【非溢流壩和溢流壩的設(shè)計(jì)計(jì)算（論文）6200字】

非溢流壩和溢流壩的設(shè)計(jì)計(jì)算TOC\o"1-3"\h\u1967第一章調(diào)洪演算 調(diào)洪演算（1）放大設(shè)計(jì)以及校核洪水設(shè)計(jì)洪水放大系數(shù)： K校核洪水放大系數(shù)： K基本資料讀數(shù)繪圖（3）設(shè)計(jì)情況調(diào)洪演算試算表（4）校核情況調(diào)洪演算試算表非溢流壩設(shè)計(jì)計(jì)算2.1剖面設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1工程等級(jí)判定正常蓄水位為178m，對(duì)應(yīng)水位-庫容曲線公式為V=0.0139x因此水庫為大（1）型水庫，工程等級(jí)為1級(jí)。2.1.2壩頂高程和壩高的計(jì)算壩頂?shù)母叱虘?yīng)比校核洪水位高，壩頂?shù)纳嫌畏览藟數(shù)母叱虘?yīng)比波浪頂高程高。防浪墻頂?shù)皆O(shè)計(jì)洪水位或者校核洪水位的高度差距為Δh，按下式計(jì)算:Δh=h式中:h1%hz為靜水位低于波浪中心線的高度，m；hc運(yùn)用情況壩的級(jí)別123設(shè)計(jì)情況（基本情況）0.70.50.4校核情況（特殊情況）0.50.40.3壩為1級(jí)壩，設(shè)計(jì)情況時(shí)hc=0.7?當(dāng)水庫為正常蓄水位與設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，應(yīng)采用其相對(duì)應(yīng)季候的50年重現(xiàn)期最大風(fēng)速。處于校核洪水位時(shí)，宜采用相應(yīng)的洪水期的最大風(fēng)速的多年平均值。上文根據(jù)調(diào)洪演算已得出，設(shè)計(jì)情況洪水位為179.18m，校核情況洪水位為179.87m。①設(shè)計(jì)情況：?L=10.4②校核情況：V0=15m/s，?L=10.4壩頂高程H頂按下式計(jì)算，并選用其中較大值防浪墻頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+Δh

設(shè)=179.18取較大值，H頂=181.28m為保證壩體運(yùn)行安全，需設(shè)置高0.6m至1.5m間防浪墻，取1.0m。壩底高程等于開挖高程142.5m。壩高H=2.1.3壩頂寬度和壩底寬度的計(jì)算壩頂?shù)膶挾纫话闱闆r下取壩高的8%-10%，并且應(yīng)不小于2m。壩頂寬度=37.78×0.08~壩底寬度約為壩高的0.7-0.9倍。壩底寬度=37.78×0.7~2.2設(shè)計(jì)洪水位情況穩(wěn)定分析2.2.1基本荷載計(jì)算上游水位①自重：一般混凝土的重度為23.0?23.5kN/m3，取W=②靜水壓力： 上游水平P上游垂直W③揚(yáng)壓力：根據(jù)規(guī)范，排水處揚(yáng)壓力的折減系數(shù)α=0.3如下圖所示。U1U④波浪壓力：P⑤泥沙壓力：P?s—壩前淤沙厚度，淤沙高程152.00m；φs—淤沙的內(nèi)摩擦角，等于0ΣW=W+WΣU=ΣP=2.2.2穩(wěn)定分析本設(shè)計(jì)按單一安全系數(shù)法驗(yàn)算，計(jì)算公式如下：KKsf'c'資料中c′=0.5Mpa=500KPa；A——壩基接觸面截面積，為單寬的面積。ΣW值，kN；ΣP——作用在壩體上全部荷載對(duì)滑動(dòng)平面切向的分值，kN；K2.3校核洪水位情況穩(wěn)定分析2.3.1基本荷載計(jì)算上游水位①自重：W=②靜水壓力： 上游水平P上游垂直W③揚(yáng)壓力：④波浪壓力：Pl=⑤泥沙壓力：PsΣW=W+W1=ΣU=ΣP=2.3.2穩(wěn)定分析K2.4設(shè)計(jì)洪水位情況應(yīng)力分析2.4.1壩基面邊緣應(yīng)力分析（1）水平截面上的正應(yīng)力正應(yīng)力計(jì)算上、下游邊緣應(yīng)力σyu和σσ其中：∑W∑M—作用于計(jì)算截面以上所有荷載對(duì)壩基截面垂直水流流向形心軸的力矩總和，kN·m；B——計(jì)算截面的長(zhǎng)度，m。計(jì)算截面取壩底上下游方向的寬度，取壩底中點(diǎn)O為力矩作用的中心點(diǎn)。∑W=14901.25?