计算说明书四

目录TOC\o"1-2"\h\z第一章调洪演算3§1.1调洪演算原理3§1.2调洪演算方法4§1.3调洪演算（按自由出流进行计算）5第二章土石坝坝顶高程确定16§2.1设计工况17§2.2校核工况19第三章土石坝渗流计算20§3.1渗流计算的理论与方法20§3.2渗流计算21第四章土石坝的稳定分析23§4.1稳定分析方法23§4.2稳定计算24第五章泄槽的水力设计32§5.1泄槽水面线的计算32§5.2泄槽挑坎的水力计算36第六章隧洞的计算38§6.1放空隧洞38§6.2发电引水隧洞39第七章导流隧洞的计算41附录：45附录1渗流试算程序45附录2放空隧洞计算程序47第一章调洪演算§1.1调洪演算原理洪水波在水库中前进时，沿程的水力要素均随时间而变化，其流态属于不稳定流，其运动的基本规律在水力学中可用圣维南方程进行描述，该方程由运动方程和连续方程构成。由于是一组拟线性双曲线型偏微分方程组，目前无法直接求得分析解。为此人们根据水库的入库水量平衡原理和水库的蓄泄关系组成方程组，用以知的入库洪水过程Q~t，由起调水位开始，逐时段连续求解方程组，从而求得水库出流过程q~t。下面对水库的水量平衡方程和水库的蓄泄关系进行说明。水库水量平衡方程示意图如下：图1.1水库水量平衡方程示意图洪水在水库中行进时，其流态属于明渠非恒定流，可用圣维南方程组来表达，方程组包括连续性方程和运动方程，一般难以得出精确的分析解。因此常采用简化了的近似解法，如瞬态法等。对江北河宁溪水库，运动方程可近似采用堰流公式：下泄流量：………………①式中m——流量系数；——溢流堰的侧收缩系数；——溢流堰堰顶水头；——溢流前缘宽度。连续性方程可简化为水库水量平衡方程式：……②式中Q1、Q2——分别为计算时分别为计算时段Δt始、末入库流量；q1、q2——分别为计算时分别为计算时段Δt始、末出库流量；V1、V2——分别为计算时分别为计算时段Δt始、末的水库蓄水量；Δt——计算时段，其长短的选择，应能较准确的反映洪水过程线的形状为原则。陡涨陡落时，Δt取短些；反之，取长些。当已知入库洪水过程线时，Q1、Q2为已知，V1、q1则是计算时段开始时的初始条件。于是，式②中的未知数仅剩V2、q2，当前一个时段的V2、q2求出后，其值即成为后一时段的V1、q1值，使计算有可能逐时段连续进行下去。当然，仅式②来求解V2、q2是不可能的，必须再有一个方程式q=f(V),与式②联立，才能同时解出V2、q2的确定值。前述的泄洪建筑物泄流能力q是水头H的函数，而又取决于库水位Z，Z又与库容V成函数关系，故实际上，q为V的单值函数。即…………③通过逐时段联解式②和式③，就可以求得水库下泄流量过程线、最大下泄流量qm、这场洪水所需防洪库容V防和水库最高洪水位Zm。§1.2调洪演算方法调洪演算的具体方法有很多种，本枢纽调洪演算采用半图解法（单辅助线法）。半图解法的计算原理求解式②和式③两个方程。先将水量平衡方程中的未知项和已知项分别列于等式的左右两边，即………④式中右端是已知项，左端是未知项，两个括号内都包含q/2和V/△t两项，它们都为q的函数。因此，可把式③改写成：…………⑤再进行调节计算时，式⑤可根据确定的溢洪建筑物的类型、尺寸和库容曲线、计算时段△t，绘出q～的辅助曲线。联解式④和式⑤采用下述步骤，而无需进行试算：1、从一时段开始，由入库洪水过程和起始条件就可以知道Q1、Q2、q1、V1，从而可以计算式④右端的数值，并以此值查q～曲线，便可得出第一时段末q2值。2、第一时段末各项的数值就是第二时段初始的各项数值。重复第一时段的解算方法，又可以的第二时段的q2值。这样逐时段进行下去，就可以得出整个下泄流量过程线q～t。§1.3调洪演算（按自由出流进行计算）1.3.1洪水过程线设计洪水标准为两百年一遇P=0.5％设计洪水流量Qm=5331.2m3/s校核洪水标准为两千年一遇P=0.05%校核洪水流量Qm=7900m3/s表1.1设计洪水5天历时洪峰过程线时段（天）011.062345Q典(%)10891005732.51912Q设(m3/s)533.14744.85331.23038.81732.61012.9639.7表1.2校核洪水5天历时洪峰过程线时段（天）011.062345Q典(%)10891005732.51912Q设(m3/s)7907031790045032567.51501948图1.2洪水过程线从调洪限制水位340.0m开始起调，在来流量等于下泄流量之前，由闸门控制，来多少泄多少。在来流量大于下泄流量后，闸门全开，作为无闸门的情况对待。堰底板高程有地形蓝图可确定为328.0m，电站取按两台机组发电流量（即：电站流量为60m3/s）。正常蓄水位为345.0m，最高限制水位为350.0m。由地质条件知，溢洪道处地质条件较好，故采用无缝墩，闸墩宽取d=3.0m。1.3.2方案①的调洪演算方案①：设堰顶高程为340.0m。则偃高P=340-328=12.0m；Hmax=350-340=10.0；P/Hmax=12.0/10.0=1.2<1.33，假设此堰是低堰；对低堰，应下游堰面水深较大，堰面一般不会出现过大的负压，不只发生破坏性空蚀和振动。因此，常选择较小的定型设计水头Hd，使高水位时的流量系数m加大，有利宣泄较大的洪水。一般定型设计水头Hd取0.6～0.85倍堰顶最大水头Hmax。但通过之前的自己的调洪试算，发现堰面水速较大，为避免破坏性空蚀和振动，采用Hd=0.85Hmax。即：Hd=0.85Hmax=8.5；查《水力学》ＷＥＳ堰流量系数图：取流量系数平均值m=0.475；侧收缩系数取=0.95；由于正常蓄水位为345.0m，堰上水头为h=345.0-340.0=5.0m；则：取闸门高为6m，一般h/b=1.0～1.3（b为闸门宽），故取b=8m；假定孔口数为n=7；则：L净=7*8=56m；L溢=n*b+（n-1）*d=56+(7-1)*3=74m;设计工况1、计算和绘制qq～辅助曲线线。假定不同的水位位，进行绘绘制q～辅助曲线线。计算如如表1.3所示。表1.3q～（V/△t+q//2）关系系计算表（△t=3h=10800s）堰前水位Z(m)堰顶水头H(m)总库容V(106m3)堰顶以上库容V(106m3)V/△t下泄流量q(m3/s)q/2(m3/s)V/△t+q//2340.00445006030303400.5463181666.789.144.61711.33422.55501059722.2434.3217.29939.43444.565020518981.551047523.5195053466.577032530092.661871935.531028.113488.588043540277.882890.81445.441723.2235010.599955451296.334058.72029.453325.77图1.3q～曲曲线2、推求下泄过程程由图1.2洪水过程程线查出每每时段的来来流量Q。第一时段的Q11=89..1m3/s，、Q2=2755m3/s，q1=60m3/s，V1=0（只计算算堰顶以上上部分），因因此，=11711..3m3/s，从从式④中计算得得=18004.2m3/s，查图1.3可得q2=1000m33/s。