水利工程施工截流课程设计说明书.doc

精品文档大渡河截流课程设计说明书 姓名：坏痞乖男日期：2017年2月19日目录1、课程设计目的32 基本资料33、截流的水力计算53.1计算步骤53.1.1计算下游水位53.1.2戗堤顶部高程的确定53.1.3戗堤高度、顶长与顶宽53.2截流过程分析与水力计算73.3合龙设计流量组成83.4 图解法94.流态判别134.1求水深134.2求断面平均流速145截流过程的水力参数及抛投料的计算155.1计算截流过程水力参数155.2抛投料的计算165.2抛投料尺寸的计算165.3抛投量计算17.水利工程施工课程设计说明书1、课程设计目的课程设计的主要目的是巩固和掌握课堂所学知识，培养学生运用本课程的知识解决实际问题的能力。本次课程设计的主要内容是水利水电工程施工截流设计。2 基本资料大渡河上某水电工程采用单戗立堵进占，河床的剖面图见图1。戗堤处水位流量关系见表1和图2。戗堤端部边坡系数n=1.2，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5。截流材料采用当地的中粒黑云二长花岗岩，容重为26kN/m3。该工程坝址处天然水位流量关系见表1，施工导流采用左、右岸各布置一条导流隧洞导流，左、右导流隧洞联合泄流的上游水位和泄流流量关系见表2和图3。 图1 河床剖面图表1 坝址处天然水位流量关系流 量（m3/s）2503174105001000水位（m）952.15952.71953.48954.00955.87951.5952952.5953953.5954954.5955955.5956956.5020040060080010001200流量（m3/s）高程（m）图2 坝址处天然水位流量关系曲线表2 上游水位导流隧洞泄流量关系泄流流量（m3/s）01503004108001400上游水位（m）953.00955.40957.03958.00960.66964.12952954956958960962964966050010001500流量（m3/s)上游水位（m）图3 上游水位导流隧洞泄流量关系曲线3、截流的水力计算截流设计是施工导流设计重要组成部分，目前我国水利水电工程截流多采用立堵截流，本次设计按立堵截流设计。其设计内容分为：截流水力计算、截流水力分区和备料量设计。截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段，采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用截流时段10%20的月平均或者旬平均流量作为设计标准。截流的水力计算中龙口流速的确定一般采用图解法，截流水力计算如下。3.1计算步骤3.1.1计算下游水位 截流设计流量，计算时不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。根据坝址处天然水位与流量关系曲线，由内插法可知,3.1.2戗堤顶部高程的确定截流设计流量为，对上游水位导流隧洞泄流量关系曲线使用内插法，可得设计流量对应水位高程为956.74m，故取戗基高程为957m。 3.1.3戗堤高度、顶长与顶宽截流戗堤处河床底部高程为951m，可求得戗堤的设计高度为7m。若取河谷两侧坡比为1:1，由河谷在高程957m处宽度为46.9m，可求得戗堤顶部长为48.9m，计算时按约为49m进行计算，戗堤宽度取20m。通过对表3进行表上作业，可得分流流量与上游水位关系曲线与龙口泄水曲线如图4和图5所示。表3 水位与下泄流量跟龙口流量的关系上游水位（m）设计流量(m3/s)下泄流量（m3/s）Qd龙口流量Qg9532730.00273.00953.527331.25241.7595427362.50210.50954.527393.75179.25955273125.00148.00955.4273150.00123.00955.5273159.20113.80956273205.2167.79956.5273251.2321.77956.74273273.000.00图4 上游水位与下泄流量关系曲线图5 上游水位龙口流量关系曲线3.2截流过程分析与水力计算随着戗堤进占，河床断面不断束窄，上下游落差亦逐渐增大，其断面及流态变化过程如下：1）梯形淹没流 2）梯形非淹没流 3）三角形淹没流 4）三角形非淹没流梯形断面与三角形断面的分界点的确定：，即当龙口宽度大于14m时为梯形断面，当龙口宽度小于14m时为三角形断面。由龙口泄水能力计算按照宽顶堰公式计算：式中 流量系数当，为淹没流，当，为非淹没流，龙口平均过水宽度梯形断面：三角形断面：龙口上游水头梯形断面：三角形断面：其中：龙口上下游水位差戗堤高度戗堤端部边坡系数，取龙口上游水位河道底板高程由连续方程可得龙口流速计算公式为 ： -淹没流时：式中：龙口底板以上的下游水深非淹没流时：式中 ：龙口断面的临界水深I即淹没出流时： 对于梯形断面： 对三角形断面：。II非淹没出流时： 对于梯形断面：对三角形断面：；3.3合龙设计流量组成一般情况下，截流设计流量Q0由四部分组成：式中，Q龙口流量；Qd分流量（分流建筑物中通过的流量）；Qs戗堤渗透流量；Qac上游河槽中的调蓄流量。由于不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量，则有：。 联立上述方程：即可得到龙口处水力参数变化规律。