【文章內(nèi)容簡介】 時也起分隔溢流段和非溢流段的作用。 溢流面設(shè)計溢流面曲線有頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。設(shè)計要求是：①有較高的流量系數(shù)；②水流平順，不產(chǎn)生空蝕。為減少頂部曲線段的形狀對泄流能力和流態(tài)的影響，壩頂溢流式孔口采用WES曲線。 溢流面頂部曲線可采用WES曲線曲線的具體形式見圖（22）。其中的Hd為定形設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭Hmah的75%～95%計算。Hmah為校核流量下的堰上水頭，即:Hmah= H校H堰頂== m由于H0/HD=，得出 HD=H0/=堰頂WES曲線相關(guān)數(shù)據(jù)計算如下表：距堰頂O點X值距堰頂O點Y值或R值X1== R1==X1==R2==X1==R3==X1=1m Y=X1=2mY=X1=3mY=…………= 計算各點坐標(biāo)堰頂WES曲線坐標(biāo)表堰頂左側(cè)XR堰頂右側(cè)X1234567891011Y 下游反弧段曲線下游反弧段的反弧半徑R=(4～1O)h，h為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深。R太小，水流轉(zhuǎn)向不夠平順，過大又使向下游延伸太長，增加工程量。當(dāng)反弧段流速V ＜16 m/s時，可取下限，流速越大，反弧半徑也宜選用較大值。消能工采用挑流消能，鼻坎頂高程高出下游最高水位H= ,按照校核水位洪水期的允許下泄流量，,。溢流壩下游反弧段的作用是使溢流壩面下泄的水流平順地與下游消能設(shè)施相銜接，取反弧半徑R=16m（下節(jié)有計算公式）。 中間直線段設(shè)計中間的直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度一般與非溢流壩段的下游坡相同，即 1:。第四節(jié) 水力計算水力計算的內(nèi)容包括堰頂過流量計算、下游消能水力計算等。根據(jù)本工程的實際情況，建議采用挑流消能方式。挑流消能設(shè)計的內(nèi)容包括選擇合適的鼻坎形式、反弧半徑、鼻坎高程和挑射角度，計算各種泄量時的挑射距離和最大沖坑的深度。 堰頂過流根據(jù)溢流壩孔口尺寸可以得出：溢流壩段總寬度為225m，設(shè)計洪水泄流量Q設(shè)=18276m3/s C=；；，m=, H0設(shè)=；校核洪水泄流量Q =24527m3/s C=；；，=, H0設(shè)=；堰頂過流量計算公式見水工建筑物教材中的開敞式溢流堰泄流能力計算公式。, m時：Q = CmεσSL（2g）1/2H0設(shè)3/2 =****225*（2*）1/2* =18432m3/s＞Q設(shè)（18276m3/s） , m時：Q = CmεσSL（2g）1/2H0校3/2 =****225*（2*）1/2* =25357m3/s＞Q校（24527m3/s） 消能工的形式選擇設(shè)計原則：⑴盡量使下泄水流的大部分動能消耗于水流內(nèi)部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上；⑵不產(chǎn)生危及壩體安全的河床沖刷或岸坡局部沖刷；⑶下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其他建筑物的正常運行；⑷結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；⑸工程量小，經(jīng)濟。根據(jù)地形、地質(zhì)、樞紐布置、水頭、泄量、運行條件、消能防沖要求、下游水深及其變幅等條件進行技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇消能工的形式為挑流式消能。 挑流消能鼻坎頂高程：高出下游最高水位h=；按照校核洪水期的允許下泄流量，,；鼻坎底高程與溢流壩底高程相同。 下游反弧段的反弧半徑R=(4～1O)h，h為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深。由于流速V 較大，經(jīng)分析，反弧半徑R也宜選用較大值，即：R=（4～1O）h=～，為使溢流壩面下泄的水流平順地與下游消能設(shè)施相銜接，本設(shè)計取16m。挑射角θ=15176?！?35176。