对第第二时段来来说，Q1=2755m3/s，、Q2=5000m3/s，q1=100mm3/s，=18044.2mm3/s，则可可计算出==20911.7mm3/s，查图图1.3可得q2=1100m3/s。第三三时段及以以后其它时时段的计算算方法同此此完全一样样，计算可可列成表1.4。表1.4设计工况况调洪计算算表序号时段t(h)流量Q(m3/s)平均流量Q(m3/s)下泄流量q(m3/s))V/Δt+q/2(m3/s)1-5.489.1194.689.11711.32-2.43001051816.8437.530.65751152149.3762.543.69501302796.8117556.614001703841.8165069.619002405321.82150712.624003007231.82675815.629504109606.83225918.6350056012421.8837501021.6400076015611.8845001124.65000101019351.8850251227.65050130023366.8848751330.64700155026941.8845251433.636.64350177529916.8841751536.64000198032316.8838501639.63700215034186.8835501742.63400227535586.883287.51845.63175237036599.333087.51948.63000245037316.882912.5202151.62825250037779.332637.521254.62450252037916.882337.52257.62225249537734.332162.52360.62100246037421.882037.52463.61975241036999.331912.52566.61850237536501.881787.52669.61725231035914.331662.52772.61600225035266.8815502875.61500218034566.8814402978.61380211533826.8813403081.61300205033051.881262.53184.61225197532264.331182.53287.61140190031471.88图1.4水库设计计调洪计算算成果3、求qm和Z设设将表1.4中的t、Q、q数据栏栏绘制在方方格纸中，得得Q～t和q～t两过程线线，为计算算合理，若若qm不出现在在Q～t线上就不不是真正的的qm，则可按按趋势从计计算的qm顺延到Q～t线上，如如图1.4得qm=25550-600=24990m3/s，按泄泄流能力公公式可算出出Z设=3477.3m。校核工况设计工况和校核核工况的qq～辅助曲线线相同。1、推求下泄过程程由图1.2洪水过程程线查出每每时段的来来流量Q。计算过过程与设计计工况相同同，计算过过程列表1.5如下：表1.5校核工况况调洪计算算表序号时段t(h)流量Q(m3/s)平均流量Q(m3/s)下泄流量q(m3/s))V/Δt+q/2(m3/s)1-8.489.1182.089.11711.32-5.42751001804.2387.53-2.45001102091.770040.69001252681.7115053.614001603706.7172566.620502305271.7247579.629003157516.73275812.6365046010476.774100915.6455064013616.7750251018.6550091018001.7758751121.66250127022966.7769001224.67550166028596.7774001327.67250215034336.7770001430.633.6675061502625301039186.7764501533.636.615057003010331043011.77592555251636.639.65700331045926.7755251739.65350352548141.7751751842.65000370049791.7748501945.644700381050941.775174575202148.64450390051706.7743002151.64150392552106.7740002254.63850393052181.7737252357.63600391051976.773487.52460.663.63375387551554.2232502563.63125382050929.2230252666.62925375050134.222812.52769.62700364049169.222612.52872.62525243550342048169.222462.52975.62400342047081.772312.53078.62225332045974.2222003181222062.53284.61950310043716.77图1.5水库校核核调洪计算算成果2、求qm和Z校校将表1.5中的t、Q、q数据栏栏绘制在方方格纸中，得得Q～t和q～t两过程线线，为计算算合理，若若qm不出现在在Q～t线上就不不是真正的的qm，则可按按趋势从计计算的qm顺延到Q～t线上，如如图1.5得qm=39440-600=38880m3/s，按泄泄流能力公公式可算出出Z校=3499.8m。1.3.3方案案②的调洪演算算方案②：设堰顶高程为为338.00m。则偃高P=3338.0-3228=100.0m；Hmax=3500-3388.0=112；P/Hmax=110.0//12.00=0.883，假设设此堰是低低堰；对低堰，应下游游堰面水深深较大，堰堰面一般不不会出现过过大的负压压，不只发发生破坏性性空蚀和振振动。因此此，常选择择较小的定定型设计水水头Hd，使高水水位时的流流量系数mm加大，有有利宣泄较较大的洪水水。一般定定型设计水水头Hd取0.6～0.85倍堰顶顶最大水头头Hmax。但但通过之前前的自己的的调洪试算算，发现堰堰面水速较较大，为避避免破坏性性空蚀和振振动，采用用Hd=0.885Hmaxx。即：Hd=0..85HHmax=10.22；查《水力学》WWES堰流量系系数图：取取流量系数数平均值mm=0.4475；侧收缩系数取==0.955；由于正常蓄水位位为345..0m，堰上水水头为h=3455.0-3338.00=7.0m；则：取闸门高为为8m，一般h/b=1.0～1.3（b为闸门宽宽），故取取b=9m；假定孔口数为nn=5；则：L净=nn*b=5**9=455m；L溢==n*b+n*d==45+5*3=600m;设计工况1、计算和绘制q～～辅助曲线线。假定不同的水位位，进行绘绘制q～辅助曲线线。计算如如表1.6所示。