河床稳定计算及河相

河床稳定计算及河相分析河床稳定计算河床稳定指标可可采用横向稳稳定指标、纵纵向稳定指标标及综合稳定定指标3种形式分析析，以确定河河道特性。河道横向稳定分分析河道横向稳定系系数按下式计计算:∅式中：∅b横向稳定系数；Q造床流量，mm3/s；J河床比降；B相当于造床流流量的平摊河河宽，m。河道纵向稳定分分析水流对河床泥沙沙的拖曳力与与床面泥沙抵抵抗运动的摩摩阻力之间的的相互作用，决决定河床的纵纵向稳定性。根根据黄河水利利出版社出版版《治河及泥泥沙工程》中中河道纵向稳稳定系数采用用爱因斯坦水水流强度函数数按下式计算算：∅式中：∅ℎ纵向稳定系数；D床沙平均粒径径，mm；J河床纵比降；；H河流平摊水深深，m。综合稳定指标综合稳定指标是是综合考虑河河床的纵、横横向稳定性。建建议采用的公公式为河床演变分析与与河相关系调查工程区河道道历史主流及及河道变迁，分分析工程区河河道形态。共共分为蜿蜒型型河道、游荡荡型河道两种种形式。蜿蜒型河段一般般凹岸崩退，凸凸岸淤长，凹凹岸深槽和过过渡段浅滩在在年内发生互互相交替的冲冲淤变化。游荡型河道的河河岸及河床抗抗冲性较差，从从长距离来看看河道往往呈呈藕节状，其其中窄段水流流归顺，有控控制河势的作作用，宽段则则河床宽浅，洲洲滩密布，汊汊道交织，水水流散乱，主主流迁徙不定定。河道的平平面状态可用用“宽、浅、散散、乱”四个字概括括。在水流长期作用用下形成的河河床，其形态态有一定的规规律，大量资资料表明，表表征河床形态态的水深、河河宽、比降等等，与来水来来沙条件及河河床地质条件件之间，有一一定函数关系系，这种关系系便称为河相相关系。根据俄罗斯国立立水文所提出出公式，河道道横断面河相相关系公式为为:式中:ξ河相相关系数数；B造床流量下的的水面宽（mm）；H造床流量下的的平均水深（m）；（蜿蜒型河道ζζ约为2~4，较为为顺直的过渡渡性河段约为为8~12，游游荡型河道ζζ约为20~330）护岸结构设计护岸顶高程确定定根据《堤防工程程设计规范》（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：Y=R+e+A式中：Y堤顶超高(mm)；R设计波浪爬高高(m)；e设计风壅水面面高度(m))；A安全加高(mm)。a)当斜坡坡率率时，设计波波浪爬高R可按下式计计算:m=cotα式中：Rp——为累积积频率为P的波浪爬高高(m)；——为斜坡的糙糙率及渗透性性系数，时，砌砌石护面取11.0；Kv——为经验验系数，可根根据风速V（m/s）、堤堤前水深d((m)、重力力加速度g((m/s2)组成的无维维量确定；Kp——为爬高高累积频率换换算系数，对对不允许越浪浪的堤防，爬爬高累积频率率取2%；m——斜坡坡率率；——堤前波浪的的平均波高((m)；L——堤前波浪浪的平均波长长（m）；a——斜坡坡脚脚。有关风浪的要素素按《堤防工工程设计规范范》中的有关关规定计算；；b)设计风雍增增水高度e按下式计算算:式中：e——计算点的的风壅水面高高度(m)；K——综合摩阻阻系数，取KK=3.6××10-6；V——设计风速速，按计算波波浪的风速确确定；F——由计算点点逆风向量到到对岸的距离离（m）；D——水域的平平均水深（mm）；β——风向与垂垂直于堤轴线线的法线的夹夹角（°）。c)安全加高的的选取安全加高A查《堤堤防工程设计计规范》(GGB502886—20113)表3.2.11，5级堤防按不不允许越浪考考虑安全加高高为0.5mm。护坡厚度的确定定C20混凝土护护面的防护厚厚度采用下面面公式计算::t=ηH式中：t——混凝土护护面厚度（mm）η——系数，对对开缝混凝土土板可取0..075，（现现浇混凝土板板每10m设一道道伸缩缝）；；对上部为开开缝板、下部部为闭缝板可可取0.100。H——计算波浪浪高（m），取H1%。查表并并计算得H1%=0.225m；rb——混凝土土板的重度（kN/m3），取24kN/m3；r——水的重度度，取10kkN/m3；L——波长（mm），L平均=3.446m；B——沿斜坡方方向的护面板板长度（m）；m——斜坡坡率率，m=2..0。经计算，t=00.12m。工程区治理河段段护岸考虑了了磨损年限、冻冻融循环、抗抗腐蚀耐久性性等综合因素素，并参考当当地已建护岸岸工程经验，采采用C20砼预制制铰接式生态态护坡厚度采采用0.122m。