泄水建筑物水力設(shè)計(jì)計(jì)算公式

附錄一泄水建筑物水力設(shè)計(jì)計(jì)算

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附錄一泄水建筑物水力設(shè)計(jì)計(jì)算公式—、堰面曲線開敞式溢流孔的堰面曲線。采用冪曲線時(shí)按下式和附表1計(jì)算。（附1）Xn=kHn-頃（附1）s式中H為定型設(shè)計(jì)水頭，按堰頂最大作用水頭H的75%?95%計(jì)算(m)，其它符號(hào)見附圖1,數(shù)值見附表1。 ZmaX?附表1上游壩面坡度 k n 垂直(3：0) —3：原點(diǎn)上游宜用橢圓曲線，其方程式為x2JbH-y)2一(aH)2 (bH)2s s式中aH和bH分別為橢圓曲線的長(zhǎng)軸和短軸。若上游面垂直，其長(zhǎng)軸aHs和短軸bHs可按以下關(guān)系選定:Sa=028~030a-=0.87+3ab木庫校鎮(zhèn)拱水位附圖1木庫校鎮(zhèn)拱水位附圖1采用倒懸堰頂時(shí)(如附圖1)，應(yīng)滿足d>w。定型設(shè)計(jì)水頭選擇及堰頂可能出現(xiàn)的最大負(fù)壓值參照附表2。定型設(shè)計(jì)水頭H情況下的流量系數(shù)m和其他作用水頭H情況下的流量系數(shù)m的比值參照附表3。S Z Z設(shè)有胸墻的堰面曲線。當(dāng)校核情況下最大作用水頭Hzmax(孔口中心線上)與〉15 zmaxH.5孔口高(D)的比值D時(shí)；或閘門全開時(shí)仍屬孔口泄流，即可按下式計(jì)算：X2y=知2Hs (附2)式中H——定型設(shè)計(jì)水頭，一般取孔口中心線至水庫校核洪水位的水頭的75%?95%；S?——孔口收縮斷面上的流速系數(shù)，一般取?二；若孔前設(shè)有檢修閘門槽時(shí)取?二。其余符號(hào)參照附圖2。附圖2原點(diǎn)上游可用單圓，復(fù)式圓或橢圓曲線，與胸墻底緣通盤考慮。1.2VHzmaxV1.5若D時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)決定。附表2H/Hszmax最大負(fù)壓值(m) | | __""H7"H szmax 最大負(fù)壓值(m)附表3二、泄水建筑物泄水能力計(jì)算公式1.開敞式溢流孔的泄水能力可按下式計(jì)算:（附3）Q=mscB^H3/2（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；m——流量系數(shù)，初設(shè)時(shí)在定型設(shè)計(jì)水頭作用的情況下，當(dāng)可＞3（P為堰z zPV3高，m）時(shí)，取mz二m二?；當(dāng)Hz 時(shí)，取m=?；s——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(shí)可取s二?;淹沒系數(shù)，視泄流的淹沒程度而定，不淹沒時(shí)cm=1。2.孔口泄流按下式計(jì)算:Q=卜氣、可 （附4）式中A——出口處的面積，m2；H：——自由泄流時(shí)為孔口中心處的作用水頭，m；淹沒泄流時(shí)為上下游水位差；?——孔口或管道的流量系數(shù)，初設(shè)時(shí)對(duì)設(shè)有胸墻的堰頂高孔，當(dāng)H=2.0~2.4?；D （D為孔口高，m）時(shí)取?二?；對(duì)深孔取?二?；當(dāng)為有壓流時(shí)，？?；須計(jì)算沿程及局部水頭損失后確定。三、挑流消能水舌拋距按水舌外緣計(jì)算（參照附圖3）,其估算公式如下：L=v2sin0cos0+vcos0“2sin29+2g（h+h）g1 i'i 1 2（附5）式中L——7水舌拋距，m；v1——坎頂水面流速，m/s,按鼻坎處平均流速v的倍計(jì)，即七=頃=頃勺騫町（m/s）（H°為水庫水位至坎頂?shù)穆洳?，m）；?——鼻坎的挑角，°；°h1——坎頂垂直方向水深，m,hi=hcos?（h為坎頂平均水深，m）；h1——坎頂至河床面高差，m,如沖坑已經(jīng)形成，作為計(jì)算沖坑進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，可算至坑底；?——堰面流速系數(shù)。