表1.6q～（V/△t+q//2）关系系计算表（△t=3h=10800s）堰前水位Z(m)堰顶水头H(m)总库容V(106m3)堰顶以上库容V(106m3)V/△t下泄流量q(m3/s)q/2(m3/s)V/△t+q//2338.00360006030303402.24631039537.0302.7151.49688.43424.255019017592.66749.1374.617967.223446.265029026851.881363.1681.627533.443468.277041037963.002139.81069.939032.9934810.288052048148.113044.11522.049670.1135012.299963959166.774060.22030.161196.88图1.6q～曲曲线2、推求下泄过程程由图1.2洪水过程程线查出每每时段的来来流量Q，计算过过程与方案案①相同，计计算过程列列表1.7如下：表1.7设计工况况调洪计算算表序号时段t(h)流量Q(m3/s)平均流量Q(m3/s)下泄流量q(m3/s))V/Δt+q/2(m3/s)1-2.4302.743808302.79688.420.65753159824.5762.533.695033010272117546.6140036011117165059.61900440124072150612.62400550141172650715.62900650162173200818.63500800187673775921.640509752174245251024.650012102529250251127.6505014602910748751230.6470017003252245251333.6435018753534741751436.639.6400020253764738501539.6370021753947235501642.634002280408473287.51745.63175237041854.553087.51848.6300024254257229051951.628102460430522717.5202154.62625249543309.552532.521257.624402500433472357.52260.62275247543204.552192.52363.621102455429222042.52466.61975242542509.551907.52569.618402390419921782.52672.61725232541384.551662.52775.616002275407221537.52878.61475221539984.551427.52981.6138021503919713403084.687.613002075383871262.53187.61225202037574.551182.53290.61140197036737图1.7水库设计计工况计算算成果3、求qm和Z设设将表1.7中的t、Q、q数据栏栏绘制在方方格纸中，得得Q～t和q～t两过程线线，为计算算合理，若若qm不出现在在Q～t线上就不不是真正的的qm，则可按按趋势从计计算的qm顺延到Q～t线上，如如图1.7得qm=25005-600=24445m3/s，按泄泄流能力公公式可算出出Z设=3466.8m。二、校核工况设计工况和校核核工况的qq～辅助曲线线相同。1、推求下泄过程程由图1.2洪水过程程线查出每每时段的来来流量Q。计算过过程与设计计工况相同同，计算过过程列表1.8如下：表1.8校核工况况调洪计算算表序号时段t(h)流量Q(m3/s)平均流量Q(m3/s)下泄流量q(m3/s))V/Δt+q/2(m3/s)1-4.8302.7436.4302.79688.42-1.85703109822.178531.2100033010297.11125044.2150037511217.11185057.2220045512692.112650610.2310057514887.113450713.2380075017762.114225816.2465095021237.115125919.25600122525412.1160001022.26400153030187.1171301125.27860190035787.1175301228.27200234041417.1169001331.26600271045977.1163001434.237.260003040326549567.1158251537.25650326552352.1154501640.25250347554537.1151001743.24950361056162.114787.51846.24625377557339.664512.51949.24400380058077.114237.5202152.24075385058514.663937.521255.23800386058602.1136752258.23550383558417.1134252361.23300379558007.113187.52464.23075378057399.662962.52567.22850365056582.112762.52670.22675356555694.662587.52773.22500350054717.112437.52876.22375338053654.662287.52979.22200327552562.112137.53082.22075319051424.6620003185.21925310050234.6618753288.21825300049009.66图1.8水库校核核调洪计算算成果2、求qm和Z校校将表1.8中的t、Q、q数据栏栏绘制在方方格纸中，得得Q～t和q～t两过程线线，为计算算合理，若若qm不出现在在Q～t线上就不不是真正的的qm，则可按按趋势从计计算的qm顺延到Q～t线上，如图1.8得qm=38880-600=38220m3/s，按泄泄流能力公公式可算出出Z校=3499.6m。1.3.4调洪洪演算成果果分析见表1.9调调洪演算成成果分析见见表1.9表1.9调洪演演算成果表表方案工况qm(m3/ss)Zmax（m）方案一设计情况2490347.3校核情况3880349.8方案二设计情况2445345.9校核情况3820349.6第二章土石石坝坝顶高高程确定坝顶高程的确定定：由设计计洪水位和和校核洪水水位分别计计算的坝顶顶高程取其其最大值者者为坝顶高高程。（确确定最大坝坝高断面的的坝顶高程程，坝底高高程取305..0m）坝顶高程▽=ZZ+d；；d=e+rr+a；式中Z——各工工况水位（m）；dd——坝顶在静静水位以上上超高（m）；e——坝前风引起的静静水位的雍雍高值(m)；r——波浪在坝坡上的的爬高(m)，；a——波浪以上的安全全加高(m)，依设设计情况和和坝的级别别而定。正正常情况下下，Ⅰ级为1.5，Ⅱ级为1.0，Ⅲ级为0.7，Ⅳ、Ⅴ级为0.5；非常情情况下，Ⅰ级为0.7，Ⅱ级为0.5，Ⅲ级为0.4，Ⅳ、Ⅴ级为0.3。对于非非常重要的的水库，安安全加高还还可以适当当增大。§2.1设计工工况设设计工况时时，Z设=3455.9m。