.00019.881330.00014.821325.0004.071323.7440.00上游水位H上上1348.399e=1.5流量Q25.261340.00020.331335.00016.711330.00012.051325.0003.801323.7440.00上游水位H上1348.399e=1.0流量Q16.941340.00013.681335.00011.291330.0008.241325.0002.981323.7440.00上游水位H上1348.399e=0.5流量Q8.521340.0006.901335.0005.721330.0004.221325.0001.721323.7440.00三、消能工計(jì)算算計(jì)算采用自購(gòu)北北京理正軟軟件設(shè)計(jì)研研究所的《理理正巖土計(jì)計(jì)算5.1版》進(jìn)行行計(jì)算[消力池?cái)嗝婷婧?jiǎn)圖]][計(jì)算條件][基本參數(shù)]消能工工類(lèi)型:下挖式消消力池計(jì)算目目標(biāo):設(shè)計(jì)尺寸寸上游底底部高程:13117.7002(m))下游底底部高程:13007.8990(m))消力池池首端寬度度:1.3300(mm)消力池池末端寬度度:1.3300(mm)水流的的動(dòng)能校正正系數(shù):1.0000泄水建建筑物下游游收縮斷面面處流速系系數(shù):0.9950消力池池出流流速速系數(shù):0.9950水躍淹淹沒(méi)系數(shù):1.0050是否計(jì)計(jì)算消力池池前段長(zhǎng)度度:交互消力池池前段長(zhǎng)度度:0.0000(mm)自由水水躍躍長(zhǎng)計(jì)計(jì)算系數(shù):6.9900水躍長(zhǎng)長(zhǎng)度校正系系數(shù):0.7750是否計(jì)計(jì)算消力池池底板的厚厚度:計(jì)算消力池池底板計(jì)算算系數(shù)K1:00.2000消力池池底板安全全系數(shù)K2:11.3000消力池池底板的飽飽和重度:25..000((kN/mm^3)脈動(dòng)壓壓強(qiáng)系數(shù):0.0050海漫長(zhǎng)長(zhǎng)度計(jì)算系系數(shù)Ks:110.0000河床土土質(zhì)允許不不沖流速:1.0000(mm/s)水位流流量的組數(shù)數(shù):1序號(hào)號(hào)單寬流量上游水位位下游水位位揚(yáng)壓壓力((m3/ss*m)((m)(m))(kPa))133.100013118.900213008.399011.0000[計(jì)算過(guò)程]1、判斷是否需要要建消能工工。流速水水頭公式：：α*V^22/(2**g)，V=q//T其中：：q單寬流量(m^22/s)，T上游水頭(m)，α水流動(dòng)能能校正系數(shù)數(shù)。計(jì)算收收縮斷面水水深公式：：hc^^3-T00*hc^^2+α*q^22/(2**g*φ^2)==0其中：：hc收縮斷面面水深(m)，T0消力池底底部以上的的總水頭(m)，φ流速系數(shù)數(shù)。計(jì)算躍躍后水深公公式(矩形斷面面擴(kuò)散渠槽槽自由水躍躍)：hc''=hc//2*(ssqrt((1+(88*α*q^22)/(gg*hc^^3))--1)*((b1/bb2)^00.25其中：：hc'躍后水深(m)，b1消力池首首端寬度(m)，b2消力池末末端寬度(m)。判斷水水躍型式的的條件：hc''＞ht，遠(yuǎn)離式式水躍hc''=htt，臨界水水躍hc''＜ht，淹沒(méi)式式水躍其中：：ht下游水深(m)。若發(fā)生生遠(yuǎn)離式水水躍，則需需要修建消消能工，否否則不需要要。序號(hào)單寬流量流流速水頭上游總水水頭收縮斷面面水深躍后水深((m^3//s*m))((m)(mm)(mm)(mm)13.10000..341111.35520.222122.8711下游水深水躍型式式(m)0.500遠(yuǎn)離水躍躍2、計(jì)算消力池池池深。計(jì)算消消力池出口口水面落差差ΔZ公式：ΔZ=(α*(q^^2))//(2*gg*(φ^2)**(ht^^2))--(α*(q^^2))//(2*gg*(σ0^2))*(hcc'^2)))計(jì)算消消力池深度度d公式：d=σσ0*hcc'-htt-ΔZ其中：：σ0水躍淹沒(méi)沒(méi)系數(shù)(又稱(chēng)為安安全系數(shù))。序號(hào)單寬流量總水頭收縮斷面面水深躍后水深出口斷面面落差消力池池池深(m^33/s*mm)(m)((m)(mm)(mm)(mm)13..10011..7790.22172.90022.12200.4226消力池池深度為：：0.4226(m))。3、計(jì)算池長(zhǎng)。自由水水躍躍長(zhǎng)Lj計(jì)算公式式：Lj==6.9**(hc''-hc))系數(shù)66.9可以根據(jù)據(jù)需要更改改。消力池池池長(zhǎng)計(jì)算算公式：L=LLs+β*Lj其中：：β水躍長(zhǎng)度度校正系數(shù)數(shù)。序號(hào)自由水躍躍躍長(zhǎng)水躍前消消能工長(zhǎng)度度消能工總總長(zhǎng)度(mm)((m)(m)118..52500.000013..893計(jì)算得得消能工長(zhǎng)長(zhǎng)度為：13.8893(mm)。4、計(jì)算消力池底底板厚度。采用池池深為0.4226m，池長(zhǎng)為13.8893m計(jì)算底板板厚度。滿(mǎn)足抗抗沖要求的的底板厚度度t：t=kk1*sqqrt(qq*sqrrt(ΔH))其中：：k1底板計(jì)算算系數(shù)，ΔΔH上下游水水位差(m)。滿(mǎn)足抗抗浮要求的的底板厚度度t：t=kk2*(UU-W±PPm)/γγb其中：：k2底板安全全系數(shù)；UU作用在底底板面的揚(yáng)揚(yáng)壓力(kPaa)；WW作用在底底板上的水水重(kPaa)；PPm作用在底底板上的脈脈動(dòng)壓力(kPaa)，計(jì)算底底板前半部部時(shí)取"+"號(hào)，計(jì)算算底板后半半部時(shí)取"-"號(hào)；γγb底板的飽飽和重度(kN//m^3))。序號(hào)揚(yáng)壓力水重脈動(dòng)壓力