【文章內(nèi)容簡介】 ??? ? ? ??設(shè) 設(shè)設(shè) 設(shè) 設(shè) 因為 220/ 9. 81 15 00 / 25 23 .5gD V ? ? ?在 20至 250之間，上邊計算出來的 lh 為累積頻率 5%的波高 . 所以 1 % 5 %1 .2 4 1 .2 4 1 .1 1 .3 6h h m? ? ? ?設(shè) 設(shè) 因為壩的等級為大二型工程，安全加高 為 . 故設(shè)計洪水位的高差 1% h h h m? ? ? ? ? ? ? ?設(shè) 設(shè) 設(shè) 設(shè) 壩頂高程 =設(shè)計洪水位 + h?設(shè) =+=369 同理 h? 校 的 計 算 如 下 ： 5 / 4 1 / 3 5 / 4 1 / 300. 01 66 0. 01 66 16 1. 5 0. 01 66 32 1. 14 47 0. 61lh V D m? ? ? ? ? ? ? ?校 0 . 8 0 . 81 .0 4 ( ) 1 0 .4 0 .6 1 7lL h m? ? ? ?校 校 波浪中心線高于靜水位的高度的計算： 2 2 8 0 . 2 5 8 0 . 2 58 0 . 2 5 8 0 . 2 52 0 . 6 1 2 ( 3 6 9 . 4 5 8 2 8 0 ) 0 . 1 6 7 0 . 1 6 777lzhH eeh c th c th mL L e e?? ?? ????? ? ? ??校 校校 校 校 因為 220/ 9. 81 15 00 / 16 57 .5gD V ? ? ?在 20至 250之間，上邊計算出來的 lh 為累積頻率 5%的波高 . 所以 1% 5%1. 24 1. 24 0. 61 0. 75 6h h m? ? ? ?校 校 因為壩的等級為大二型工程，安全加高 校 為 . 故校核洪水位的高差 1% 0. 75 6 0. 16 7 0. 4 1. 77zch h h h m? ? ? ? ? ? ? ?校 校 校 校 （ 2） 3 6 9 .4 5 8 1 .7 7 3 7 1 .2 3hm? ? ? ? ?校壩 頂 高 程 校 核 供 水 位 + 所以，壩頂高程為 （ 1）和（ 2）的最大值，?。? 壩頂寬度 壩寬一般取壩高的 8%~10%，且不小于 2m。該壩壩高為： =，壩頂寬度取 9%（ ） =。 溢流壩段剖面設(shè)計 溢流壩段剖面設(shè)計的設(shè)計。該部分的設(shè)計重點為曲線型實用堰的剖面設(shè)計。曲線型實用堰比較合理的剖面形狀應(yīng)當(dāng)具備下列幾個優(yōu)點：即過水能力大，堰面不出現(xiàn)過大的負(fù)壓和經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。 曲線型實用堰的剖面系由下列幾個部分組成：上游的直線段 AB；堰頂曲線段 BC；坡度為 cotm? ?? 的下游直線段 CD 以及用以和下游河底聯(lián)結(jié)的反弧段 DE，如圖 21所示。 P1HdP2oABCDE 圖 21 曲線型實用堰的剖面圖 上游的直線段 AB 上游的直線段 AB 作成垂直的，與非溢流壩段的上游面坡度一致，這樣可使兩種壩段 連接時承壩內(nèi)止水設(shè)施和廊道布置簡化，而且可以避免在個別壩段上由于承受不平衡側(cè)向 水壓力而產(chǎn)生側(cè)向拉應(yīng)力。 下游直線段 CD 下游直線段 C坡度 確定。根據(jù)江西水科所的研究，下游直線段 CD的坡度應(yīng)大于 1： ，否則流量系數(shù)減小 .常用坡度是 1： ~1:，即 55 ~ 59??? ? 。 在本工程中，取坡度 1：。 堰頂曲線段 BC 堰頂曲線段 BC流特的影響最大，是設(shè)計曲線型實用堰剖面形狀的關(guān)鍵。本工程中采用美國陸軍工程兵團(tuán)水道試驗站的標(biāo)準(zhǔn)剖面，即 WES 剖面。 WES 剖面系用曲線方程表示，便于控制；同時，堰剖面較瘦可節(jié)省工程量；另外，堰面壓強(qiáng)分布比較理想，負(fù)壓不大，對安全有利。 堰剖面曲線的坐標(biāo)值決定于所采用的設(shè)計水頭 Hd。但所設(shè)計的堰在實際應(yīng)用時，堰頂水頭卻是隨流量 Q的變化而在某一范圍（ min max~HH）內(nèi)變化的。