风吹壅高ee=kVDcossβ/（2gH）其中k——综合合摩阻系数数，其值在在（1.5～5.0）×10之间，计计算时一般般取3.6××10－6；V——水面以上上10m处的风速速（m/ss），在正正常蓄水位位和设计洪洪水位时，宜宜采用相应应洪水期多多年平均最最大风速的的1.5～2.0倍；在校校核洪水位位时，宜采采用相应洪洪水期多年年平均最大大风速，根根据资料，多多年平均最最大风速V=166m/s；D——吹程，根据原始始资料可知知D=110km；H——坝前水域的平均均水深，可可沿坝轴线线的河谷剖剖面图近似似求得；g——重力加速度，取取为9.8m//s2；β——风向与水水域中线（或或坝轴线的的法线）的的夹角，这这里取β≈0；近似取H=3445.9-320＝25.99风速V=2.00*16==32.00m/s2；则：e=kVDDcosββ/（2gH）=33.6×110－6*（32.00*10**10）/（2*9..8*255.9）cos0=00.07mm；波浪爬高r根据莆田试验站站公式：则：=1.338m；其中——波高的的平均波高高，m；D———风作用于于水域的长长度，也称称为有效吹吹程m；V———水域上空10m高处的风风速，在正常运运用条件下下的1、2级坝，V可采用库库区多遍平平均最大风风速的1.5~~2.0倍，m/s；H——水域沿计算风向向的平均水水深，m；不同累计频率下下的波高h与平均波波高的比值值（） P(%)0.010.112451014205090<0.13.422.972.422.232.021.951.711.601.430.940.370.1~0.223.252.822.32.131.931.871.641.541.380.950.43∵＝＝0.053<00.1∴＝2.42=2.42*11.38==3.355有中国国水利水电电科学研究究院推荐的的计算波浪浪在坝坡上上的爬高人人的经验公公式：r=0.4m式中m——坝坡坡坡率；n———坝坡护护面的糙率率；取上游坝坡平均均坡度为mm=3.0；本土石坝护坡采采用干砌石石，则查表表2.1知：n=0.00275；表2.1护坡糙率率表护坡种类抛石干砌石浆砌石或干砌砂砂浆勾缝沥青或砼护面n0.0350.02750.0250.0155则则：r=0.4**3.355*==1.955m；安全加高a安全加高a的取取值坝的级别1234、5正常运行1.51.00.70.5非常运行1.00.70.50.3此土石坝为Ⅱ级级建筑物，故故设计条件件下安全超超高δ=1.00m；设计工况下的超超高d=rr+e+aa=1.95+0..07+11.0=33.02；；则▽=Z+d=3455.9+3.022=348..92m；§2.2校核工工况校核工况时，ZZ设=349..6m。风吹壅高ee=kVDcossβ/（2gH）近似取H=3449.6-3320＝29.66；风速V=1.0*116=166m/s2；则：e=kVDDcosββ/（2gH）=33.6×110－6*（16*100*10）/（2*9..8*299.6）cos0=00.02mm；波浪爬高r根据莆田试验站站公式：则：=0.666m；其中——波高的的平均波高高，m；D———风作用于于水域的长长度，也称称为有效吹吹程m；V———水域上空10m高处的风风速，在非非常运用条条件下，V可采用多多年平均最最大风速，m/s；H——水域沿计算风向向的平均水水深，m；∵＝＝0.02<0..1∴＝3.22=3.22×0..66＝2.12252m则：r=0.4m=0.4*2.11252**==1.244m；此土石坝为Ⅱ级级建筑物，故故安全超高高在校核条条件下为a=0.7m；设计工况下的超超高d=rr+e+aa=1.24+0..02+00.7=11.96mm；则▽=Z+h=349.6+11.96==351..56m；第三章土石坝坝渗流计算算§3.1渗流计计算的理论论与方法在渗流流分析中，一一般假定渗渗流流速和和坡降的关关系符合达达西定律，即v=kj，v为平均渗流速度，k为渗透坡降。细粒土基本满足这一条件；粗粒土只有部分能满足这一条件。渗流分析一般采用水力学法。水力学法可以近似确定土石坝浸线的位置、计算渗流量、平均流速和渗透坡降。水力学法的基本本假定：坝体土料为均质质、各向同同性材料。渗流为缓缓变流，渗渗流场中任任何铅直线线上各点的的流速和水水头相等。设设渗流区可可用矩形断断面的渗流流场模拟，由由达西定律律可得杜平平公式：v==kqq=k式中：、分别为为上下游水水深，m；L为渗流区区的长度，m；k为渗透系系数，m/d。§3.2渗流计计算此处对最大坝断断面进行渗渗流计算。即即坝底高程程为305..0m，坝顶顶高程为352..0m，最大坝坝断面的净净高为477.0m。假定心心墙前无水水头损失，则则心墙上游游水头即为为坝上游水水头。渗流计算基本剖剖面如图3.1所示：（其其中h为浸润线线后心墙高高度，s为心墙的的平均厚度度，s=11.22m；K0为心墙墙的渗透系系数，K11为坝壳的的渗透系数数，H1为上游游水头，HH2为下游水头头）图3.1渗流计算算基本剖面面图通过心墙的渗流流亮为：q=K00下游有水时，通通过下游坝坝体的渗流流量为：q=K11根据流量连续性性原理，由由上面两式式联立求解解q、H。正常水位时：K0=4×cmm/s，K1=cmm/s；=345--305==40m=3008.2--305==3.2mmL=((350..1－308..2)×22.25＋5＝99.2275m代入公式中：可得h=3.98mm∴渗流量为：＝0..00288校核水位时：K0=44×cm//s，K1=cmm/s；=349..6－305＝44.66m=3118.1－305＝13.11mL=((350..1－308..2)×22.25＋5＝99.2275m代入公式中：可得h=13.322m∴渗流量为：＝00.00332根据太沙基公式式，黏性土土发生流土土破坏时的的临界逸出出坡降为：：其中：，分别为下下游坝坡土土料材料的的容重1.6和水水的容重1；n为下游坝坡的允允许渗透坡坡降0.3998。则：＝＝0.33612下游坝坡的允许许渗透坡降降：〔J〕=，K＝1.5~~2.0，此处取K＝2，则〔J〕＝0.36612/22＝0.18806正常水位时下游游坝坡的渗渗透坡降为为：J1=((3.988－3.2))/99..275==0.0008校核洪水位时下下游坝坡的的渗透坡降降为：J2=((13.332－13.11)/999.2755=0.0002∵J1=0.0008<[JJ]，J2=00.0022<[J]]，∴设计坝坡满足渗渗流稳定条条件。第四章土石坝坝的稳定分分析§4.1稳定分分析方法大量实际经验证证明，一般般在均质或或多种土质质的粘土坝坝中滑裂面面近似为圆圆弧滑动面面。因此这这里假定为为圆弧滑动动面。必须须考虑的荷荷载有自重重、渗透力力、孔隙压压力和地震震惯性力，坝体自重一般在浸润线以上的土体按湿容重计算，浸润线以下、下游水位以上的按饱和容重计算，下游水位以下的按浮容重计算。瑞典法基本假定：①、土土石坝坝坡坡稳定为平平面问题。②、滑动体体为刚体，滑滑动面为圆圆弧。③滑动体由由一系列铅铅直土条组组成，土条条之间无作作用力。2、毕肖普法基本假定：①、仅仅考虑土条条之间水平平作用力，不不考虑土条条之间铅直直作用力。②、采用强强度储备系系数的方法法来推导，基基滑动体处处于与稳定定临界状态态。