附录一 泄水建筑物水力设计计算公式

./附录一泄水建筑物水力设计计算公式一、堰面曲线1.开敞式溢流孔的堰面曲线。采用幂曲线时按下式和附表1计算。<附1>式中Hs为定型设计水头,按堰顶最大作用水头Hzmax的75%～95%计算<m>,其它符号见附图1,数值见附表1。附表1上游坝面坡度kn垂直<3∶0>2.0001.8503∶11.9361.836原点上游宜用椭圆曲线,其方程式为式中aHs和bHs分别为椭圆曲线的长轴和短轴。若上游面垂直,其长轴aHs和短轴bHs可按以下关系选定：附图1采用倒悬堰顶时<如附图1>,应满足。定型设计水头选择及堰顶可能出现的最大负压值参照附表2。定型设计水头Hs情况下的流量系数m和其他作用水头Hz情况下的流量系数mz的比值参照附表3。2.设有胸墙的堰面曲线。当校核情况下最大作用水头Hzmax<孔口中心线上>与孔口高<D>的比值时；或闸门全开时仍属孔口泄流,即可按下式计算：<附2>式中Hs——定型设计水头,一般取孔口中心线至水库校核洪水位的水头的75%～95%；——孔口收缩断面上的流速系数,一般取=0.96；若孔前设有检修闸门槽时取=0.95。其余符号参照附图2。附图2原点上游可用单圆,复式圆或椭圆曲线,与胸墙底缘通盘考虑。若时,应通过试验决定。附表2Hs/Hzmax0.750.7750.800.825最大负压值<m>0.5Hs0.45Hs0.4Hs0.35HsHs/Hzmax0.850.8750.900.951.0最大负压值<m>0.3Hs0.25Hs0.2Hs0.1Hs0.0Hs附表3Hz/Hs0.20.40.60.81.01.21.4mz/m0.850.900.950.9751.01.0251.07二、泄水建筑物泄水能力计算公式1.开敞式溢流孔的泄水能力可按下式计算：<附3>式中Q——流量,m3/s；B——溢流堰净宽,m；Hz——堰顶作用水头,m；g——重力加速度,m/s2；mz——流量系数,初设时在定型设计水头作用的情况下,当<P为堰高,m>时,取mz=m=0.47～0.49；当时,取m=0.44～0.47；——侧收缩系数,根据闸墩厚度及墩头形状而定,初设时可取=0.90～0.95；——淹没系数,视泄流的淹没程度而定,不淹没时=1。2.孔口泄流按下式计算：<附4>式中Ak——出口处的面积,m2；Hz——自由泄流时为孔口中心处的作用水头,m；淹没泄流时为上下游水位差；——孔口或管道的流量系数,初设时对设有胸墙的堰顶高孔,当<D为孔口高,m>时取=0.74～0.82；对深孔取=0.83～0.93；当为有压流时,值必须计算沿程及局部水头损失后确定。三、挑流消能1.水舌抛距按水舌外缘计算<参照附图3>,其估算公式如下：<附5>式中L——水舌抛距,m；v1——坎顶水面流速,m/s,按鼻坎处平均流速v的1.1倍计,即<H0为水库水位至坎顶的落差,m>；——鼻坎的挑角,°；h1——坎顶垂直方向水深,m,h1=hcos<h为坎顶平均水深,m>；h2——坎顶至河床面高差,m,如冲坑已经形成,作为计算冲坑进一步发展时,可算至坑底；——堰面流速系数。附图3—最大冲坑深度,由河床面算至坑底m2.最大冲坑水垫厚度按下式估算：<附6>式中tK——水垫厚度,自水面算至坑底,m；q——单宽流量,m3/s/m；H——上下游水位差,m；——冲坑系数,坚硬完整的基岩=0.9～1.2；坚硬但完整性较差的基岩=1.2～1.5；软弱破碎,裂隙发育的基岩=1.5～2.0。四、护坦消力池长度计算公式1.福氏数,当Fr≥4.5,护坦上不设铺助消能工时：<附7>式中Lc——护坦消力池长度,m；、——跃前、跃后共轭水深,m。2.当Fr＞4.5,池首断面平均流速大于16～18m/s,护坦上可设梳流坎及尾坎,但不宜设消力墩时：<附8>3.