施工截流水力计算书

4施工截流水力计算4.1截流流量和方法的选择对于江坪河水利枢纽工程,枯水系列天然河道的流量变幅小，较稳定，截流的时间初定在2007年的11月上旬，根据《施工组织设计标准》规定，截流标准采用从现期5~10年月或旬平均流量，江坪河水利枢纽工程采用2007年11月上旬的5年一遇的平均流量61.2m3/s根据坝址地形、料场位置和道路布置条件，确定在上游围堰截流，采用单戗立堵进占的方式，截流体和上游临时土石围堰相结合。4.2戗堤顶部高程确实定查~Q关系曲线，=61.2m3/s应的上游水位为=293.8m，考虑施工平安取平安加高及风浪爬高为1.5m则戗堤顶部高程H=+1.5=295.3m。下游水深=291.06m4.3截流的水力计算合龙过程的水力学实质是非恒定流。对于这种非恒定流，当其流量变化率和水位变化率不大时，可以分段当作恒定流处理。合龙截流设计流量按下式计算：式中——截流设计流量——龙口流量——分流建筑物中通过的流量——上游河槽中的调蓄流量，忽略——戗堤渗透量，忽略〔1〕龙口泄水能力计算式中——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，取图4-1梯形龙口断面图4-2三角形龙口断面〔2〕龙口平均流速淹没流时：，——龙口底板以上的下游水头非淹没流时：，——龙口断面的水深而计算得分流关系见表4-1：表4-1分流流量与水位关系分流流量水位关系z(m)292.51292.757293.198293.53293.793Qd(m3/s)9.2816.7833.4548.3261.2Q(m3/s)51.9244.4227.7512.880龙口流量Q与下游落差Q~Z关系曲线计算如下表4-2表4-2龙口流量与水位差的关系Qd9.2816.7833.4548.3261.2设计流量Q061.261.261.261.261.2水位差1.451.6972.1382.472.733龙口流量Q51.9244.4227.7512.880Q~Z关系曲线如以下图4-3表4-3龙口流量与水位差的关系曲线4.4三曲线法计算龙口流速推导龙口流速公式分两步进行。先推导龙口流速与上下游落差的关系，然后再推导龙口流速与龙口宽度的关系。〔一〕龙口流速V与上下游落差Z的关系在立堵截流过程中，龙口断面由梯形断面逐渐过渡到三角形断面，水流流态从淹没流过渡到非淹没流。下面将龙口流速分别按梯形断面淹没流、梯形断面非淹没流以及三角形断面非淹没流推导流速公式。1、淹没流流速V1。梯形断面落差与上下游落差Z相同，则梯形断面淹没流流速为：式中——流速系数，=0.85~0.95；Z——下游落差。2、梯形断面非淹没流由于，令，则上式可写为式中ZC——C—C断面临界落差；H——上游水头〔护底顶部高程以上〕；Y——相对临界落差的平方根，按下式计算：式中—C—C断面动能修正系数。常取=1.0；Q—龙口流量，按上面截流水利计算中的计算公式计算；n—戗堤端部边坡系数。取n=1。3、三角形断面非淹没流由上面的、、的计算式可得出Z〔取0.9〕；Z〔0.618>y0.486,y取为0.55〕；Z〔n=1〕。根据表2-1中的数据及上面的、、的计算式可作下表：表4-3H上〔m〕Z(m)Q(m3/s)Qd(m3/s)V1(m/s)V2(m/s)V3(m/s)292.511.4551.929.284.803.6996084.160498292.761.744.4216.785.203.8584614.032684293.22.1427.7533.455.834.1232043.670549293.532.4712.8848.326.264.3111063.148195293.7932.7330.0061.26.594.4551870由表4-3可得出三曲线如以下图4-5所示：BACZ-V1Z-V3BACZ-V1Z-V3Z-V2图4-5〔二〕龙口宽度B与V和Z的关系1、梯形断面淹没流，由集合关系和水力学关系可知式中HB——护底以上戗堤高度，其余符号同前。2、梯形断面非淹没流式中b——龙口底部宽度。按下式计算：3、三角形断面淹没流4、三角形断面非淹没流由于因此]〔三〕Vmax出现位置的判断设曲线Z-和曲线Z-的交点为A，相应的落差为ZA，曲线Z-和曲线Z-的交点为B，相应的落差为ZB，曲线Z-和曲线Z-的交点为C，相应的落差为ZC。A点称为梯形断面淹没分界点，C点称为三角形断面淹没分界点，B点称为非淹没流梯形断面与三角形断面分界点。由图我们可以看出：ZB＞ZC，则Vmax出现在梯形断面。下面来讨论ZA、ZB和ZC的计算方法。令V2=V3，则有将，代入上式可得：Q为龙口流量；转化为Z的函数，则由上式可求出Z。令V1=V3，则有：即可求出ZC。同样，ZA可令V1=V2求出，或作曲线Z-V1和曲线Z-V2，其相交点可求出ZA。此外，当Vmax出现在三角形断面形成之后，还需求出淹没流时梯形与三角形断面分界点，此时可得出或由于因此由上面两式联立求解，即为淹没流时三角形断面刚形成时的落差。4.4.2、求ZB和ZCV1＝V2时，Q=61.2m3/s＝0.6mV2＝V3时，Q=33.ZB＝＝1.81V1＝V3时，Q=50.17m3Zc==1.4.4.3、求,,由三曲线关系可知V1＝计算：=3.15m/s计算：=3.83m/s计算：=0由上图4-5可以知道，>，截流的过程中流态断面的变化为梯形断面淹没流梯形断面非淹没流三角形断面非淹没流。龙口最大流速Vmax出现在三角形断面刚形成时，此时龙口宽度为：＝5.63m4.5确定抛投粒径及块石分区由上述可以知道，=1.81，=3.83又确定粒径所用的公式为：—《施工组织设计手册》式中：—石块极限抗冲流速，—石块化为球形时的粒径，—石块容重〔取2.4×9.81×103KN/m3〕—水容重〔取9.81×103KN/m3〕—综合稳定系数，这里取0.9则最大粒径d=0.813截流抛投材料选择应遵循以下原则：预进占段填筑料宜利用开挖渣料和当地天然料龙口段抛投的大石块、钢筋石笼或混凝土四面体等材料数量应考虑一定备用，备用系数宜取1.2~1.3截