坡脚确定通过计算局部冲冲刷深度来确确定具体的防防冲护砌范围围，除河床基基岩出露的河河段外，其它它河段护岸的的护脚局部冲冲刷深度计算算采用《堤防防工程设计规规范》（GBB502866-20133）中平顺护护岸冲刷深度度计算公式，按按设计洪水位位进行局部冲冲刷深度计算算。冲刷深度式中：hs——局部冲冲刷深度（mm）；H0——冲刷处处的水深（mm）；Ucp——近岸岸垂线平均流流速（m/ss）；Uc——泥沙的的启动流速（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——与防护岸岸坡在平面上上的形状有关关，本次取nn=1/4。张瑞瑾公式:U长江科学院公式式:长江科学院院的起动公式式计算U式中：d50——河床床的中值粒径径（m）；H0——行进水水流水深（mm）；rs，r——分分别为泥沙与与水的重度（KN/m3），g为重力加速度（m/s2），Ucp——的计计算应符合下下列规定：U式中：U——行近流速速（m/s）；η——水流流速速分配不均匀匀系数，根据据水流流向与与岸坡交角αα角查表。表水流流速不均均匀系数表a≤15°20°30°40°50°60°70°80°90°η11.251.51.7522.252.52.753根据设计洪水与与护岸的关系系、洪峰流速速及河床质等等因素，选用用张瑞瑾公式式最终确定各各段护岸的冲冲刷深度基础埋深确定根据规定，防洪洪墙基础砌置置深度，应根根据地基土质质和冲刷计算算确定，要求求在冲刷线以以下0.5～1.0m。在在季节性冻土土地区，还应应满足冻结深深度的要求。结结合工程区抗抗冲刷及抗冻冻、地基情况况要求及河道道河势变迁情情况，考虑该该河段无明显显滩槽、河道道渠槽化、主主河槽摆动明明显等特征，本本次堤基冲刷刷深按深泓点点作为地面高高程，满足冲冲刷线以下计计算深度。综综合考虑，确确定护岸堤基基埋置深度按按以下要求确确定:a.满足冲刷要要求根据冲刷计算，工工程段冲刷深深度为1.000～1.91mm，结合河道道断面演变情情况分析及平平顺段冲刷深深度计算结果果，综合确定定工程区堤基基平顺段埋置置于深泓点以以下2.0mm，斜冲段埋埋置于深泓点点以下2.55m。b.满足冻土深深度的要求本本工程区最大大冻土深度00.9m，地地基最低埋置置深度2.00m，根据冲冲刷深度要求求，本段堤防防埋置深度满满足冻土要求求。c.满足地基承承载力的要求求。基础在满满足以上两点点的前提下，还还需要满足地地基承载力要要求。根据该该段堤防沿线线基础地质情情况，多半工工程基础坐落落与基岩上，只只有少部分堤堤防工程基础础落于粉质壤壤土和砂砾石石上，需对基基础进行适当当放大处理，满满足承载力要要求。综上所述，本次次设计项目区区确定工程区区堤基平顺段段埋置于深泓泓点以下2..0m，斜冲冲段埋置于深深泓点以下22.5m。由由于工程区部部分区域基岩岩层相对较高高，位于冲刷刷深度以上，因因此将该区段段堤防基础底底部坐落于基基岩强弱分划划线以下0..5m，其余余区段基础埋埋深按照冲刷刷深度计算成成果控制。护坡护脚计算堤防斜坡段迎水水面采用大块块型铰接护坡坡砖防护，底底部基础为格格宾石笼；格格宾石笼堤脚脚外设抛石护护脚。在水流流作用下，护护脚块石保持持稳定的抗冲冲粒径按《堤堤防工程设计计规范》附录录D.3.44公式计算。式中：d—折算粒径（mm）；W—石块重量（kkN）；V—水流流速，取取最大流速为为4.0m//s；g—重力加速度度（9.811m/s2）；C—石块运动的的稳定系数；；水平底坡CC=1.2；；γs—石块的容容重，取266.5kN//m3；γ—水的容重，取取10kN//m3。经计算，d=00.15m，工工程拟采用粒粒径不小于00.2m的石石块作为护脚脚抛石。挡墙稳定计算挡墙的抗滑和抗抗倾覆稳定安安全系数按《堤堤防工程设计计规范》(CCB502886-20113)附录F中的有关规规定进行计算算，当地基为为基岩时，挡挡墙抗滑稳定定安全系数和和抗倾稳定安安全系数按表表5.4-22选取，基底底最大应力小小于地基土的的允许承载力力【R】。抗滑稳定安全系系数K式中：Kc——抗滑稳稳定安全系数数；ΣW——作用于于墙体上的全全部垂直力的的总和（kNN）；ΣP——作用于于墙体上的全全部水平力的的总和（kNN）；f——底板与堤堤基之间的摩摩擦系数。抗倾覆稳定安全全系数K式中：K0——抗倾覆覆稳定安全系系数；Mv——抗倾覆覆力矩（kNN.w）；MH——倾覆力力矩（kN..m）。