当Fr＞4.5,池首断面平均流速小于16～18m/s,护坦上可设梳流坎、消力墩及尾坎时：<附9>五、空蚀指数估算公式<附10>式中——空蚀指数,无量纲；hd——计算断面处的时均动水压力水头<水柱高,m>；hq——大气压力水头<水柱高,m>,对于不同高程按估算,即相对于海平面每增加高度900m,较标准大气压力水头降低1m水柱,为海平面以上高度；——水的汽化压力水头<水柱高,m>；对于不同水温可参照附表4数值采用；附表4水温<℃>05101520253040<水柱高,m>0.060.090.130.170.240.320.430.75/2g——计算断面处的流速水头<水柱高,m>。六、波动及掺气水深估算公式<适用于溢流坝面><附11>式中h——不计入波动及掺气的水深,m；hb——计入波动及掺气的水深,m；v——不计入波动及掺气的计算断面上平均流速,m/s；——修正系数,一般为1.0～1.4,视流速和断面收缩情况而定,当流速大于20m/s时,宜采用较大值。七、护坦、鼻坎上脉动压力估算公式<附12>式中Pm——脉动压力,沿法线方向作用于建筑物表面,t/m2；——水的容重,t/m3；am——脉动压力系数,根据水流缓急程度分别取0.05～0.10。八、护坦上消力墩所受冲击力计算护坦上如设有消力墩<包括梳流坎及尾坎>时,其所受冲击力Pd,可按下式估算：<附13>式中Pd——消力墩<包括梳流坎及尾坎>的冲击力,t；Ad——墩、坎迎水面在流速方向上的投影面积,m2；kd——阻力系数,视墩、坎形状及流速大小,取kd=1.2～2.0。附录二荷载计算公式一、垂直作用于坝体表面的静水压力<附14>式中H——计算点的水深,m；——水<或含泥沙水>的容重,t/m3。二、水平泥沙压力<附15>式中=－<1－n>,为泥沙的干容重,n为泥沙的孔隙率；hn——坝前泥沙淤积高度,m；——泥沙的摩擦角,°。当缺乏资料时可按下式计算：<附16>三、浪压力1.浪高、波长可按官厅水库公式计算<适用于山区峡谷水库库缘地势高峻,风速4～16m/s,吹程1～13公里>。<附17><附18>式中2hl——浪高,m；2Ll——波长,m；——计算风速,m/s；Df——吹程,由坝前沿水面至对岸的最大直线距离,km。2.浪压力计算：<1>坝前水深H1满足Hlj＜H1＜Ll时,铅直坝面上的浪压力Pl,可按照立波概念,用下式计算：<附19>式中h0——波浪中心线至水库静水位的高度,可按下式计算：<附20>Pl——坝基面的浪压力剩余强度,其值为：<附21>Hlj乃使波浪破碎的临界水深,其值为：<附22>浪压力的分布图形可假定在水库静水位上下各近似作直线分布,见附图4a。附图4<2>坝前水深H1＞Ll时,在距水库静水位深Ll以下各点的浪压力可以忽略,铅直坝面的浪压力可按下式计算：<附23>浪压力的分布见附图4b。四、冰压力1.静冰压力,按附表5数值计算：在确定开始升温时的气温及气温上升率后,可由附表5选用单位面积上的静冰压力,乘以冰厚,即为作用在单位长度坝体的静冰压力<t/m>。附表5静冰压力表最低温度<℃>－40－35－30～－25－25－20－15－10气温上升率<℃/h>2.52.52.52.02.02.02.0静冰压力<t/m2>28～4025～3523～3020～2815～2213～1812～142.动冰压力：<1>冰块撞击在坝面上所产生的压力。当冰的运动方向垂直或接近垂直于铅直坝面时<运动方向与坝轴线的交角=80°～90°>,动冰压力值Pbd可按下式计算：<附24>式中kb——系数,决定于流冰的抗碎强度Rb值<当Rb=100t/m2,kb=4.3；Rb=50t/m2,Rb=3.0；Rb=30t/m2,kb=2.36>；——冰块流速,对于大水库应该通过研究决定,一般不大于0.6m/s；db——冰块厚度,m；Ab——冰块面积,m2。<2>冰块撞击在闸墩上所产生的压力。作用于铅直的闸墩上的动冰压力,可按下式计算：<附25>式中Rb——冰的抗碎强度,当无试验资料时,可采用下值：结冰初期为75t/m2,末期45t/m2；B——闸墩在冰层平面处的宽度,m；m——与闸墩平面形状有关的系数,对于半圆形闸墩,采用m=0.9；对三角形闸