取θ=35176。 最大沖坑深度最大沖坑深度：T= t式中：k—沖刷系數(shù)，因I83線覆蓋層為沙石層，由表225查得k=；q—單寬流量，由堰頂過流知最大流量，Q =25357m3/sq= Q/ L=25357/225= m3/（）H—上下游水位差，H= H校H校尾== mt—上下游水深，t==15 m故：T== *= 水舌挑射距離水舌挑射距離按照如下計算： L′＝L＋ΔL其中 L=1/g{ν12sinθcosθ+ν1 cosθ+ [ν12sin2θ+2g(h1+ h2)]1/2}ΔL=Ttanβ式中： L′—沖坑最深點到壩下游垂直面的水平距離，m；L—壩下游垂直面到水舌外緣進入下游水面后與河床面交點的水平距離，m；ΔL—水舌外緣與河床面交點到?jīng)_坑最深點的水平距離，m；ν1—坎頂水面流速，m/s。，即：H0==ν1==（2gH0）1/2=**（2**）1/2= θ—挑射角；h1—坎頂垂直方向的水深，m。h1= h/ cosθ=176。=h—坎頂水深，h2—坎頂至河床面高差，h2== mψ—堰面流速系數(shù)，～；經(jīng)查水力學(xué)717表，取ψ=T—最大沖坑深度，m，由下面（2）項知T = mβ—水舌外緣與下游水面的夾角，取β=40176。L=1/{*sin35176。*cos35176。+ cos35176。+ [176。+2*(+ )]1/2}= ΔL=Ttanβ=*tan40176。=最大挑射距離：L′＝L＋ΔL=+=第四章 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算第一節(jié) 荷載作用及其組合 作用在擋水壩上的荷載有：基本組合1：興利水位的靜水壓力，揚壓力，浪壓力，自重，泥沙壓力。基本組合2：設(shè)計洪水位時靜水壓力，揚壓力，浪壓力，自重,泥沙壓力。特殊組合1：校核洪水位時靜水壓力，揚壓力，浪壓力，自重,泥沙壓力。特殊組合2：興利水位的水壓力，揚壓力，浪壓力，自重，泥沙壓力和地震慣性力，地震動水壓力和動土壓力等?；窘M合基本組合特殊組合1中荷載相同，只計算最高水位時進行驗算，即計算特殊組合1和特殊組合2。 特殊組合1 m， m， m，取1m寬壩段進行計算，見下圖。自重W1=1024=20040kNW2=1/224=41438kNW3=1/220424=960kN水壓力上游水平水壓力：P1=1/210=33048kN下游水平水壓力：P2=1/210=2904kN上游垂直水壓力：Q1=410=2448kNQ2=1/242010=400 kN下游垂直水壓力：Q4=1/210=2323kN揚壓力壩基設(shè)帷幕灌漿和排水孔， ，排水處揚壓力折減系數(shù)為α=。U1=10=16041kNU2=1/210=7498kNU3=1/2(+)510=2639kN浪壓力，多年平均最大風(fēng)速為V=，水庫吹程為D=3km。各波浪要素計算如下：因V=，20 V ，采用鶴地水庫公式計算浪高：2 hl= /g= /=2 Ll= /g= /=hz≈ hl= ；壩前水深H1=因gD/V2=52， 故h1%== ；又因為正常高水位情況下，半個波長Ll= m；H1Ll,則浪壓力按深水波計算：P1=γ0 Ll－=－= kN泥沙壓力水平泥沙壓力：P m 1 =TLan2(45176。－φ/2)=TLan2(45176。－12176。/2)=1507kN垂直泥沙壓力：P m 2=1/2(+)49= 454kN[見附表一：荷載計算表（特殊組合1）] 特殊組合2， m，取1m寬壩段進行計算：自重W1=1024=20040kNW2=1/224=41438kNW3=1/220424=960kN水壓力上游水平水壓力：P1=1/210=30576kN下游水平水壓力：P2=1/210=414kN上游垂直水壓力：Q1=410=2328kNQ2=1/242010=400 kN下游垂直水壓力：Q4=1/210=331kN揚壓力壩基設(shè)帷幕灌漿和排水孔， ，排水處揚壓力折減系數(shù)為α=。U1=10=6057kNU2=1/210=7221kNU3=1/2(+)510=2542kN浪壓力，多年平均最大風(fēng)速為V=，水庫吹程為D=3km。波浪要素計算如下：因V=，20 V ，采用鶴地水庫公式計算浪高：2 hl= /g= /=2 Ll= /g= /=hz≈ hl= ；壩前水深H1= m因gD/V2=52， 故h1%== ；又因為正常高水位情況下，半個波長Ll= m；H1L l，浪壓力按深水波計算：P1=γ0 Ll－=－= kN泥沙壓力水平泥沙壓力：P m 1 =TLan2(45176。