【doc】整治线宽度计算中水力学公式的修正

【doc】整治线宽度计算中水力学公式的修正 整治线宽度计算中水力学公式的修正 谶 摘要:本文通过研究航道整治前,后的糙率变化规 律,从而提出对整治线宽度计算公式进行修正. 关键词:航道整治线计算修正 1.问的提出 在航道整治工程的断面中,整治线宽度是重要 的技术参数之一,确定该参数的方法繁多,本文仅就其 中的水力学公式进行探讨. 应用水流连续方程和均匀流方程,并假定在整治水 位时,整治前,后通过的流量Q,糙率n和比降J不变, 推导出整治线宽度公式为: Bz,=Bl(Hl/H2)"(1) 式(1)中B.,B分别为整治水位时整治前,后的水 面宽,H,H:分别为整治水位时整治前,后的断面平均水 深(本文讨论的均为相应整治水位时的参数,以下略). 在工程实践及对断面流量模数的 研究中,发现整治前,后的糙率并非不 变.对将宽浅河段调整为窄深河段的整 治工程而言,整治后的糙率nz往往大 于整治前的糙率n..其机理是:整治后, 河宽缩窄,流速增加,河床冲刷,水深增 加,但过水断面面积减少,泥沙粗化,而 且整治前,后床沙粒径之比往往小于水 深之比,即床沙粗化速率高于水深增加 速率.由此可见,水力学公式中有关整 治前,后糙率n不变的假定与断面实际 变形之间存在非协调性.研究中,利用 水力学中有关管道沿程阻力系数,谢才 系数,模台试验以及沙莫夫对无粘性均 U广东省航道局彭钜新 根据曼宁公式:C:R(R为水力半径,天然河 流中R—H)(3) 由式(2)和式(3)有:一,/寄R(4) 模台在1944年对实际管道进行了大量的试验,其 成果绘制出着名的(,Re)关系图(以下简称模台 图).其中为相对糙度,?为绝对糙度,d为管径.由 n 于天然河流的水流运动一般处于阻力平方区,从模台 图上看,该区的Re对的影响极其微小,可忽略不计. 由此根据模台试验结果建立与的单函数关系,见 图】 图I^=f(A/d)(?/d/>0.oooo~) yi船38【3-8}.7j2lZ+3.【l】7x(们47一一 IO.9&目一一 I一一一 -一 一 -_?.一一?一 , —一 / ,一r I - ,'}. : 匀沙起动流速的试验等的研究成果,建立糙翠表达式井 求出n/n..从而达到对(1)式进行修正的目的,令整治 前,后断面的平均水深和床沙粒径的变化与糙率变化协 调一致. 2.整治前,后的糙率关系 由水流沿程水头损失公式hl=击推出流速表 达式v=,/,/1. 谢才系数为:c=,/(为阻力系数)(2) 40?珠江水运2003/11 从图1有相关公式: =882.38()a-82.732()z+3.1117()+o.0147 nQQ 函数相关关系密切,相关系数r=0.9944. 为了能够在天然河流中利用模台图的试验成果,假 定被研究河段的平面形态较规整(非急湾,无卡口的缓 变流河段),因而可以忽略局部阻力的影响.?表示河床 表面糙度,与河床表面颗粒直径D等价.由于d--4R(R 为水力半径),且H—R,所以有一.天然河流中 小于0.001,故可选取模台实验结果中<0.001的 数据进行相关,相关结果见图2. 圈2^:f(?Id)(?/d?D.001) I 一.一 一一一 【0.}o8B//r一:I).Il8:17: I8R=O. 从图2有相关公式: =0.0827(). 相关系数r--0.9991,函数相关关系非常密切,接近 完全相关关系.上式近似表示为: =0.0827() 除假定糙率为变量以外,其他假定与(1)式相同,则 整治线宽度公式修正为: B2=Bt詈(鲁 由6式代入4式有: v罕h9 会=,故詈=c击×c鲁古 我们研究的状态是整治前,后河床断面均已处于冲 淤平衡状态,其床沙粒径,水深和流速之间均应满足该 状态下的相关规律.根据沙莫夫有关泥沙起动流速的研 究,U=ADH,A为系数,床沙少量起动时取4.6.