此土石坝采用瑞瑞典法手算算一个滑动动面，用瑞瑞典法及毕毕肖普法两两种方法（考考虑渗透力力），进行行电算，电电算程序采采用武汉大大学水利水水电学院水水工教研室室编写的土土石坝抗滑滑稳定（圆圆弧滑动）计计算程序。§4.2稳定计计算此处对最大坝断断面进行稳稳定计算。即即坝底高程程为305..0m，坝顶顶高程为3352.00m，最大坝坝断面的净净高为477.0m。土石坝坝手算基本剖剖面图如图图4.1所示：图4.1土石坝手手算基本剖剖面图手算过程如下：：准确绘制土石坝坝剖面图；；在坝体下游坝坡坡上找出最最危险圆弧弧的圆心点点位置。取下游坝坡的中中点为C点，作垂垂直线于下下游坝坡坡坡面交角为为的线；分别以下游坝顶顶和坝脚为为圆心，以以为半径画画圆其中，，分别为滑滑动面上下下限半径，可可查下表求求得，其中中H为坝高。，计算表边坡（m值）/H/H边坡（m值）/H/H11.12.242.54.721.42.553.35.831.93.264.36.7以为半径，以下游游坝坡的中中点C为圆心画画弧，得到到最危险圆圆弧的圆心心所在的多多边形，在在此区域内内假定圆心心和半径，画画出假定的的圆弧滑裂裂面。划分土条，对土土条进行编编号。圆心心以下游的的为0号土条，向向上依次为为1、2、3……；向下游游依次为－－1、－2、－3……。为简化化计算，土土条宽度取取b=0..1R。各土条条地面中点点和圆心的的连线与通通过圆心的的铅直线之之间夹角为为αi量出各土条中心心线以上各各段的高度度。分别求出各土条条上的作用用力，及各各力对圆心心的力矩（不不计土条间间作用力），以i土条为例：坝体浸润线以上土体，按湿容重计；坝体浸润线以下土体，下游水位以上按浮容重计；坝体下游水位以下土体，按浮容重计；坝基土体，按浮容重计。坝坡稳定安全系系数用滑裂裂面上全部部抗滑力矩矩与滑动力力矩之比来来定义：正常水位时坝坡坡稳定分析析计算表：：土条号数WisinαicosαicosαiWisinαiitgφicosαitggφi0367.23367.2301367.2300.62227.682261360.77360.770.10.995358.9666236.0770.62222.55992377.04377.040.20.980369.4999275.4080.5184.749963407.49411.410.30.954388.74555123.42330.5194.372284414.89414.890.40.916380.03992165.95660.6228.023355407.21407.210.50.866352.64339203.60550.6211.586636376.48376.480.60.800301.1844225.88880.6180.710047338.06338.060.70.715241.71229236.64220.6145.027778253.55253.550.80.600152.13202.840.691.2789107.56107.560.90.43646.89611696.8040.628.13777-1336.53336.53-0.10.955334.84774-33.65330.62207.60554-2284.20284.20-0.20.980278.5166-56.840.45125.33222-3-185.61185.61-0.30.954177.07119-55.68330.4579.682336-462.3362.33-0.40.91657.094228-24.93220.4525.692443Σ1195.53352152.444则正常情况下的滑滑动稳定系系数为：K1=>11.25正常情况下的电电算计算表表：1、计算各土层的的物理指标标，各土层层参数如表表4.1所示：表4.1个土层参参数表土层号土层特性容重(t/m33)粘着力C(t//m2)内摩擦系数tgΦⅠ砂岩（基岩）2.50100.0100.0Ⅱ砂砾石（覆盖层层）1.00.00.7Ⅲ砂岩（下游水位位下堆石体体）0.90.00.60Ⅳ山皮土（下游水水位以下坝坝体）0.9980.00.5Ⅴ山皮土（浸润线线以下坝体体）0.9980.00.5Ⅵ黏土（心墙）2.051.00.35Ⅶ砂岩（下游水位位以上堆石石体）1.10.00.9Ⅷ山皮土（浸润线线以上坝体体）1.9980.00.52、划分计算土层根根据坝体材材料特性和和程序说明明中对划分分土层和各各土层顶面面连号的要要求，将心心墙坝划分分为八层，各各土层的顶顶面连线的的点号如下下表所示：：表4.2各土层的的顶面连线线的点号表表土层号各土层顶面连线线点号Ⅰ01’2’151620’20’20’20’20’20’20’Ⅱ0’12131420202020202020Ⅲ0’11918213142020202020Ⅳ0’119182’’21232525252525Ⅴ0’11918插2插3222426262626Ⅵ0’11918插2插3221112242626Ⅶ0’13418插2插32211122426Ⅷ0’13456789101720’’计算各点坐标，坐标值见下表：点号00’11’22’X0.00.015.215.259.659.6Y0.02.02.00.02.00.0点号2’’34567X59.643.245.270.872.8102.1Y5.21616262639点号8910111213X104.1124.1132.1129.1132.1120.4Y39494943432点号141516171819X140.4119.8140.8154.156.422Y200425.25.2点号2020’20’’212223X160.0160.0160.0121121.4139.8Y20405.26.05.2点号242526插点1插点2插点3X139.6160.0160.08490110Y6.05.26.05.25.615.864、电算成果运行程序可以得得到各拟定定方案的滑滑弧圆心、弧弧脚和半径径，以及该该方案的最最小安全系系数，即该该方案的最最危险滑弧弧位置所在在。运行输输出的结果果如下（其其中T****=1代表用瑞瑞典法进行行计算；T****=2代表用毕毕肖普法进进行计算）：正常工况：******LLAYERR=2**********T****=1XA==144.4000YA==2..360XOO=224.4224YOO=1132.5580Fmmin=1.612R=230.6605S==174.5559T=108..287SIIGN=335..292SIGLL=611.1866SIGGT=1108.2287*****LLAYERR=4**********T****=2XAA=552.1660YA==3.3004XOO=44.9733YO==1336.7660Fmmin=1.8766R=245.1171S==2008.2221T=110..992SIIGN=3355.2111SIGGL=883.4007SIIGT=1100.9922最危险滑动面为为从浸润线线以上坝体体滑过，从从下游水位位以上堆石石体滑出，其其安全稳定定系数K==1.6112（用瑞瑞典法）或或1.8766（用毕肖肖普法）＞＞1.25，因此，正正常工况时时，土石坝坝稳定满足足要求。