消力池计算.docx

*计算项目：消能工水力计算 1*- 消力池断面简图 - 计算条件 -基本参数 消能工类型:下挖式消力池 计算目标:设计尺寸 上游底部高程:1.000(m) 下游底部高程:0.000(m) 消力池首端宽度:6.000(m) 消力池末端宽度:6.000(m) 水流的动能校正系数:1.000 泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:0.950 消力池出流流速系数:0.950 水跃淹没系数:1.050 是否计算消力池前段长度:交互 消力池前段长度:0.000(m) 自由水跃跃长计算系数:6.900 水跃长度校正系数:0.750 是否计算消力池底板的厚度:计算 消力池底板计算系数K1:0.200 消力池底板安全系数K2:1.300 消力池底板的饱和重度:25.000(kN/m3) 脉动压强系数:0.050 海漫长度计算系数Ks:10.000 河床土质允许不冲流速:1.000(m/s) 水位流量的组数:1 序号 单宽流量 上游水位 下游水位 扬压力 (m3/s*m) (m) (m) (kPa) 1 6.500 3.020 2.020 1.000 - 计算过程 -1、判断是否需要建消能工。 流速水头公式： *V2/(2*g)，V=q/T 其中：q单宽流量(m2/s)，T上游水头(m)，水流动能校正系数。 计算收缩断面水深公式： hc3-T0*hc2+*q2/(2*g*2)=0 其中：hc收缩断面水深(m)，T0消力池底部以上的总水头(m)，流速系数。 计算跃后水深公式(矩形断面扩散渠槽自由水跃)： hc=hc/2*(sqrt(1+(8*q2)/(g*hc3)-1)*(b1/b2)0.25 其中：hc跃后水深(m)，b1消力池首端宽度(m)，b2消力池末端宽度(m)。 判断水跃型式的条件： hcht，远离式水跃 hc= ht，临界水跃 hcht，淹没式水跃 其中：ht下游水深(m)。 若发生远离式水跃，则需要修建消能工，否则不需要。 序号 单宽流量 流速水头 上游总水头 收缩断面水深 跃后水深 下游水深 水跃型式 (m3/s*m) (m) (m) (m) (m) (m) 1 6.500 0.528 3.548 0.961 2.554 2.020 远离水跃2、计算消力池池深。 计算消力池出口水面落差Z公式： Z=(*(q2)/(2*g*(2)*(ht2)-(*(q2)/(2*g*(02)*(hc2) 计算消力池深度d公式： d=0*hc-ht-Z 其中：0水跃淹没系数(又称为安全系数)。 序号 单宽流量 总水头 收缩断面水深 跃后水深 出口断面落差 消力池池深 (m3/s*m) (m) (m) (m) (m) (m) 1 6.500 4.109 0.857 2.772 0.331 0.560 消力池深度为：0.560(m)。3、计算池长。 自由水跃跃长Lj计算公式： Lj=6.9*(hc-hc) 系数6.9可以根据需要更改。 消力池池长计算公式： L=Ls+*Lj 其中：水跃长度校正系数。 序号 自由水跃跃长 水跃前消能工长度 消能工总长度 (m) (m) (m) 1 13.212 0.000 9.909 计算得消能工长度为：9.909(m)。4、计算消力池底板厚度。 采用池深为0.560m，池长为9.909m计算底板厚度。 满足抗冲要求的底板厚度t： t=k1*sqrt(q*sqrt(H) 其中：k1底板计算系数，H上下游水位差(m)。 满足抗浮要求的底板厚度t： t=k2*(U-WPm)/b 其中：k2 底板安全系数； U 作用在底板面的扬压力(kPa)； W 作用在底板上的水重(kPa)； Pm 作用在底板上的脉动压力(kPa)，计算底板前半部时取+号，计算底板后半部时取-号； b底板的饱和重度(kN/m3)。 序号 扬压力 水重 脉动压力 抗冲厚度 首端抗浮厚度 (kPa) (kPa) (kPa) (m) (m) 1 1.000 17.801 3.321 0.510 0.000 经计算得所需消力池底板首端最大厚度为：0.510(m)、末端厚度一般取首端厚度的一半为：0.255(m)。 注意：根据规范，消力池底板厚度不宜小于0.5m的构造厚度。5、海漫计算。 计算海漫长度和海漫末端的河床冲刷深度。 海漫长度L计算公式： L=Ks*sqrt(qs*sqrt(H) 其中：Ks海漫长度计算系数，qs消力池末端单宽流量(m2/s)，H上下游水位差(m)。 公式的适用条件是：sqrt(qs*sqrt(H)=19。 海漫末端的河床冲刷深度dm计算公式： dm=1.1*qm/v0-ht 其中：qm海漫末端单宽流量(m2/s)，v0河床土质允许不冲流速(m/s)。 序号 上下游水位差 海漫长度 海漫末端河床冲刷深度 (m) (m) (m) 1 1.000 25.495 5.130 计算得海漫长度为：25.495(m)。海漫末端河床形成的最大冲刷深度为：5.130(m)。重力式挡土墙验算执行标准：水利计算项目： 重力式挡土墙 1计算时间： 2011-07-14 18:44:09 星期四-原始条件: 墙身尺寸: 墙身高: 4.150(m) 墙顶宽: 1.000(m) 面坡倾斜坡度: 1:0.000 背坡倾斜坡度: 1:0.400 采用1个扩展墙址台阶: 墙趾台阶b1: 0.400(m) 墙趾台阶h1: 0.500(m) 墙趾台阶与墙面坡坡度相同 墙踵台阶b3: 0.500(m) 墙踵台阶h3: 0.500(m) 墙底倾斜坡率: 0.000:1 物理参数: 圬工砌体容重: 23.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.400 墙身砌体容许压应力: 2100.000(kPa) 墙身砌体容许剪应力: 110.000(kPa) 墙身砌体容许拉应力: 150.000(kPa) 墙身砌体容许弯曲拉应力: 280.000(kPa) 挡土墙类型: 浸水地区挡土墙 墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 19.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3) 修正后地基土容许承载力: 500.000(kPa) 地基土容许承载力提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.400 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 墙后填土浮容重: 9.000(kN/m3) 地基浮力系数: 0.700 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 2 折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 3.300 1.900 0 2 5.000 0.000 0 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 30.