挡土墙地基应力力验算σ式中：σmax.miin——基底的最最大和最小压压应力（kPPa）；ΣG——垂直荷荷载（KN）；A——底板面积积（m2）；ΣM——荷载对对底板形心轴轴的力矩（kkN.m）；；ΣW——底板的的截面系数（m3）。护坡的稳定计算算护坡的稳定计算算包括整体稳稳定和边坡内内部稳定计算算两种情况。整体稳定计算由于蒲河河床基基岩出露较高高，基础脚槽槽均布置在岸岸坡基岩的弱弱风化层上限限，不会发生生沿护坡底面面的滑动。护护岸及岸坡基基础土的滑动动根据《堤防防工程设计规规范》（GBB502866-20133）附录F公公式F.0..3-1瑞典典圆弧法进行行计算。计算算公式为:K=式中：W——土条重量量（kN）；；Q、V——水平平和垂直地震震惯性力（kkN）；u——作用于土土条底面的空空隙压力（kkN/m2）；θ——条块重力力线与通过此此条块地面中中点的半径之之间的夹角（°）；b——土条宽度度（m）；c'、Φ'———土条底面有有效凝聚力（kkN/m2）和有效内内摩擦角（°°）；Mc——水平地地震惯性力对对圆心的力矩矩（kN.mm）。R——圆弧半径径（m）；用理正岩土计算算系列软件中中边坡稳定计计算程序对迎迎水面边坡的的抗滑稳定进进行计算，KK=1.8225>1.225满足规范范要求，护坡坡稳定。边坡内部稳定计计算一般不稳定破坏坏发生在枯水水期，护坡体体和岸坡是两两种不同抗剪剪强度的材料料，水位较低低时，往往沿沿抗剪强度较较低的接触面面向下滑动，计计算时假定滑滑动面经过坡前水水位和坡岸滑滑动裂面的交交点，全滑动动面为abcc折线，折点点b以上的护护坡体产生滑滑动力，依靠靠下部护坡体体的内部摩擦擦阻力平衡。计计算如下：维持极限平平衡所需的护护坡体内部摩摩擦系数f2值按下列公公式计算：AA=B=C=式中:m1——折点bb以上护坡内内坡的坡率，取取1.5；m2——折点bb以下护坡内内坡的坡率，取取2.0；n=fl/f22；fl——护坡和和基土之间的的摩擦系数取取0.65；f2——维持极极限平衡所需需的护坡体内内部摩擦系数数；W1，W2———护坡体质量量。护坡稳定安全系系数按下式计计算:K=tgφ/式中：φ——护坡体内内摩擦角，取取45°。当m=1.5时时，经试算得得f2=0.6，则则斜坡式护岸岸稳定安全系系数K=1..66>1.20，满满足规范要求求，当m<11.5时，经经试算，则坡坡式护岸稳定定安全系数KK<1.2不不满足规范要要求，因此护护岸坡比不陡陡于1.5满足设设计要求。图5.4-8固滨笼挡土墙受受力简图经分析，在建成成未运行条件件下，挡土墙墙处于最不利利状况，据此此分析挡土墙墙的抗滑稳定定、抗倾稳定定及地基承载载力。计算成成果见下表。表5.4-3挡墙稳稳定计算成果果（完建情况况）挡墙类别抗滑稳定安全系系数Kc抗倾覆稳定安全全系数K0地基承载力（MMpa）设计值允许值设计值允许值PmaxPmin重力式1.6131.252.1231.500.3630.092从上表可知，挡挡墙抗滑和抗抗倾覆稳定安安全系数均大大于规范规定定值，满足设设计要求。由由地质提供资资料，粉砂岩岩承载力标准准值1.0～1.21MMpa，满足足设计要求。闸坝抗滑稳定计算根据《水闸设计计规范》SLL265-22001，抗抗滑稳定计算算公式如下::K式中：kc——沿闸闸室基底面的的抗滑稳定安安全系数；f——闸室基底底面与地基之之间的摩擦系系数，f=00.52；ΣG——作用用在闸室上的的全部竖向荷荷载（kN）；；ΣH——作用用在闸室上全全部水平向荷荷载（kN）。闸室基底应力计计算根据《水闸设计计规范》SLL265-22001，闸闸室基底应力力计算公式如如下:P式中：Pmax——闸闸室基底应力力的最大值或或最小值（kPaa）；ΣG——作用用在闸室上的的全部竖向荷荷载（kN）；ΣM——作用用在闸室上的的全部竖向和和水平向荷载载对于基础底底面垂直水流流方向的形心心轴的力矩（kN..m）；A——闸室基底底面的面积（m2）；W——闸室基底底面对于该底底面垂直水流流方向的形心心轴的截面矩矩（m3）。各闸坝在各工况况下抗滑稳定定均满足规范范要求，坝基基应力小于地地基承载力，应应力不均匀系系数满足规范范要求。橡胶坝泄洪流量依据《橡胶坝设设计规范》附附录A橡胶坝坝泄洪能力计计算，式中：Q—过坝流量，mm3/s；—溢流断面的平平均宽度，；—计入行进流速速水头的宽堰堰顶水头，；—流量系数；—淹没系数，可可取宽顶堰的的实验数据，取取=1；—堰流