校核水位时坝坡坡稳定分析析计算表：：土条号数WisinαicosαiWicosαiiWisinαiitgφiWicosαiitgφi0269.5201269.5200.62167.102241312.680.10.995311.1166631.2680.62192.892232338.360.20.980331.5922867.6720.5165.796643361.130.30.954344.5188108.33990.5172.25994393.400.40.916360.35444157.360.5180.177725417.840.50.866361.84994208.920.5180.924476432.920.60.800346.3366259.75220.5173.16887407.210.70.715291.15552285.04770.6174.693318307.330.80.600184.3988245.86440.6110.638889180.560.90.43678.724116162.50440.647.23455－1246.07-0.10.995244.83997-24.60770.62151.80006－2214.79-0.20.980210.49442-42.95880.62130.50664－3174.44-0.3-0.954166.41558-52.33220.4574.887009－494.080.40.91686.177228-37.63220.4538.779778－517.64-0.50.86615.276224-8.820.456.8743008Σ1360.37771967.7335则校核情况下的的滑动稳定定安全系数数为：K2=11967..735//13600.3777=1.445>1..15校核情况下的电电算计算表表：计算各土层的物物理指标，各各土层参数数如表所示示：土层号土层特性容重（T/m22）粘着力内摩擦角系数Ⅰ砂岩（基岩）2.5100.0100.0Ⅱ砂砾石（覆盖层层）1.00.00.7Ⅲ砂岩（下游水位位以下堆石石体）1.50.00.62Ⅳ山皮土（下游水水位以下坝坝体）0.9980.00.5Ⅴ砂岩（下游水位位以上堆堆石体）2.50.00.62Ⅵ黏土（心墙）2.051.01.0Ⅶ山皮土（浸润坝坝体）1.9980.00.62.划分计算土土层根根据坝体材材料特性和和程序说明明中对划分分土层和各各土层顶面面连号的要要求，将心心墙坝划分分为七层，各各土层的顶顶面连线的的点号如下下表所示：：土层号各土层顶面连线线点号Ⅰ01’2’151623232323232323Ⅱ0’12131422222222222222Ⅲ0’11819213142222222222Ⅳ0’118192’’20252121212121Ⅴ0’11834192’’2025212121Ⅵ0’118192’’20111225212121Ⅶ0’13456789101724计算各点坐标，坐标值见下表：点号00’11’22’X003.63.64848Y022020点号2’’34567X4831.633.658.860.890Y14.81616262639.2点号8910111213X92112120117120108.4Y39.249.249.243.243.22点号141516171819X128.4108128141.629.234.8Y2004214.814.8点号202122232425X111.2148148148148125.6Y15.215.2204015.2电算成果运行程序可以得得到各拟定定方案的滑滑弧圆心、弧弧脚和半径径，以及该该方案的最最小安全系系数，即该该方案的最最危险滑弧弧位置所在在。运行输输出的结果果如下（其其中T****=1代表用瑞瑞典法进行行计算；T****=2代表用毕毕肖普法进进行计算）：*****LLAYERR=2**********T****=1XA==0.2002YAA=22.0000XOO=55.1866YO==1447.4000Fmmin=1.3558R==1445.4885S==1668.3554T==1223.9883SIIGN=2911.3544SIGGL=22..387SIGTT=1123.9983*****LLAYERR=3**********T****=1XAA=1.0051YYA=2..000XOO=2.0099YYO=153..860Fmmin=1.3558R=151..864S==1559.8115TT=1117.5525SIIGN=2766.2833SIGGL=22..351SIGTT=1117.5525*****LLAYERR=2**********T****=2XAA=.8850YYA=2..000XOO=1.3398YYO=156..140Fmmin=1.4112R==1554.1441S==1664.9110T==1116.7665SIIGN=2744.4711SIGGL=22..321SIGTT=1116.7765*****LLAYERR=3**********T****=2XAA=3.3398YYA=2..000XOO=--17.5508YYO=198..700Fmmin=1.4005R==1997.8008S==1330.3339T==992.7449SIIGN=2188.0277SIGGL=22..148SIGTT=92.7749最危险滑动面为为从下游水水位以下坝坝体滑过，从从下游水位位以下堆石石体滑出，其其安全稳定定系数K=1.3358（用用瑞典法）或或1.4005（用毕毕肖普法）＞1.15，因此，校核工况时，土石坝稳定满足要求。由上述两种种工工况的电算算结果知，此此土石坝稳稳定满足要要求。第五章泄槽的的水力设计计§5.1泄槽水水面线的计计算由于电站厂房与与溢洪道均均在坝的左左侧，为保保证厂房的的安全，泄泄槽水面线线按校核工工况进行计计算：（qq校=38220m3/s，泄槽槽宽度为660m，泄槽用用混凝土衬衬砌，其糙糙率n为0.0114，系数а取1.0。）泄槽的单宽流量量为q=38220/600=63..67m3/s.m；临界水深；临界水深对应下下的各水力力要素为：：水面宽Bk=660.0mm，湿周χk=b+22hk=60.0+2××7.455=74.99m过水断面面积AAk=hkBk=7.455×60.0=447..0m2，水力半径径Rk=Ak/χk=5.977m临界界坡度为：：=；泄槽的实际坡度度i根据地面面线初定为为0.044，由于i==0.044>，所以泄泄槽为陡槽槽。由谢才公式及曼宁宁公式知:式中：Q——泄泄槽下泄流流量；RR——泄槽湿周；ii——泄槽底坡坡。对上式进行试算算，列表如如下：表5.1AXR2.7153.962.42.474013.42.65151.0562.32.423894.42.64150.4862.282.423870.82.63149.9162.262.413847.22.62149.3462.242.43823.7则得正常水深hh0=2.662m<77.71mm；由此可知：水流流流态为急急流，水面面线呈降水水曲线。控控制断面在在上游。由于当下由水位位超过堰顶顶，同时在在下游发生生淹没水跃跃时，过堰堰水流呈淹淹没出流，故故堰顶溢流流为自由出出流。