附圖3^一最大沖坑深度，由河床面算至坑底m最大沖坑水墊厚度按下式估算:（附6）t=aq0.5H0.25（附6）K式中tK 7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；?——沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬完整的基巖?二?；堅(jiān)硬但完整性較差的基巖?二?；軟弱破碎，裂隙發(fā)育的基巖?二?。四、護(hù)坦消力池長(zhǎng)度計(jì)算公式Fr=. 福氏數(shù)迪，當(dāng)FrN，護(hù)坦上不設(shè)鋪助消能工時(shí):（附7）匕=6（h”—h，）（附7）式中Lc——護(hù)坦消力池長(zhǎng)度，m；h、h〃——躍前、躍后共軸水深，m。當(dāng)Fr＞，池首斷面平均流速v'大于16?18m/s,護(hù)坦上可設(shè)梳流坎及尾坎，但不宜設(shè)消力墩時(shí)：L=（32~4.3）h （附8）當(dāng)Fr＞，池首斷面平均流速v'小于16?18m/s,護(hù)坦上可設(shè)梳流坎、消力墩及尾坎時(shí):L=（2.3?2.8）h〃 （附9）五、空蝕指數(shù)估算公式h+h—hk v2/2g （附10）式中°k——空蝕指數(shù)，無量綱;hd——計(jì)算斷面處的時(shí)均動(dòng)水壓力水頭（水柱高，m）；Vhq——大氣壓力水頭（水柱高，m），對(duì)于不同高程按900估算，即相對(duì)于海平面每增加高度900m，較標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力水頭降低1m水柱，V為海平面以上高度；hv——水的汽化壓力水頭（水柱高，m）；對(duì)于不同水溫可參照附表4數(shù)值采用；附表4水溫（°C）05101520253040hv（水柱高,m）v2/2g——計(jì)算斷面處的流速水頭（水柱高，m）。六、 波動(dòng)及摻氣水深估算公式（適用于溢流壩面）h=1+爻hbI100J （附11）式中 h——不計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深，m；h——計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深，m；v——不計(jì)入波動(dòng)及摻氣的計(jì)算斷面上平均流速，m/s；°——修正系數(shù)，一般為?，視流速和斷面收縮情況而定，當(dāng)流速大于20m/s時(shí)，宜采用較大值。七、 護(hù)坦、鼻坎上脈動(dòng)壓力估算公式（附12）式中Pm——脈動(dòng)壓力，沿法線方向作用于建筑物表面，t/m2；Y 7水的容重，t/m3；a——脈動(dòng)壓力系數(shù)，根據(jù)水流緩急程度分別取?。八「護(hù)坦上消力墩所受沖擊力計(jì)算護(hù)坦上如設(shè)有消力墩（包括梳流坎及尾坎）時(shí)，其所受沖擊力P,可按下式估Pp'2gV2A （附13）式中P——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；k：——阻力系數(shù)，視墩、坎形狀及流速大小，取匕二?。?附錄二荷載計(jì)算公式一、垂直作用于壩體表面的靜水壓力（附14）式中H——計(jì)算點(diǎn)的水深，m；丫——水（或含泥沙水）的容重，t/m3。二、水平泥沙壓力丫*g（附14）式中H——計(jì)算點(diǎn)的水深，m；丫——水（或含泥沙水）的容重，t/m3。二、水平泥沙壓力丫*g2（45。一％）（附15）式中7n=1—（1—n）y,y1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；甲n——泥沙的內(nèi)摩擦角，°。當(dāng)缺乏資料時(shí)可按下式計(jì)算：h2P=—nn4 （附16）三、浪壓力1.浪高、波長(zhǎng)可按官廳水庫公式計(jì)算（適用于山區(qū)峽谷水庫庫緣地勢(shì)高峻，風(fēng)速4?16m/s，吹程1?13公里）。5 12h=0.0166v4D3i ff（附17）2氣=10.4（2?）0.8式中2氣——浪高，m；2J 波長(zhǎng)，m；（附18）vf 計(jì)算風(fēng)速，m/s；D——吹程，由壩前沿水面至對(duì)岸的最大直線距離，km。2.浪壓力計(jì)算：（1）壩前水深H滿足q.VHVj時(shí)，鉛直壩面上的浪壓力？］，可按照立波概念，用下式計(jì)算：1j1 ' 1（H+2h+h）（H+P）/2P=y—1 1 o 1 ——y―1-i 2 2（附19）式中ho——波浪中心線至水庫靜水位的高度，可按下式計(jì)算:,4兀h2八兀Hh= 「cth—ii iPj——壩基面的浪壓力剩余強(qiáng)度，其值為：（附20）(附21)P=2hsech—(附21)i七乃使波浪破碎的臨界水深，其值為:Hii(3Hii(3?5)hI(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H>L時(shí)，在距水庫靜水位深L以下各點(diǎn)的浪壓力可以忽略，鉛TOC\o"1-5"\h\z1l l直壩面的浪壓力可按下式計(jì)算：(L+2h+h)L 1(附23)P=y—i 1 0—i-7—(L)(附23)i 2 2i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(jì)算：在確定開始升溫時(shí)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(zhǎng)度壩體的靜冰壓力(t/m)。附表5靜冰壓力表最低溫度(°C)-40-35—30?一25—25—20—15—10氣溫上升率(C/h)靜冰壓力(t/m2)28?4025?3523?3020?2815?2213?1812?142.動(dòng)冰壓力：(1)冰塊撞擊在壩面上所產(chǎn)生的壓力。當(dāng)冰的運(yùn)動(dòng)方向垂直或接近垂直于鉛直壩面時(shí)(運(yùn)動(dòng)方向與壩軸線的交角?二80。?90。)，動(dòng)冰壓力值Pbd可按下式計(jì)算：P=kvd.聲(t) (附24)bdbbbvb (附24)式中k——系數(shù)，決定于流冰的抗碎強(qiáng)度R值(當(dāng)R=100t/m2,k=；R=50t/m2,b b b bbRb=；Rb=30t/m2,匕二；vb——冰塊流速，對(duì)于大水庫應(yīng)該通過研究決定，一般不大于s；d——冰塊厚度，m；A：——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(dòng)冰壓力P；d，可按下式計(jì)算：P'=mRBd（t）

bdbb（附25）式中Rb——冰的抗碎強(qiáng)度，當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)，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一與閘墩平面形狀有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于半圓形閘墩，采用m二；對(duì)三角形閘墩根據(jù)其平面上的頂端角度2a按附表6采用。2a