①壩體自重：M②靜水壓力：M③揚(yáng)壓力：MMM④波浪壓力:M⑤泥沙壓力:M（2）剪應(yīng)力算得σyu和σyd后，就可依據(jù)邊緣微分體的平衡條件求解出上、下游邊緣剪應(yīng)力τ根據(jù)上、下游的壩面微分體，再依平衡條件可以求解出ττ式中：pu：上游面地水壓力強(qiáng)度，如若有泥沙壓力，也應(yīng)該將泥沙壓力算入其值，pn：上游壩坡坡率，n=puu：計(jì)算截面在上游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度，pdpdm為下游壩坡坡率，m=tanpud：計(jì)算截面在下游壩面處的揚(yáng)壓力強(qiáng)度，pτ（3）水平正應(yīng)力上文求得τu和τd后，可以再按平衡條件得出上、下游邊緣的水平正壓力σxu根據(jù)上、下游壩面的微分體，由平衡條件可以解出（4）主應(yīng)力由上、下游壩面的微分體，根據(jù)平衡條件可以解出壩面水壓力強(qiáng)度也是主應(yīng)力σ2.4.2壩基面內(nèi)部應(yīng)力分析在壩體內(nèi)部取單位厚度的微元體，微分體的平衡方程為：??式中γc為材料的容重，取壩基面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σ根據(jù)σy在水平截面上呈現(xiàn)直線分布趨勢(shì)的假定，可以得出距下游面x處的σσ式中系數(shù)a、當(dāng)x=0時(shí)，σy=σ當(dāng)x=B時(shí)，σy=σ由此，關(guān)系式為σy壩內(nèi)剪應(yīng)力τ將σy=6.14x+273.01τ當(dāng)x=0時(shí)，τ=τu;當(dāng)x=Babc由此，關(guān)系式為τ=17.60+壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ將τ=17.60+10.54x+σ從式中可看出沿水平截面的水平正應(yīng)力σx而實(shí)際上，σx的分布接近于直線分布，因此此文假定其呈直線分布，即σ當(dāng)x=0時(shí)，σx=σ當(dāng)x=B時(shí)，σx=σ由此，關(guān)系式為σx壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和取壩基中點(diǎn)處為計(jì)算點(diǎn)。στσσσφ2.4.3上游折坡面邊緣應(yīng)力分析水平截面上的正應(yīng)力取折坡面中點(diǎn)為彎矩計(jì)算中心。①壩體自重：W=②靜水壓力：上游水平PM③揚(yáng)壓力：UUUMMM④波浪壓力：PMW=4977.19ΣU=ΣP=剪應(yīng)力pu=9.81×21.68=pd=0(kPa)；水平正應(yīng)力σ（4）主應(yīng)力σ2.4.4上游折坡面內(nèi)部應(yīng)力分析在壩體內(nèi)部取單位厚度的微元體，微分體的平衡方程為：??式中γc為材料的容重，也取折坡面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。（1）壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σσy當(dāng)x=0時(shí)，σy=σ當(dāng)x=B時(shí)，σy=σ由此，關(guān)系式為σy（2）壩內(nèi)剪應(yīng)力τ將σy=3.70τ當(dāng)x=0時(shí)，τ=τu;當(dāng)x=Babc由此，關(guān)系式為τ=（3）壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ將τ=?38.89+25.01從式中可看出沿水平截面的水平正應(yīng)力σx而實(shí)際上，σx的分布接近于直線分布，因此此文假定其呈直線分布，即σ當(dāng)x=0時(shí)，σx=σ當(dāng)x=B時(shí)，σx=σ由此，關(guān)系式為σx（4）壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和取折坡面中點(diǎn)處為計(jì)算點(diǎn)。στσσσφ2.5校核洪水位情況應(yīng)力分析2.5.1壩基面邊緣應(yīng)力分析（1）水平截面上的正應(yīng)力∑W=①壩體自重：M②靜水壓力：M③揚(yáng)壓力：MMM④波浪壓力:M⑤泥沙壓力:M剪應(yīng)力pu=9.81×37.37+361.00=pd=0(kPa)；水平正應(yīng)力σ（4）主應(yīng)力σσσ2.5.2壩基面內(nèi)部應(yīng)力分析在壩體內(nèi)部取單位厚度的微元體，微分體的平衡方程為：??式中γc為材料的容重，也取壩基面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。