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙内侧常年水位标高: -2.700(m) 挡墙外侧常年水位标高: -3.050(m) 浮力矩是否作为倾覆力矩加项: 是=第 1 种情况: 一般情况 土压力计算 计算高度为 4.150(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 28.560(度) Ea=111.965 Ex=86.641 Ey=70.918(kN) 作用点高度 Zy=1.491(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在： 第2破裂角=16.765(度) 第1破裂角=32.200(度) Ea=114.297 Ex=70.737 Ey=89.778(kN) 作用点高度 Zy=1.592(m) 墙身截面积 = 7.995(m2) 重量 = 183.874 kN 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 6.05 -2.40 -0.20 -3.78 墙背坡侧: -10.51 -6.55 2.61 -3.67 墙 底 面: -0.00 29.99 1.36 -4.15 墙背与第二破裂面之间土楔重 = 17.066(kN) 重心坐标(1.895,-1.101)(相对于墙面坡上角点)(一) 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 = 0.400 滑移力= 75.199(kN) 抗滑力= 107.874(kN) 滑移验算满足: Kc = 1.435 1.300(二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 1.393 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 2.580 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 1.592 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 148.007(kN-m) 抗倾覆力矩= 526.902(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 3.560 1.500(三) 地基应力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 269.685(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=378.895(kN-m) 基础底面宽度 B = 3.360 (m) 偏心距 e = 0.275(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.405(m) 基底压应力: 趾部=119.685 踵部=40.842(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 119.685 / 40.842 = 2.930 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.275 = 0.250*3.360 = 0.840(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=119.685 = 600.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=40.842 = 650.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=80.263 = 500.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为天然地基，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 6.05 -2.40 -0.20 -3.78 墙背坡侧: -10.51 -6.55 2.61 -3.67 验算截面以上，墙身截面积 = 7.995(m2) 重量 = 183.874 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.393 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 2.423 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.592 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 299.673(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=431.580(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.440(m) 截面宽度 B = 3.360 (m) 偏心距 e1 = 0.240(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.240 = 0.300*3.360 = 1.008(m) 截面上压应力: 面坡=127.385 背坡=50.992(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 127.385 = 2100.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -14.623 = 110.000(kPa)(六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 3.650(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 29.550(度) Ea=90.864 Ex=70.313 Ey=57.553(kN) 作用点高度 Zy=1.288(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在： 第2破裂角=16.251(度) 第1破裂角=32.910(度) Ea=92.348 Ex=57.802 Ey=72.022(kN) 作用点高度 Zy=1.383(m) 墙身截面积 = 6.515(m2) 重量 = 149.833 kN 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 1.80 0.00 0.00 -3.45 墙背坡侧: -4.51 -2.65 2.46 -3.33 墙 底 面: -0.00 14.97 1.48 -3.65 墙背与第二破裂面之间土楔重 = 15.113(kN) 重心坐标(1.845,-0.992)(相对于墙面坡上角点) 强度验算 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 1.80 0.00 0.00 -3.45 墙背坡侧: -4.51 -1.81 2.33 -3.33 验算截面以上，墙身截面积 = 6.315(m2) 重量 = 145.234 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 0.916 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 1.907 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.383 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 234.173(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=232.296(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.992(m) 截面宽度 B = 2.460 (m) 偏心距 e1 = 0.238(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.238 = 0.300*2.460 = 0.738(m) 截面上压应力: 面坡=150.454 背坡=39.931(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 150.454 = 2100.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -14.580 1.300(二) 倾覆验算 安全系数最不利为：组合1(一般情况) 抗倾覆力矩 = 526.902(kN-M),倾覆力矩 = 148.007(kN-m)。 倾覆验算满足: K0 = 3.560 1.500(三) 地基验算 作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.275 = 0.250*3.360 = 0.840(m) 墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=119.685 = 600.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=40.842 = 650.000(kPa)地基平均承载力验算最不利为：组合1(一般情况) 地基平均承载力验算满足: 压应力=80.263 = 500.000(kPa)(四) 基础验算不做强度计算。(五) 墙底截面强度验算容许应力法: 截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.240 = 0.300*3.360 = 1.008(m) 压应力验算最不利为：组合1(一般情况) 压应力验算满足: 计算值= 127.385 = 2100.000(kPa) 拉应力验算最不利为：组合1(一般情况) 拉应力验算满足: 计算值= 0.000 = 150.000(kPa) 剪应力验算最不利为：组合1(一般情况) 剪应力验算满足: 计算值= -14.623 = 110.000(kPa)(六) 台顶截面强度验算容许应力法: 截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.238 = 0.300*2.460 = 0.738(m) 压应力验算最不利为：组合1(一般情况) 压应力验算满足: 计算值= 150.454 = 2100.000(kPa) 拉应力验算最不利为：组合1(一般情况) 拉应力验算满足: 计算值= 0.000 = 150.000(kPa) 剪应力验算最不利为：组合1(一般情况) 剪应力验算满足: 计算值= -14.580 = 110.000(kPa)重力式挡土墙验算执行标准：水利计算项目： 重力式挡土墙 1计算时间： 2011-07-14 18:50:34 星期四-原始条件: 墙身尺寸: 墙身高: 3.030(m) 墙顶宽: 0.600(m) 面坡倾斜坡度: 1:0.000 背坡倾斜坡度: 1:0.400 采用1个扩展墙址台阶: 墙趾台阶b1: 0.400(m) 墙趾台阶h1: 0.500(m) 墙趾台阶与墙面坡坡度相同 墙踵台阶b3: 0.500(m) 墙踵台阶h3: 0.500(m) 墙底倾斜坡率: 0.000:1 物理参数: 圬工砌体容重: 23.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.400 墙身砌体容许压应力: 2100.000(kPa) 墙身砌体容许剪应力: 110.000(kPa) 墙身砌体容许拉应力: 150.000(kPa) 墙身砌体容许弯曲拉应力: 280.000(kPa) 挡土墙类型: 浸水地区挡土墙 墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 19.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3) 修正后地基土容许承载力: 500.000(kPa) 地基土容许承载力提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.400 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 墙后填土浮容重: 9.000(kN/m3) 地基浮力系数: 0.700 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 2 折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 5.200 3.000 0 2 5.000 0.000 0 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 30.