因此，選擇什么水頭作為設(shè)計水頭 Hd ，才會使所設(shè)計的堰剖面在已知的水頭變化范圍工作時，既有較大的流量系數(shù)，又不會使堰面產(chǎn)生過大的負(fù)壓，這是剖面設(shè)計中應(yīng)當(dāng)注意的問題。 如果以最大水頭作設(shè)計水頭， maxHd H?即 。雖然可以保證堰面不出現(xiàn)負(fù)壓，但由于實際工作水頭總小于設(shè)計水頭，堰面壓強(qiáng)一般高于大氣壓強(qiáng)，流量系數(shù)減??；同時，在這種情況下所得出的堰剖面偏肥，顯然不經(jīng)濟(jì)。反之，如 果采用最小水頭作為設(shè)計水頭，minHd H?即 ；雖然可以得到較為經(jīng)濟(jì)的剖面，但實際工作水頭往往大于設(shè)計水頭，堰面會產(chǎn)生較大負(fù)壓，嚴(yán)重時會危及壩的安全。所以工程中經(jīng)常采用的設(shè)計水頭m a xH ( 5 ~ 5 )d H?是 。在該工程中，取m a xH 0 .8 5 0 .8 5 ( 3 6 8 .9 9 3 4 0 .5 ) 0 .8 5 2 8 .4 9 2 4 .2 2d Hm? ? ? ? ? ? ? ? 堰頂 o點上游三圓弧的半徑以及其坐標(biāo)值為： 112233 0 0 24. 22 12. 11 75 75 24. 22 4 0 0 24. 22 4 76 76 24. 22 8 4 4 24. 22 7 82 82 24. 22 3ddddddR H mx H mR H mx H mR H mx H m? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? o 點下游的曲線方程為： .5 ( )ddyxHH? 即： 1 . 8 5 1 . 8 5 1 . 8 50 . 8 5 0 . 8 50 .5 0 .5 2 3 .3 4 2 9 .1dx x xyH? ? ? 按上式算得坐標(biāo)值如下表： 表 22 坐標(biāo)值計算表 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可繪出堰頂下游曲線 OC，見圖 22 x/m 5 10 15 20 25 30 35 40 y/m 圖 22 堰頂下游曲線 OC 示意圖 坡度 ?? 的下游直 線段 CD與曲線 OC相切于 C點。 C點坐標(biāo) ,ccxy可如下求得 對堰面曲線求一階導(dǎo)數(shù) 0 . 8 5 0 . 8 51 .8 5 0 .0 6 42 9 .1yxd xxd ?? 直線 CD的坡度為： 110 .7yxddm??? 故有： .5( )ddyxHH?0 .8 5 00 .0 6 4 0 .7cx ? 即： 10 .8 51 .8 51( ) 3 8 .60 .7 0 .0 6 43 8 .6 2 9 .62 9 .1ccxmym????? 反弧段半徑 r的確定，對巖基上的高壩（本壩高度在 70米以上 ），可取( )r ? max()dHz? 。式中， dH 為剖面的設(shè)計水頭； maxz 為最大的上下游水位差。在本工程中，取 m ( )dr H z??。由設(shè)計資料可知 m a x2 3 .3 4 , 3 6 9 .4 5 8 2 8 7 .0 8 2 .4 5 8 ,dHz? ? ? ? 所以： ? ? ? ?m a x0 .4 ( 0 .2 5 0 .5 ) ( 2 3 .3 4 8 2 .4 5 8 ) 2 6 .4 5 5 2 .8 9 9dr H Z m? ? ? ? ? ? 取 r=30m 反弧曲線的上端與直線 CD相切于 D點，下端與河床相切于 E點。 D、 E點以及反弧曲線圓心 O點的坐標(biāo)，可以作圖法或下面的分析法確定： (1) 反弧曲線圓心 O點 39。 20 39。 2180( ) c ot ( ) ,2o ccx x m P y ry P r??? ?? ? ? ??? 式中： 2P 為下游堰高。本題中 2 340 .5 287 53. 5Pm? ? ?，則 39。 1 8 0 5 53 8 . 6 0 . 7 ( 5 5 5 2 9 . 1 ) 3 0 c o t( ) 7 22oxm? ?? ? ? ? ? ? ? 39。 