－φ/2)=TLan2(45176。－12176。/2)=1507kN垂直泥沙壓力：P m 2=1/2(+)49= 454kN地震慣性力：壩址處基本烈度為6度，該工程為1級建筑物，設(shè)計烈度為7度，故應(yīng)該考慮地震力。根據(jù)下列公式分別計算Fi=αiξGiαi/g式中：Fi－壩體分塊后，作用在第i壩塊形心上的水平地震慣性力；αi－水平向設(shè)計地震加速度；ξ－地震作用的效應(yīng)折減系數(shù)，；Gi－第i壩塊的重量，kN；αi－第i壩塊的動態(tài)分布系數(shù)，由下列公式計算：αi=式中：n－壩體分塊總數(shù)；H－壩高；G－壩體總重量，kN；Gj－第i壩塊重量，kNhi、hj－分別為第i，j形心倒壩底面的高度。將壩體分為3塊，則G1=1024=20040kN h1=G2=1/224=41438kNh 2= m G3=1/220424=960kN h 3= mG=20040＋41438＋960=62798kNH=故：α1=，α2=，α3=則：F1=20040F2=41438F3=960[見附表二 荷載計算表（特殊組合2）] 作用在溢流壩上的荷載及其組合作用在溢流壩上荷載有：基本組合1：興利水位的靜水壓力，揚壓力，浪壓力，自重，泥沙壓力?；窘M合2：設(shè)計洪水位時靜水壓力，揚壓力，浪壓力，自重,泥沙壓力。特殊組合1：校核洪水位時靜水壓力，揚壓力，浪壓力，自重,泥沙壓力。特殊組合2：興利水位的水壓力，揚壓力，浪壓力，自重，泥沙壓力和地震慣性力，地震動水壓力和動土壓力等?；窘M合基本組合特殊組合1中荷載相同，只計算最高水位時進行驗算，即計算特殊組合1和特殊組合2。 特殊組合1 m， m， m，取1m寬壩段進行計算：溢流壩由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成，上有閘敦、交通橋、工作橋以及起閉設(shè)備。保守計算，按照基本三角形斷面，不考慮閘敦、交通橋、工作橋以及起閉設(shè)備以及下部反弧段基本三角形斷面以上部分，近似取梯形斷面計算， m，下游面坡比為1：，上游面為折面， m以上垂直， m以下坡比為1：。見下圖。自重W1=24=16935kNW2=1/224=56476kNW3=1/230424=1440kN水壓力上游水平水壓力：P1=1/210=41678kN下游水平水壓力：P2=1/210=5814kN上游垂直水壓力：Q1=410=2448kNQ2=1/243010=600 kN下游垂直水壓力：Q4=1/210=4651kN揚壓力壩基設(shè)帷幕灌漿和排水孔， ，排水處揚壓力折減系數(shù)為α=。U1=10=26107kNU2=1/210=9800kNU3=1/2(+)510=1483kN浪壓力，多年平均最大風(fēng)速為V=，水庫吹程為D=3km。各波浪要素計算如下：因V=，20 V ，采用鶴地水庫公式計算浪高：2 hl= /g= /=2 Ll= /g= /=hz≈ hl= ；壩前水深H1=因gD/V2=52， 故h1%== ；又因為正常高水位情況下，半個波長Ll= m； H1Ll，浪壓力按深水波計算：P1=γ0 Ll－=－= kN泥沙壓力水平泥沙壓力：P m 1 =TLan2(45176。－φ/2)=TLan2(45176。－12176。/2)=3136kN垂直泥沙壓力：P m 2=1/2(+)49= 634kN見附表5：荷載計算表（特殊組合1） 特殊組合2，取1m寬壩段進行計算：自重W1=24=16935kNW2=1/224=56476kNW3=1/230424=1440kN水壓力上游水平水壓力：P1=1/210=38896kN下游水平水壓力：P2=1/210=1824kN上游垂直水壓力：Q1=410=2328kNQ2=1/263010=900 kN下游垂直水壓力：Q4=1/210=1459kN揚壓力壩基設(shè)帷幕灌漿和排水孔， ，排水處揚壓力折減系數(shù)為α=。U1=10=14623kNU2=1/210=8118kNU3=1/2(+)510=1433kN浪壓力，多年平均最大風(fēng)速為V=，水庫吹程為D=3km。各波浪要素計算如下：因V=，20 V ，采用鶴地水庫公式計算浪高：2 hl= /g= /=2 Ll= /g= /=hz≈ hl= ；壩前水深H1= m因gD/V2=52， 故h1%== ；又因為正常高水位情況下，半個波長Ll= m；H1L l，浪壓力按深水波計算：P1 =γ0 Ll－=－= kN泥沙壓力水平泥沙