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

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附录一泄水建筑物水力设计计算公式—、堰面曲线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）Xn=kHn-顷（附1）s式中H为定型设计水头，按堰顶最大作用水头H的75%〜95%计算(m)，其它符号见附图1,数值见附表1。 ZmaX?附表1上游坝面坡度 k n 垂直(3：0) —3：原点上游宜用椭圆曲线，其方程式为x2JbH-y)2一(aH)2 (bH)2s s式中aH和bH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:Sa=028~030a-=0.87+3ab木库校镇拱水位附图1木库校镇拱水位附图1采用倒悬堰顶时(如附图1)，应满足d>w。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H情况下的流量系数m和其他作用水头H情况下的流量系数m的比值参照附表3。S Z Z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〉15 zmaxH.5孔口高(D)的比值D时；或闸门全开时仍属孔口泄流，即可按下式计算：X2y=知2Hs (附2)式中H——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%；S?——孔口收缩断面上的流速系数，一般取?二；若孔前设有检修闸门槽时取?二。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。1.2VHzmaxV1.5若D时，应通过试验决定。附表2H/Hszmax最大负压值(m) | | __""H7"H szmax 最大负压值(m)附表3二、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）Q=mscB^H3/2（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；m——流量系数，初设时在定型设计水头作用的情况下，当可＞3（P为堰z zPV3高，m）时，取mz二m二〜；当Hz 时，取m=〜；s——侧收缩系数，根据闸墩厚度及墩头形状而定，初设时可取s二〜;淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时cm=1。2.孔口泄流按下式计算:Q=卜气、可 （附4）式中A——出口处的面积，m2；H：——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H=2.0~2.4〜；D （D为孔口高，m）时取?二〜；对深孔取?二〜；当为有压流时，？〜；须计算沿程及局部水头损失后确定。三、挑流消能水舌抛距按水舌外缘计算（参照附图3）,其估算公式如下：L=v2sin0cos0+vcos0“2sin29+2g（h+h）g1 i'i 1 2（附5）式中L——7水舌抛距，m；v1——坎顶水面流速，m/s,按鼻坎处平均流速v的倍计，即七=顷=顷勺骞町（m/s）（H°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,hi=hcos?（h为坎顶平均水深，m）；h1——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3^一最大冲坑深度，由河床面算至坑底m最大冲坑水垫厚度按下式估算:（附6）t=aq0.5H0.25（附6）K式中tK 7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?二〜；坚硬但完整性较差的基岩?二〜；软弱破碎，裂隙发育的基岩?二〜。四、护坦消力池长度计算公式Fr=. 福氏数迪，当FrN，护坦上不设铺助消能工时:（附7）匕=6（h”—h，）（附7）式中Lc——护坦消力池长度，m；h、h〃——跃前、跃后共轴水深，m。当Fr＞，池首断面平均流速v'大于16〜18m/s,护坦上可设梳流坎及尾坎，但不宜设消力墩时：L=（32~4.3）h （附8）当Fr＞，池首断面平均流速v'小于16〜18m/s,护坦上可设梳流坎、消力墩及尾坎时:L=（2.3〜2.8）h〃 （附9）五、空蚀指数估算公式h+h—hk v2/2g （附10）式中°k——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）；Vhq——大气压力水头（水柱高，m），对于不同高程按900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，V为海平面以上高度；hv——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（°C）05101520253040hv（水柱高,m）v2/2g——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）h=1+爻hbI100J （附11）式中 h——不计入波动及掺气的水深，m；h——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〜，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；Y 7水的容重，t/m3；a——脉动压力系数，根据水流缓急程度分别取〜。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P,可按下式估Pp'2gV2A （附13）式中P——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；k：——阻力系数，视墩、坎形状及流速大小，取匕二〜。?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；丫——水（或含泥沙水）的容重，t/m3。二、水平泥沙压力丫*g（附14）式中H——计算点的水深，m；丫——水（或含泥沙水）的容重，t/m3。二、水平泥沙压力丫*g2（45。一％）（附15）式中7n=1—（1—n）y,y1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；甲n——泥沙的内摩擦角，°。当缺乏资料时可按下式计算：h2P=—nn4 （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）。5 12h=0.0166v4D3i ff（附17）2气=10.4（2?）0.8式中2气——浪高，m；2J 波长，m；（附18）vf 计算风速，m/s；D——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H满足q.VHVj时，铅直坝面上的浪压力？］，可按照立波概念，用下式计算：1j1 ' 1（H+2h+h）（H+P）/2P=y—1 1 o 1 ——y―1-i 2 2（附19）式中ho——波浪中心线至水库静水位的高度，可按下式计算:,4兀h2八兀Hh= 「cth—ii iPj——坝基面的浪压力剩余强度，其值为：（附20）(附21)P=2hsech—(附21)i七乃使波浪破碎的临界水深，其值为:Hii(3Hii(3〜5)hI(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H>L时，在距水库静水位深L以下各点的浪压力可以忽略，铅TOC\o"1-5"\h\z1l l直坝面的浪压力可按下式计算：(L+2h+h)L 1(附23)P=y—i 1 0—i-7—(L)(附23)i 2 2i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(°C)-40-35—30〜一25—25—20—15—10气温上升率(C/h)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?二80。〜90。)，动冰压力值Pbd可按下式计算：P=kvd.声(t) (附24)bdbbbvb (附24)式中k——系数，决定于流冰的抗碎强度R值(当R=100t/m2,k=；R=50t/m2,b b b bbRb=；Rb=30t/m2,匕二；vb——冰块流速，对于大水库应该通过研究决定，一般不大于s；d——冰块厚度，m；A：——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P；d，可按下式计算：P'=mRBd（t）

bdbb（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一与闸墩平面形状有关的系数，对于半圆形闸墩，采用m二；对三角形闸墩根据其平面上的顶端角度2a按附表6采用。2a