水利计算公式

1、河床稳定计算及河相分析1.1.河床稳定计算河床稳定指标可采用横向稳定指标、纵向稳定指标及综合稳定指标3种形式分析，以确定河道特性。1.1.1. 河道横向稳定分析河道横向稳定系数按下式计算：Q.5?,?=J2B式中：?黄向稳定系数；Q造床流量，m3/s;J河床比降；B相当于造床流量的平摊河宽，m。1.1.2. 河道纵向稳定分析水流对河床泥沙的拖曳力与床面泥沙抵抗运动的摩阻力之间的相互作用，决定河床的纵向稳定性。根据黄河水利出版社出版治河及泥沙工程中河道纵向稳定系数采用爱因斯坦水流强度函数按下式计算：?=?式中：?纵向稳定系数；D床沙平均粒径，mm;J河床纵比降；H河流平摊水深，m。1.1.3.

2、综合稳定指标综合稳定指标是综合考虑河床的纵、横向稳定性。建议采用的公式为（。2*h1.2. 河床演变分析与河相关系调查工程区河道历史主流及河道变迁，分析工程区河道形态。共分为蜿蜒型河道、游荡型河道两种形式。蜿蜒型河段一般凹岸崩退，凸岸淤长，凹岸深槽和过渡段浅滩在年内发生互相交替的冲淤变化。游荡型河道的河岸及河床抗冲性较差，从长距离来看河道往往呈藕节状，其中窄段水流归顺，有控制河势的作用，宽段则河床宽浅，洲滩密布，汉道交织，水流散乱，主流迁徙不定。河道的平面状态可用“宽、浅、散、舌L”四个字概括。在水流长期作用下形成的河床，其形态有一定的规律，大量资料表明，表征河床形态的水深、河宽、比降等，与来

3、水来沙条件及河床地质条件之间，有一定函数关系，这种关系便称为河相关系。根据俄罗斯国立水文所提出公式，河道横断面河相关系公式为：.BH式中：E河相相关系数；B造床流量下的水面宽（m）;H造床流量下的平均水深（m）;（蜿蜒型河道匚约为24，较为顺直的过渡性河段约为812，游荡型河道约为2030）护岸结构设计2.1.护岸顶高程确定根据堤防工程设计规范（GB50286-2013）（以下简称堤防规范）要求，堤顶高程为设计洪水位加超高值确定。堤顶超高按下式计算:?=?+?+?式中：Y堤顶超高（m）;R设计波浪爬高（m）;e设计风壅水面高度（m）;A安全加高（m）。a）当斜坡坡率m1.55.QH/LX.02

4、5时，设计波浪爬高r可按下式计算：Rp=KW.HL,1m2?=cot?式中：Rp为累积频率为P的波浪爬高（m）;K为斜坡的糙率及渗透性系数，mV1.0时，砌石护面取1.0；Kv为经验系数，可根据风速V（m/s）、堤前水深d（m）、重力加速度g（m/s2）组成的无维量V/Jgd确定；Kp为爬高累积频率换算系数，对不允许越浪的堤防，爬高累积频率取2%;m斜坡坡率；H堤前波浪的平均波高（m）；L堤前波浪的平均波长（m）;a斜坡坡脚。有关风浪的要素按堤防工程设计规范中的有关规定计算；b）设计风雍增水高度e按下式计算：kv2fe=cos2gd式中：e计算点的风壅水面高度（m）；K综合摩阻系数，取K=3.