（1）壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σσy當(dāng)x=0時(shí)，σy=σ當(dāng)x=B時(shí)，σy=σ由此，關(guān)系式為σy（2）壩內(nèi)剪應(yīng)力τ將σy=7.52τ當(dāng)x=0時(shí)，τ=τu;當(dāng)x=Babc由此，關(guān)系式為τ=（3）壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ將τ=22.4+σ從式中可看出沿水平截面的水平正應(yīng)力σx而實(shí)際上，σx的分布接近于直線分布，因此此文假定其呈直線分布，即σ當(dāng)x=0時(shí)，σx=σ當(dāng)x=B時(shí)，σx=σ由此，關(guān)系式為σx（4）壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和取壩基中點(diǎn)處為計(jì)算點(diǎn)。στσσσφ2.5.3上游折坡面邊緣應(yīng)力分析（1）水平截面上的正應(yīng)力取折坡面中點(diǎn)為彎矩計(jì)算中心。①壩體自重：W=②靜水壓力：上游水平PM③揚(yáng)壓力：UUUMMM④波浪壓力：PMW=4977.19ΣU=ΣP=（2）剪應(yīng)力pu=9.81×22.37=pd=0(kPa)；（3）水平正應(yīng)力σ（4）主應(yīng)力σσσ2.5.4上游折坡面內(nèi)部應(yīng)力分析在壩體內(nèi)部取單位厚度的微元體，微分體的平衡方程為：??式中γc為材料的容重，也取折坡面進(jìn)行應(yīng)力分析，取上游端點(diǎn)為坐標(biāo)基點(diǎn)O，x軸向右，y軸向下。（1）壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σσy當(dāng)x=0時(shí)，σy=σ當(dāng)x=B時(shí)，σy=σ由此，關(guān)系式為σy（2）壩內(nèi)剪應(yīng)力τ將σy=6.87τ當(dāng)x=0時(shí)，τ=τu;當(dāng)x=Babc由此，關(guān)系式為τ=（3）壩內(nèi)水平正應(yīng)力σ將τ=τ=σ從式中可看出沿水平截面的水平正應(yīng)力σx而實(shí)際上，σx的分布接近于直線分布，因此此文假定其呈直線分布，即σ當(dāng)x=0時(shí)，σx=σ當(dāng)x=B時(shí)，σx=σ由此，關(guān)系式為σx（4）壩內(nèi)水平主應(yīng)力σ1和取折坡面中點(diǎn)處為計(jì)算點(diǎn)。στσσσφ溢流壩設(shè)計(jì)計(jì)算3.1孔口設(shè)計(jì)①單寬流量的確定：之前通過調(diào)洪演算，可以由此得出樞紐的總下泄流量QQ式中：Q0α為計(jì)算所需系數(shù)，正常取用的時(shí)候取0.75-0.9，校核運(yùn)用時(shí)取1.0。本設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)情況計(jì)算時(shí)α取0.8，校核情況計(jì)算時(shí)α取1.0。設(shè)L為溢流段的凈寬(其不包括閘墩的厚度)，則通過溢流孔口的單寬流量為q=由于資料中建壩的壩址處基巖比較堅(jiān)硬完整，所以取q=50~70m3/(s?m)情況QQq（L（m）設(shè)計(jì)情況1721152950-7021.84-30.58校核情況2086184650-7026.37-36.92②根據(jù)上表計(jì)算所得數(shù)據(jù)：溢流段凈寬取28米，孔數(shù)n=4，每孔凈寬b=7m，閘墩厚度d=2m。溢流前沿總長(zhǎng)L假定閘墩側(cè)收縮系數(shù)ε=0.9，流量系數(shù)m=0.5Q求得堰頂水頭：設(shè)計(jì)情況下H0堰頂高程=③閘門高度確定門高=正常高水位?堰頂高程+(0.1~0.2)=8.063.2頂部曲線計(jì)算WES型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分為上游段和下游段兩部分。上游段曲線曾用過雙圓弧、橢圓等型式。近年來，又提出了三圓弧及下列型式的曲線y式中：HdWES型堰頂下游段曲線，當(dāng)壩體上游面為鉛直狀態(tài)時(shí)，可以按照式x1.85Hd=9.78×75%～95%則上游段曲線方程：y下游段曲線方程：x3.3反弧段計(jì)算反弧半徑R值應(yīng)如何合理選取，這是一個(gè)尚待妥善解決的問題。實(shí)際工程的反弧半徑R的取值范圍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過R=(4~10)h的限度。有人根據(jù)國內(nèi)外60個(gè)工程資料，針對(duì)影響反弧半徑的主要因素進(jìn)行優(yōu)化，提出反弧半徑的經(jīng)驗(yàn)公式為R=Fr=式中：Fr為反弧最低點(diǎn)處的弗勞德數(shù)。此式可作為工程設(shè)計(jì)參考，大、中、小工程均能應(yīng)用。假定流速系數(shù)σ=0.95，堰頂水頭H流速v=坎頂水深h=反弧段半徑R=4～103.4消能防沖設(shè)