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙内侧常年水位标高: -2.300(m) 挡墙外侧常年水位标高: -2.530(m) 浮力矩是否作为倾覆力矩加项: 是=第 1 种情况: 一般情况 土压力计算 计算高度为 3.030(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 36.180(度) Ea=70.728 Ex=54.731 Ey=44.799(kN) 作用点高度 Zy=1.029(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在： 第2破裂角=12.994(度) 第1破裂角=37.990(度) Ea=70.574 Ex=47.229 Ey=52.441(kN) 作用点高度 Zy=1.130(m) 墙身截面积 = 4.054(m2) 重量 = 93.246 kN 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 1.25 0.00 0.00 -2.86 墙背坡侧: -2.66 -1.26 1.84 -2.79 墙 底 面: -0.00 10.81 0.93 -3.03 墙背与第二破裂面之间土楔重 = 17.106(kN) 重心坐标(1.410,-0.780)(相对于墙面坡上角点)(一) 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 = 0.400 滑移力= 48.643(kN) 抗滑力= 61.294(kN) 滑移验算不满足: Kc = 1.260 1.500(三) 地基应力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 153.234(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=167.980(kN-m) 基础底面宽度 B = 2.512 (m) 偏心距 e = 0.160(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.096(m) 基底压应力: 趾部=84.280 踵部=37.722(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 84.280 / 37.722 = 2.234 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.160 = 0.250*2.512 = 0.628(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=84.280 = 600.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=37.722 = 650.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=61.001 = 500.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为天然地基，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 1.25 0.00 0.00 -2.86 墙背坡侧: -2.66 -1.26 1.84 -2.79 验算截面以上，墙身截面积 = 4.054(m2) 重量 = 93.246 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.074 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 1.760 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.130 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 164.049(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=182.410(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.112(m) 截面宽度 B = 2.512 (m) 偏心距 e1 = 0.144(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.144 = 0.300*2.512 = 0.754(m) 截面上压应力: 面坡=87.780 背坡=42.832(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 87.780 = 2100.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -7.321 = 110.000(kPa)(六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 2.530(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 38.200(度) Ea=50.716 Ex=39.245 Ey=32.123(kN) 作用点高度 Zy=0.846(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在： 第2破裂角=12.623(度) 第1破裂角=39.650(度) Ea=50.915 Ex=34.317 Ey=37.612(kN) 作用点高度 Zy=0.929(m) 墙身截面积 = 2.998(m2) 重量 = 68.958 kN 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 0.00 0.00 0.00 0.00 墙背坡侧: -0.26 0.00 1.91 -2.45 墙 底 面: -0.00 1.54 1.27 -2.53 墙背与第二破裂面之间土楔重 = 12.955(kN) 重心坐标(1.337,-0.663)(相对于墙面坡上角点) 强度验算 地下水作用力及合力作用点坐标(相对于墙面坡上角点) X分力(kN) Y分力(kN) Xc(m) Yc(m) 墙面坡侧: 0.00 0.00 0.00 0.00 墙背坡侧: -0.26 -0.11 1.58 -2.45 验算截面以上，墙身截面积 = 2.798(m2) 重量 = 64.358 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 0.592 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 1.241 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 0.929 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 115.031(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=76.479(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.665(m) 截面宽度 B = 1.6