2013水利工程施工课程设计说明书

《水利工程》课程设计说明1前言根据培养计划和《水利工程施工》的规定，水利水电工程专业的学生有一周半的《水利工程施工》课程设计。课程设计的主要目的是巩固和掌握课堂所学知识，培养学生运用本课程的知识解决实际问题的能力。本次课程设计的主要内容是水利水电工程施工截流设计。2基本资料右导流隧洞联合泄流的上游水位和泄流流量关系见表2和图3O大渡河上某水电工程采用单仓戈立堵进占，河床的剖面图见图见表1和图2。钱堤端部边坡系数n=1，截流仓戈堤两侧的边坡为1o钱堤处水位~流量关系1:1.5。截流材料采用当地的中粒黑云二长花岗岩，容重为26KN/m3o该工程采用左右岸各布置一条导流洞导流，左、巧395S,954,55耳W/工¥1*Hit□7135肝席图1河床剖面图图2钱堤处水位〜流量关系曲线表1仓戈堤处水位~流量关系9259A{位水游上965495001000流量(m3/s)1500流量(m3/s)2503174105001000水位（m）952.15952.71953.48954.00955.87图3上游水位~泄流量关系曲线表2上游水位~泄流量关系泄流流量（m3/s）01503004108001400上游水位（m）953.00955.40957.03958.00960.66964.12每位同学按不同的设计流量进行无护底情况下截流水力计算，并确定相应的截流。按以下确定截流设计流量Q=（300+3X学号的最后两位）mWs,计算时不考虑钱堤渗透流量和上游槽蓄流量。截流设计是施工导流设计重要组成部分，其设计过程比较复杂，目前我国水利水电工程截流多采用立堵截流，本次设计按立堵截流设计，有多种设计方法。其设计分为：截流水力计算、截流水力分区和备料量设计。截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段，采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用截流时段5%〜10%的月平均或者旬平均流量作为设计标准。截流的水力计算中龙口流速的确定一般采用图解法（详细见《水利工程施工》P39~42）,以下对于图解法及图解法的量化法■…三曲线法做如下介绍。3截流的水力计算3.1图解法抛石截流计算的主要任务是确定抛投体的尺寸和重量，而抛投块的稳定计算国内外广泛采用的是伊兹巴什公式，即I（丫一丫、V=kj2g七一*d■“《水利工程施工》P41・・…（1）VI7J符号意义说明见P41=================================================================合龙中截流设计流量的组成：一般情况下，截流设计流量Q。由四部分组成TOC\o"1-5"\h\zQo=Q+Qd+Qs+Qac(2)式中Q——龙口流量；Qd——分流量(分流建筑物中通过的流量)；Qs—仓戈堤渗透流量；Qac—上游河槽中的调蓄流量。如QacQs不计算,则有：Qo=Q+Qd(3)龙口泄水能力计算按照宽顶堰公式计算:Q=mET2gHo5⑷式中m——流量系数当話0.3,为淹没流,当話0.3,为非淹没流,m=0.385B——龙口平均过水宽度梯形断面：B-B-2nHenH二角形断面：B=nHoHo龙口上游水头梯形断面：H°二Z上-Z底三角形断面：Ho=Z±-Z底-nHB・O.5Bfn其中Z——龙口上下游水位差Hb—钱堤高度n——仓戈堤端部边坡系数，取n=1.0Z上——龙口上游水位Z底一一河道底板高程由连续方程可得龙口流速计算公式为Bh淹没流时：h二o,hs——龙口底板以上的下游水深你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。非淹没流时：h=he,he一龙口断面的临界水深即淹没出流时:对于梯形断面：h二hs对三角形断面：nHb—0.5Bh=hsBn非淹没出流时对于梯形断面：h二heh520八对三角形断面：heJ—52-:•ng图解法截流水力计算步骤：为绘制曲线方便，可不考虑上游河床调蓄流量和钱堤渗流量。计算按照如下步骤进行绘制分流曲线QdLiHB。绘制龙口泄水曲线Qlf(IHB)。y按照图解法求出几组相应的B,-H,Qg和Qd值，并绘制曲线簇。(4)判断流态，求水深。Q按照计算合龙过程中的断面平均流速Bh列表计算截流过程中的诸水力参数，如上下游落差乙龙口平均流速v等。确定抛投块最大粒径，计算出流速分区。3.2三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。在推导公式之前，先对计算断面进行假定：C-C断面为龙口流速计算断面，并假设出现淹没流时，该断面水位与下游水位相同，若出现非淹没流，c—C断面水深为临界水深。(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，水流流态又从淹没流过渡到非淹没流。下面，将龙口流速分别按淹没流、梯形非淹没流以及三角形非淹没流推导流速公式。1)流速Vi。c-C断面落差与下游落差Z相同，则c—C断面淹没流流速为：(5)r=0.85-0.95；VA.2gZ式中;'一一流速系数，Z——下游落差。2)梯形断面非淹没流*二・・2gZc(6)由于HFs乙令『=上6,则上式可写为V2二y2g（h$-Z）式中ZcC-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:Q怙护y3(l—y2)2⑺仁仇一Z）?厂1-（12：2)y2・_1—\1+2a甲2丫1+4a甲2式中：——C-C断面动能修正系数。常取Q——龙口流量，按（2）式计算;3)其余符号同前。V3=(券154~n由（5）~（8）式可绘制V~Z曲线（图4）。由（5）式可绘淹没流V~Z线（曲线①）由（6）和（7）式，可绘梯形断面非淹没流V~Z线（曲线②）。由（8）式可绘实际断面非淹没流V~Z线（曲线③）。显然,曲线①是一条上升曲线，曲线③是一条下降曲线，曲线②是先上升而后下降。这是由于y随Z的增加而减小，对于矩形断面,于三角形断面，y\；2，随着钱堤进占到三角形断面（Z增加）,y将减小到a.：