图中1-1断面为坝坝前静水面面断面（流流速为0），其底底面高程为为328..0m，2-2断面为泄泄槽始端，其其底面高程程为324..0m。取1-1断面和22-2断面由能能量方程（其中α取1..0，无能量量损失）；；得：349.66-3288.0=--(3288.0-3324.00)+h2+v22/2g；…②由连续方程得hh2*v2*60.00=38220……………③由②、③式联立求解得：：h2=4.122m；v2=16.225m//s。用分段求合法计计算水面曲曲线：式中△s——计计算断面间间距；、———断面比能能；（θ为底坡与与水平面的的夹角。）——两断断面的平均均坡降；r———方向参数数（r=1，控制断断面在上游游，计算下下游渠道的的水面线；；r=-1，控制断断面在下游游，计算上上游渠道的的水面线）因流态为急流，则则进口出为为控制断面面，向下游游计算水面面线，方向向参数为1，s为各水深深所在断面面距起始断断面的距离离，计算过过程列表如如下：表5.2hAVEsΔEsR4.12234.8416.26699913.50077617.6174473.5996332422816.75514.32299618.3197760.70229933.50769923.9222.317.18466215.06688918.9637770.64400083.43055563.8216.617.63688415.87033219.6672280.70350083.35294413.7210.918.11355116.73977620.436880.76952283.27484453.6205.218.61666717.68266721.2797790.84298833.19626623.5199.519.14855718.70755422.2047740.92495533.11718883.4193.819.71177619.82411723.2214451.01670073.03761183.3188.120.30900921.04388424.341221.11974492.95754473.2182.420.94377522.37966325.5770071.2358772.87697723.1176.721.61933523.84677626.9442281.36721152.7958886317122.3425.46300428.4606641.5163662.71428862.9165.323.11033427.24933930.1470071.68642292.63216662.8159.623.93577129.23055332.0282291.88122222.54952212.7153.924.82222231.43588534.1336692.10540012.46634462.6148.225.77699233.9005536.4984422.36472252.3826337hARJΔSS4.12234.843.59963320.0094001042283.50769920.01032240.030133723.30311223.3031123.9222.33.43055560.01118870.029244422.02155445.3246663.8216.63.35294410.01214490.028333224.83077770.1554433.7210.93.27484450.01322230.027311428.17333998.3288813.6205.23.19626620.01442280.026177432.206443130.535523.5199.53.11718880.01578830.024899537.154554167.689983.4193.83.03761180.01731110.023455343.350771211.040053.3188.12.95754470.01904430.021822351.310446262.350093.2182.42.87697720.02101110.019977361.876887324.227783.1176.72.79588860.02325590.017866576.529777400.7577631712.71428860.02583350.015455398.1269992.9165.32.63216660.02880040.012688132.995542.8159.62.54952210.03224410.0094778198.48992.7153.92.46634460.03624410.0057559365.570032.6148.22.38263370.04092240.00141181667.9663泄槽中水流佛汝汝德数；则：Frminn=2.566>2，故应考考虑掺气水水深的影响响。由公式计算掺气气水深。式中：h、hbb——泄槽计算算断面的水水深及掺气气水深，mm；vv——不掺气情情况下泄槽槽计算断面面的流速，m/s；ζ——修正系数数，可取1.0～1.4s//m，流速速大者取大大值，取为为1.3。安全超高，则边边墙的高度度为：,计算过程程列表如下下：表5.3单位位：m曲线长度098.328881167.68998211.04005262.35009324.22778400.75776不掺气水深h4.123.73.53.43.33.23.1掺气水深hb4.9912664.5712664.3712664.2712664.1712664.0712663.971266安全超高△1.57488861.64658851.68570071.70669971.72874431.7519331.7763557边墙高度H6.56614466.21784456.05696675.97795575.90000035.8231995.7476117则取边墙高度为为6.577m。§5.2泄槽挑挑坎的水力力计算5.2.1求解解反弧半径径采用连续式挑坎坎，挑坎高高程为3118.0m，调角θ=300，反弧半半径R=110h。取距泄槽始端2262.33509m处的断断面（高程程为3133.36m）与挑挑坎末端断断面由能量量方程得：：（其中hh为挑坎末末端的水深深，v为挑坎末末端断面的的流速）3.3＋221.044384＋313..36＝318+h+v2/2g………④由连续方程程得：hvv＝67.002……………⑤⑤联立式④、⑤求求解得：hh=3.5114m；v=19.007m//s。