5、6X10-6;V设计风速，按计算波浪的风速确定；F由计算点逆风向量到对岸的距离（m）;D水域的平均水深（m）;3-一风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（）。c）安全加高的选取安全加高A查堤防工程设计规范（GB502862013）表3.2.1,5级堤防按不允许越浪考虑安全加高为0.5m。1.2. 护坡厚度的确定C20混凝土护面的防护厚度采用下面公式计算：?Z?V一X的-?式中：t混凝土护面厚度（m）t系数，对开缝混凝土板可取0.075,（现浇混凝土板每10m设一道伸缩缝）；对上部为开缝板、下部为闭缝板可取0.10。H计算波浪高（m），取Hi%。查表并计算得H=0.25m；rb混凝土板的重度（kN/m

6、3），取24kN/m3;r水的重度，取10kN/m3；L波长（m）,L平均=3.46m；B沿斜坡方向的护面板长度（m）;m斜坡坡率，m=2.0。经计算，t=0.12m。工程区治理河段护岸考虑了磨损年限、冻融循环、抗腐蚀耐久性等综合因素，并参考当地已建护岸工程经验，采用C20磔预制皎接式生态护坡厚度采用0.12m。1.3. 坡脚确定通过计算局部冲刷深度来确定具体的防冲护砌范围，除河床基岩出露的河段外，其它河段护岸的护脚局部冲刷深度计算采用堤防工程设计规范（GB50286-2013）中平顺护岸冲刷深度计算公式，按设计洪水位进行局部冲刷深度计算。nUCP冲刷深度UchsHo式中：hs局部冲刷深度（m

7、）;Ho冲刷处的水深（m）;Ucp近岸垂线平均流速（m/s）;Uc泥沙的启动流速（m/s）;粘性与沙质河床采用张瑞瑾公式计算，卵石河床采用长江科学院公式计算；n与防护岸坡在平面上的形状有关，本次取n=1/4。10+?）张瑞瑾公式：?=（弟）Vl7.6?5o+0.000000605?o?长江科学院公式:长江科学院的起动公式计算粉?）1?7?=1.08V?（?。）式中:d50河床的中值粒径（m）;H0行进水流水深（m）;rs,r分别为泥沙与水的重度（KN/m3）,g为重力加速度（m/s2）,Ucp的计算应符合下列规定：2?=?二c1+?式中：U行近流速（m/s）;门流流速分配不均匀系数，根据水流流

8、向与岸坡交角a角查表。表水流流速不均匀系数表a?式中：K0抗倾覆稳定安全系数；Mv抗倾覆力矩（kN.w）;Mh倾覆力矩（kN.m）。挡土墙地基应力验算esseE?E?,?.?k-?一豆切式中：amax.min基底的最大和最小压应力（kPa）；&垂直荷载（KN）;A底板面积（m2）；虱一一荷载对底板形心轴的力矩（kN.m）;X底板的截面系数（m3）。2.5.护坡的稳定计算护坡的稳定计算包括整体稳定和边坡内部稳定计算两种情况。2.5.1. 整体稳定计算由于蒲河河床基岩出露较高，基础脚槽均布置在岸坡基岩的弱风化层上限，不会发生沿护坡底面的滑动。护岸及岸坡基础土的滑动根据堤防工程设计规范（GB5028

9、6-2013）附录F公式F.0.3-1瑞典圆弧法进行计算。计算公式为：E（?土？?？?-?+?=E（?土？?？?4?式中：W土条重量（kN）;Q、V水平和垂直地震惯性力（kN）;u作用于土条底面的空隙压力（kN/m2）;0一块重力线与通过此条块地面中点的半径之间的夹角（）;b土条宽度（m）;c、一条底面有效凝聚力（kN/m2）和有效内摩擦角（）;Mc水平地震惯性力对圆心的力矩（kN.m）。R圆弧半径（m）;用理正岩土计算系列软件中边坡稳定计算程序对迎水面边坡的抗滑稳定进行计算，K=1.8251.25满足规范要求，护坡稳定。2.5.2. 边坡内部稳定计算一般不稳定破坏发生在枯水期，护坡体和岸坡是