3.4 图解法分别取定龙口宽度为B=6.5m，11.5m，16.5m，21.5m，26.5m，31.5m，36.5m，41.5m，46.5m时不同上游水位下的龙口泄流量和隧洞分流量。由截流设计流量358m3/s，坝址处天然水位流量关系曲线内插得设计流量下的坝址处天然水位为952.34m，设计中截流设计流量为定值，故认为下游水位不变。龙口泄流量计算结果见附录（附表4到附表12）。表4 B=46.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg46.501.340.000.00031.3080.000.51.840.270.38031.308131.3312.340.430.38531.572192.631.52.840.530.38531.972260.8223.340.600.38532.372336.812.53.840.650.38532.773420.3434.340.690.38533.173511.213.54.840.720.38533.573609.3245.340.750.38533.973714.55表5 B=41.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg41.501.3400.00026.6080.000.51.840.270.38026.608111.6212.340.430.38526.608162.341.53.840.390.38527.808356.6623.340.600.38526.608276.832.53.840.650.38526.608341.2734.340.690.38526.608410.053.54.840.720.38526.608482.9145.340.750.38526.608559.65表6 B=36.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg36.501.340.00021.310.000.51.840.270.3821.3189.3812.340.430.38521.57131.621.52.840.530.38521.97179.2423.340.600.38522.37232.772.54.840.520.38523.57427.8234.340.690.38523.17357.113.54.840.720.38523.57427.8245.340.750.38523.97504.22表7 B=31.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg31.501.340.000.00016.310.000.51.840.270.38016.3168.4112.340.430.38516.57101.111.52.840.530.38516.97138.4623.340.600.38517.37180.752.53.840.650.38517.77227.9534.340.690.38518.17280.053.54.840.720.38518.57337.0845.340.750.38518.97399.05表8 B=26.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg26.501.340.000.00011.310.000.51.840.270.38011.3147.4412.340.430.38511.5770.601.52.840.530.38511.9797.6723.340.600.38512.37128.732.53.840.650.38512.77163.8234.340.690.38513.17203.003.54.840.720.38513.57246.3345.340.750.38513.97293.89表9 B=21.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg21.501.340.000.0006.310.000.51.840.270.3806.3126.4612.340.430.3856.5740.101.52.840.530.3856.9756.8823.340.600.3857.3776.702.53.840.650.3857.7799.6934.340.690.3858.17125.953.54.840.720.3858.57155.5945.340.750.3858.97188.72表10 B=16.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg16.501.2150.000.0001.6080.0000.51.7150.290.3831.6086.11612.2150.450.3852.23312.5471.52.7150.550.3852.73720.87023.2150.620.3853.24131.8462.53.7150.670.3853.74545.70834.2150.710.3854.24962.6753.54.7150.740.3854.75382.94745.2150.770.3855.257106.717表11 B=11.