取挑坎末端断面面与反弧段段最低点断断面，由能能量方程得得：（其中中h为反弧段段最低点断断面的水深深，v为反弧段段最低点断断面的流速速）3.5144+19..072/2g=h+vv2/2g--R(1--cosθθ)………………⑥hv=67.002……………………⑦R=10h…………………⑧⑧联立式⑥⑦⑧解解得h=3.115mv=21.3m/sR=31.5m5.2.2验算算挑坎稳定定安全校核工况冲刷坑估算单宽流量q=QQ/(nbb+(n--1)d))=38220/(55*9+44*3)==67.002m33/s.m；上下游水位差ZZ=3499.6-3318.11=31.55m；尾水渠处地质条条件较好，Ⅱ类岩基，取取挑坎冲刷刷系数K==1.2；；则冲坑水垫深度度②、射程计算流能比KE===（0.0004～0.15）长江水利委员会会建议公式式第一挑流系数φφ1=0.9944，所以φ2=0.9966φ1=0.9912；上游水位与挑坎坎终端水面面的落差ss’=s-h11/cossθ==349..6-3118-3..514//cos330°=27..542mm其中：s为上游游水面到挑挑坎顶端的的高差；hh1为出射断断面的水深深；下游水位与挑坎坎终端水面面的落差aa’=a-ht＋h1/ccosθ==318--318..1+3..514//cos330°=3.9958m其中：ht为下下游水位，a为坎高；；则射程=51..734m；则冲刷坑后坡ii=(ts-htt)/L=((23.227-3118.1++305))/51..734==1/5..1由于ik=1//2.5～～1/5则冲刷坑不会危危及到坎脚脚的安全。2、设计工况①、冲刷坑估算单宽流量q=QQ/(nbb+(n--1)d))=24445/(55*9+44*3)==42.889m3/s.m；上下游水位差ZZ=3455.9-3314.88=31..1m；尾水渠处地质条条件较好，Ⅱ类岩基，取取挑坎冲刷刷系数K==1.2；；则冲坑水垫深度度②、射程计算流能比KE===（0.0004～0.15）第一挑流系数φφ1=0.933，所以φ2=0.9966φ1=0.8998；上游水位与挑坎坎终端水面面的落差ss’=s-h11/cossθ==345..9-3118-3..514//cos330°=23..842mm；下游水位与挑坎坎终端水面面的落差aa1’=a-htt+h1//cosθθ=3188-3144.8+33.5144/coss30°=7.2258m；则射程=44..465m；则冲刷坑后坡ii=(ts-hht)/LL=((18.556-3114.8++305))/44..465==1/5..08由于ik=1//2.5～～1/5则冲刷坑不会危危及到坎角角的安全。第六章隧洞洞的计算§6.1放空隧隧洞放空隧洞要求在在30天内可以以把水位从从正常高水水位345m放到320m高程，枯枯水期多年年平均流量量Q来水为60m3/s。放空洞采用有压压洞。放空洞按流量平平衡的简略略方法进行行计算，（由由于溢洪道道过水时流流速一般较较大，即其其空蚀一般般较严重，故故为减少对对溢洪道的的损坏，放放空时不联联合溢洪道道。同时，放放空检修时时不发电。）总下泄量为QQ下总=Q放空-Q来水放空洞的下泄量量式中μ——为流量系系数，取为为0.95；A———为放空洞洞的面积。Q来水=60m33/s；下泄时间▽t==▽V/Q下总；为保证放空洞可可挑流消能能，初步拟拟定其出口口高程为3310.22m，水位间间隔1m进行计计算。在工程实践中，由由于地形限限制及水流流边界条件件复杂，要要求进水口口在各种情情况下完全全不产生漩漩涡是有困困难的，上上式只能作作为初步确确定进水口口淹没深度度之用。据据统计，国国内的坝式式进水口进进口淹没深深度都不小小于0.5倍工作闸闸门孔高，以0.8倍左右为多。因此，放空隧洞进水口的吸出高H取0.8倍的工作闸门孔高。具体试算过程如如下表：水位H容积VΔV半径R1半径R2时间1时间23457.152.32.23446.450.72.32.2209996..72329873435.950.52.32.2152865..6169644..93425.550.42.32.2124716..2138443..23415.10.452.32.2143191..8158997..93404.630.472.32.2152753..3169666..13394.30.332.32.2109639121817..13383.950.352.32.2118981..6132242..33373.550.42.32.2139273..6154851..83363.20.352.32.2124953..8138983..83352.890.312.32.2113615..21264243342.60.292.32.2109253..9121624..73332.30.32.32.2116346..8129582..33322.10.22.32.279975.22889118.8883311.850.252.32.2103261..11151313301.660.192.32.281225.66890617.5553291.40.262.32.2115303128720..63281.250.152.32.269184.00177291.3313271.050.22.32.296222.114107585..13260.90.152.32.275535.88184532.4453250.7620.1382.32.273029.33181810.8873240.60.1622.32.290521.776101524..63230.50.12.32.259339.3366641.0083220.450.052.32.231729.55435689.6683210.350.12.32.268464.4477152.8823200.3420.0082.32.25976.51136750.2221半径为2.3mm时，把水水位由345放到320的时间为为：256653555/864400=229.699半径为2.2mm时，把水水位由345放到320的时间为为：285578311/864400=333.088由以上的试算过过程可得如如下结果：：放空隧洞洞径aa=4.66m；放空时间T=330.0d；进口吸出高H==3.7m；进口顶板高程为为H进=3200-3.77=316..3m；放空洞的最大下下泄流量为为由由此下泄流流量所对应应的下游水水位为3110.2m。故前面面拟定放空空洞出口高高程为3110.2m成立。§6.2发电引引水隧洞6.2.1发电电引水隧洞洞的设计引水隧洞借鉴钢钢管的经济济直径公式式进行初步步拟定：《水工设设计手册7》式中：D——钢钢管直径；；K——系数，约在5～～15间，常取5.2（钢材较较贵，电价价较高时KK取较小值值）；QQmax——钢管的最最大设计流流量，Qmax=330×3==90m3/s；HH——设计水头头，H=3345-3308.22=36..8m（308..2m为三台台机组同时时发电所对对应的下游游水位）。则：==5.22m6.2.2进口口高程的确确定进水口的进口高高程应按水水电站运行行中可能出出现的最低低水位决定定，应在引引水道顶部部以上有一一定的淹没没深度，以以保证不进进入空气和和不产生漏漏斗状吸气气漩涡。同同时，进水水口闸门底底坎还应在在淤砂高程程以上。高登（J.L..Gorddon）对29个工程进进行原型观观测分析，建建议按下列列经验公式式计算：式中：h——从从闸门孔口口顶算起的的最小淹没没深度；c——常数，在0.555～0.73间，对称称取水时取取小值，侧侧向取水时时取大值；；a——闸门的孔口高度度，这里取取a=D==5.2mm；v——闸门断面的流速速。在在工程实践践中，由于于地形限制制及水流边边界条件复复杂，要求求进水口在在各种情况况下完全不不产生漩涡涡是有困难难的，上式式只能作为为初步确定定进水口淹淹没深度之之用。据统统计，国内