因此 有: =c×等 =(鲁)} = (器鲁)} =(鲁鲁) 代入(9)式有: 詈:(鲁)击×(鲁)岳 (U=Q/BH) (10) (S=BH) 对前述的整治T程而言,S.>S2(可以通过水 力学公式证明之,过程略),H2>H.,导致n2>n.. 这正是整治后糙率增加的内在机理. 3.整治线宽度公式的修正 用(10)式代入(7)式,导出修正后的水力学 公式为: B(熹)手 以下就水力学公式与我省T程总结的经验 120公式进行比较: 水力学公式:B2:=Bi(熹) 修正后的水力学公式:B2=B(熹)手 广东省经验公式:B~-0.8Bt()" 东江经验公式:B~--0.787B.(熹)"" 北江经验公式:B~-0.854B.(熹) 韩江经验公式:B~--0.733B.(熹) 公式(12)的计算结果见图2.比较结论如下: (1)从逻辑上,当H/H2=1时,B2//B1=1,此规 律仅水力学公式(包括修正后的水力学公式)能反映. 经比较知,Ht/H2>0.8时,水力学公式与修正后水力学 公式的计算的B:值很接近,理论上较经验公式合理. (2)当H./H2<0.4时,水力学公式计算的B2/B.值 较修正后的水力学公式偏离经验公式大,其计算的B 偏,J,. (3)当0.4<H./H2<0.8时,修正后的水力学公式计 算的B2/B.值较水力学公式偏离经验公式大,其计算 的B:偏大. (4)在以往的整治工程实施中,由于整治建筑物往 往采用透水式结构(如抛石丁坝等),部分坝田区的淤积 往往又未能达到设计,该区域的分流直接影响了整 治效果,水力学公式的应用不尽满意,导致经验公式的 产生.当工程能切实限流时,修正后的水力学公式 是能满足设计要求的. (5)修正后的水力学公式保留原水力学公式有关 整治水位时,整治前后的流量,比降不变,但将糙率作 为变量处理.两公式的结构形式一致,但前者的指数较 小,其计算的B:较大,这是糙率增加所导致的.从理论 壤髅獬匏鬓鹤 一 ,概述 圆弧形楼梯可分为螺旋形楼梯和扇形楼梯两种. 圆弧形楼梯多在公共场所及公共建筑中使用,有时为 了节省用地或受场地空间限制时也采用圆弧形楼梯, 以减缓楼梯的坡度,在水212建筑物中航标灯塔内部的 螺旋楼梯即属此类,如图1所示.图2为它的平面图和 内#1-侧面的展开剖面图.施212放线是施212的第一道212 序,也是一道极为重要的212序,要做好螺旋楼梯的施212 必须有;iE确的施212放线,因螺旋楼梯施工放线较为复 杂,本文根据笔者的施212实际经验介绍螺旋楼梯放线 方法. fit1图2 二,螺旋楼梯的特征 螺旋楼梯是由同一圆心的两条不同半径的内外侧 螺旋线组成的螺旋面分级而成,它的特征是每一踏步 都从圆心向外放射,虽然内外侧踏步宽度不同,但在每 一 放射面上的内外侧的标高是相同的.图3为踏步预 制的螺旋楼梯,它的底面为不连续的曲面.图4为现浇 的螺旋楼梯,它的底面为一连续的曲面. 图3图4 三,螺旋楼梯放样步骤 1.根据螺旋楼梯的圆心放出楼梯的内外弧线,并根 据螺旋楼梯的大小把内外弧线分成若干等分(一般分 成8等分),如图5所示,各等分点为模板立柱的基点. l1-姗 R2;_如oo ————一 t712———————.4 图5 2.将内外圆弧当作拉直的线,并分别以此内外圆弧 上看,修正后的水力学公式应比原公式 更合理.实际上,流量和比降都应该是 变量,但其结果较为复杂,涉及超越方 程的求解. (6)以往在整治212程的水面线H-算 中,整治前,后的糙率往往被视作.g-量, 用公式(1O)确定整治后的糙率,结合有 限单元微分法确定断面的流量模数(另 文有论述),可令水面线的计算结果更 趋合理. (7)从公式推导过程看,修正后的水 力学公式的适用条件为沙质河床.I 42 图2整治线宽度计算公式比较 /棚江It叠 一一j一 K力式 ,/ 一一// 萋??缸鼬滏jC r,I广求{r经lt畲式 晕 蘑 - no0 ????柏?? LBnnnnn