5 3 .5 3 0 2 3 .5oym? ? ? (2) E點坐標(biāo) 39。 72Eox x m?? 2 P m?? (3) D點坐標(biāo) 39。039。s in 7 2 2 9 . 1 s in 5 5 4 7 . 4 3c o s 2 3 . 5 2 9 . 1 c o s 5 5 4 0 . 7DoDx x r my y r m?? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 根據(jù)上述計算結(jié)果，可繪出堰面曲線如圖 23： 340 .5326 .72801:0. 51:0. 5校2871:0. 7切點坐標(biāo)（3 ，2 ）切點坐標(biāo)（4 3， 42. 2）切點坐標(biāo)（7 2， 55）WES 曲線xy93, 55 圖 23 堰面曲線 下游消能設(shè)計 (1) 消能形式：連續(xù)式的挑流鼻坎； (2) 要求結(jié)果：挑射角、鼻坎高程、反弧半徑； (3) 基本要求： ① 連續(xù)式的挑流鼻坎挑射角，根據(jù)我國的工程實踐經(jīng)驗，以 20 25 為宜，定采用 25的挑射角。 ② 鼻坎高程以高于下游水位 12米 為宜。初可將坎底最底點高程定為下游最高水位，即下游校核水位 287米，可以保證鼻坎的高程高出下游水位少許。 ③ 鼻坎反弧半徑 m ( )dR H z??為宜，由前面計算可知 R=30m。 (4) 計算過程： 20 22 cc vEh g??? 式中 : 0 3 6 9 .4 5 8 2 8 7 8 2 .4 5 8Em? ? ? ? —— 流速系數(shù)，對于樞紐取為 cV —— 該斷面流速 ch —— 該斷面處水深 帶入得： 228 2 .4 5 8 2 9 .8 1 0 .9 5cc vh?? ?? ———— Ⅰ 下面求鼻坎最低點處的水深。 建立該壩段水流的能量方程（圖中 00至 11斷面）： 圖24 溢 流壩能量分析簡圖E0Vc校287110校36 9. 458 圖 24 溢 流壩能量分析簡圖 斷面流速 c cqv h? 式中： q—— 該處單寬流量， 3 320 . 9 0 . 5 1 2 9 . 8 1 ( 2 7 . 4 5 8 ) 2 8 2 . 2 /q m s? ? ? ? ? ? ? 即 c cv h? ———— Ⅱ 聯(lián)列Ⅰ、Ⅱ兩式解得： /cV m s? ? 鼻坎高程為 : 28 7 ( 1 c os ) 28 7 30 ( 1 c os 25 ) 28 9. 8Rm?? ? ? ? ? ? ? 高出下游水位 ，滿足要求。 綜上，擬訂的挑流消能的鼻坎型式為連續(xù)式鼻坎；反弧半徑 R=30m；挑射角度 25?? ；鼻坎高程頂部 。 水力校核 （ 1）計算工況：校核工況和設(shè)計工況。 （ 2）基本原理： 鼻坎設(shè)計完畢后，還需驗算該挑流消能是否會危及建筑物的安全，常用沖坑上游坡做為標(biāo)準(zhǔn)，即： k ctiiL?? 式中 kt —— 沖坑深度（米）； L—— 沖坑最深深度距建筑物距離； i沖坑上游坡； ci —— 安全臨界坡，可取 1/3 1/4 （ 3）計算過程 ①校核情況下 挑距計算： 2 2 21 1 1 1 21 ( s in c o s c o s s in 2 ( ) )L V V V g h hg ? ? ? ?? ? ? ? 式中： L —— 水舌拋距，按水舌外緣計算（ m） ； 1v —— 坎頂水面流速， 101 .1 1 .1 2 1 .1 0 .9 5 2 9 .8 ( 3 6 9 .4 5 8 3 4 0 .5 ) 2 4 .1 1 / 。v v g H m s?? ? ? ? ? ? ? ? ? θ —— 鼻坎挑射角 ， 25?? q —— 鼻坎處的單寬流量， 3 / 2 3 / 2 302 0 .9 0 .5 2 9 .8 1 ( 3 6 9 .4 5 8 3 4 0 .5 ) 2 8 2 .2 /q m g H m s?? ? ? ? ? ? ? ?； 1h —— 坎頂垂直方向水深， 1 / c os 5 / c os 25 5. 4ch h m? ?? ? ? 2h —— 坎頂與河床間的高差， 2 2 8 9 .8 2 8 0 9 .8hm? ? ? 帶入計算得： L=68m 沖刷坑計算： 0. 5 0. 251kt q H?? ? ? 式中： 1? —— 沖