10、两种不同抗剪强度的材料，水位较低时,往往沿抗剪强度较低的接触面向下滑动，计算时假定滑动面经过坡前水位和坡岸滑动裂面的交点，全滑动面为abc折线，折点b以上的护坡体产生滑动力，依靠下部护坡体的内部摩擦阻力平衡。计算如下：维持极限平衡所需的护坡体内部摩擦系数f2值按下列公式计算：?22?-?+?=0?八?（?2-?1）.V1+?1”？?2?2/?2-?1?2?2+?1）?=V1+?2+?vi+?2vi+?2”？?21+?1?2?=?vi+?2=-式中：m1折点b以上护坡内坡的坡率，取1.5;m2折点b以下护坡内坡的坡率，取2.0;n=fl/f2；fl护坡和基土之间的摩擦系数取0.65;f2维持极限

11、平衡所需的护坡体内部摩擦系数；W1,W2护坡体质量。护坡稳定安全系数按下式计算：?=?/?式中:（）护坡体内摩擦角，取45。当m=1.5时，经试算得f2=0.6,则斜坡式护岸稳定安全系数K=1.661.20，满足规范要求，当m1.5时，经试算，则坡式护岸稳定安全系数K1.2不满足规范要求，因此护岸坡比不陡于1.5满足设计要求。图5.4-8固滨笼挡土墙受力简图经分析，在建成未运行条件下，挡土墙处于最不利状况，据此分析挡土墙的抗滑稳定、抗倾稳定及地基承载力。计算成果见下表。挡墙类别抗滑稳定安全系数Kc抗倾覆稳定安全系数K0地基承载力（Mpa）设计值允许值设计值允许值PmaxPmin重力式1.613

12、1.252.1231.500.3630.092表5.4-3挡墙稳定计算成果（完建情况）满足设计要求。由地从上表可知，挡墙抗滑和抗倾覆稳定安全系数均大于规范规定值,质提供资料，粉砂岩承载力标准值1.01.21Mpa,满足设计要求。闸坝3.1.抗滑稳定计算根据水闸设计规范SL265-2001抗滑稳定计算公式如下:?=式中:kc沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f闸室基底面与地基之间的摩擦系数，f=0.52;Ss作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）;a作用在闸室上全部水平向荷载（kN）。1.4. 闸室基底应力计算根据水闸设计规范SL265-2001闸室基底应力计算公式如下:?_E?E?.?一万？-?式中

13、:pmax闸室基底应力的最大值或最小值（kPa）；全作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）;匆作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（kN.m）;A闸室基底面的面积（m2）；W闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）。各闸坝在各工况下抗滑稳定均满足规范要求，坝基应力小于地基承载力，应力不均匀系数满足规范要求。橡胶坝4.1.泄洪流虽依据橡胶坝设计规范附录A橡胶坝泄洪能力计算,QmB2gh3/2式中：Q一过坝流量，m3/s;B一溢流断面的平均宽度，m；bb计入行进流速水头的宽堰顶水头，m；m一流量系数；一淹没系数，可取宽顶堰的实验数据，取=1;一堰流侧

14、收缩系数，与边界条件无关，取=1。m=0.360.45。1.5. 按照规范规定，坝袋冲胀时，可视为曲线型实用堰，流量系数坝下游河道水深计算坝下游河道水深按下式推算：12?=一?式中：Q坝泄流能力，m3/s;n河槽糙率系数，选用n=0.035;A河槽过水断面面积A;R水力半径；J河道洪水比降。4.3.底流消能计算底流消能采用矩形断面等宽消力池，采用SL265-2001水闸设计规范和水工计算手册中有关底流消能的公式进行计算。消力池深度计算，.一hchsZhchc28g2ghF1Tohc22q2g2hs2，22ghc式中:d消力池深度（m）;b0冰跃淹没系数，可采用1.051.10;hc”成后水深（m）;hc收缩水深（m）;aT流动能校正系数，可采用1.01.05;q一消力池单宽流量(m2/s)T0由消力池底板顶面算起的总势能(m);Z出池落差(m