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg11.510.1327.5950.3850.1330.0111.50.6322.3750.3850.6370.54521.1321.7670.3851.1412.3412.51.6321.5320.3851.6455.84432.1321.4070.3852.14911.4003.52.6321.3300.3852.65319.30543.1321.2770.3853.15729.8224.53.6321.2390.3853.66143.188表12 B=6.5m流量落差计算表BZH0Z/H0mBQg6.530.04862.0690.3850.0490.0013.50.5486.3830.3850.5530.38341.0483.8160.3851.0571.9344.51.5482.9060.3851.5615.126由计算结果绘制不同宽度时上游水位与龙口泄流量关系曲线和龙口泄流量与上游水位关系曲线，曲线交点即为龙口在各宽度时的上游水位和泄流量，如下：图6:龙口流量与上游水位的关系从上图可看出，当戗堤宽度较大时，上游水位较低，龙口泄流量较大。随着龙口宽度减小，上游水位逐渐增高，龙口泄流量逐渐减小。当龙口宽度为0时，上游来流全部经由导流隧洞泄流。根据图表数据求出各交点，结果见下表：龙口宽度B龙口泄流量Qd上游水位H46.5233.5953.6341.5222.3953.8136.5204.8954.0931.5185.8954.426.5160.5954.821.5126.4955.3516.582.7955.8411.531956.46.54.13956.69表13 不同龙口宽度下的上游水位和龙口泄流量由上表中可看出，当龙口宽度为46.5m时，龙口泄流量小于设计流量，这是因为在截流水力计算中没有考虑戗堤的渗流和上游河床的调蓄流量，实际情况应当是龙口宽度为0时导流隧洞泄流量小于设计流量358m3/s。4.流态判别4.1求水深由表13中计算结果，判断不同宽度下水流流态及堰流类型，并求相应龙口断面水深。计算表及结果见下表：表14 不同宽度下的流态及水深BZH0Z/H0液态断面类型h46.51.292.630.49非淹没流梯形1.75441.51.472.810.52非淹没流梯形1.87436.51.753.090.57非淹没流梯形2.06031.52.063.40.61非淹没流梯形2.26726.52.463.80.65非淹没流梯形2.53421.53.014.350.69非淹没流梯形2.90116.53.54.720.74非淹没流三角形3.96111.54.063.191.27非淹没流三角形2.6816.54.351.403.11非淹没流三角形1.1754.2求断面平均流速导截流工程中确定材料用料及用量时首先要计算戗堤龙口处的断面流速，龙口流速计算公式为：式中，为龙口计算断面水深，根据设计截流方法、断面类型、出流类型根据规范求得。为过水断面平均宽度，按如下方法计算。当断面为梯形时，当断面为三角形是，为戗堤高度（7m），为戗堤端部边坡系数（取1.0）。 （1）梯形断面淹没流，由于进占过程中，龙口底部高程不变，为常数。（2）梯形断面非淹没流，按下式计算，式中，戗堤端部边坡系数；计算断面动能修正系数，常取计算。按上式计算需要进行试算。有时为了简化计算，常用矩形断面临界水深代替梯形断面临界水深，此时 （3）三角形断面淹没流， （4）三角形断面非淹没流， 表15 戗堤各宽度下龙口流速龙口宽度B龙口泄流量hV46.5233.51.75431.8044.18741.5222.31.87426.9484.40336.5204.82.06022.1724.48331.5185.82.26717.4204.70526.5160.52.53412.7414.97221.5126.42.9018.1815.32716.582.73.9614.7534.39211.5312.6813.2183.5936.54.131.1751.4102.494由上表中数据可知，龙口合拢过程中龙口流速变化先增大后减小。最大流速约为5.327m/s。5截流过程的水力参数及抛投料的计算5.1计算截流过程水力参数根据表18中结果列表计算龙口流速、单宽流量变化过程如下表所示：表19 截流过程水力参数计算表B上下游落差ZV46.51.294.18741.51.474.40336.51.754.48331.52.064.70526.52.464.97221.53.015.32716.53.54.39211.54.063.5936.54.352.494由表19中数据可绘制龙口诸水力参数变化规律如下图：图7 龙口诸水力参数变化规律图5.2抛投料的计算抛投料计算主要为抛投块尺寸的计算以及抛投量的计算。5.2抛投料尺寸的计算抛投料尺寸计算采用伊兹巴公式，即式中， 为水流流速，m/s；为综合稳定系数；0.9为重力加速度，m/s2；为石块容重，kN/m3；为水容重，kN/m3；为石块折算成球体的化引直径，m。其中v为水流流速，m/s; K为综合稳定系数；其中混凝土四方体取0.68-0.72，混凝土立方体取0.76-0.80，块石取0.9；g为重力加速度，取;为石块的容重，取；为水的容重，取；D为石块折算成球体的化引直径，m。根据伊兹巴公式求得各流速下的抛投料尺寸如下表：表20 各龙口宽度下抛投块粒径BV粒径d46.54.1870.66841.54.4030.73936.54.4830.76631.54.7050.84326.54.9720.94221.55.3271.08116.54.3920.73511.53.5930.4926.52.4940.237图8 戗堤顶部高程宽度与块体粒