水利工程施工截流課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、共享知識(shí)分享快樂(lè) 大渡河截流 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 姓名：壞痞乖男 日期：2017年2月19日 頁(yè)眉內(nèi)容 共享知識(shí) 分享快樂(lè) 目錄 1、課程設(shè)計(jì)目的 3 2 基本資料 3 3、截流的水力計(jì)算 5 3.1 計(jì)算步驟 5 H 3.1.1 計(jì)算下游水位 下 5 3.1.2 戧堤頂部高程的確定 6 3.1.3 戧堤高度、頂長(zhǎng)與頂寬 6 3.2 截流過(guò)程分析與水力計(jì)算 7 3.3 合龍?jiān)O(shè)計(jì)流量組成 9 3.4 圖解法 10 4.流態(tài)判別 16 4.1 求水深 16 4.2 求斷面平均流速 17 5 截流過(guò)程的水力參數(shù)及拋投料的計(jì)算 19 5.1 計(jì)算截流過(guò)程水力參數(shù) 19 5.2 拋投料的計(jì)算 20 5.2

2、拋投料尺寸的計(jì)算 20 5.3 拋投量計(jì)算 22 頁(yè)眉內(nèi)容 共享知識(shí)分享快樂(lè) 水利工程施工課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1、課程設(shè)計(jì)目的 課程設(shè)計(jì)的主要目的是鞏固和掌握課堂所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用本課程的知 識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是水利水電工程施工截流設(shè) 計(jì)。 2基本資料 大渡河上某水電工程采用單戧立堵進(jìn)占，河床的剖面圖見(jiàn)圖1。戧堤處水位 流量關(guān)系見(jiàn)表1和圖2。戧堤端部邊坡系數(shù)n=1.2，截流戧堤兩側(cè)的邊坡為 1:1.5。截流材料采用當(dāng)?shù)氐闹辛：谠贫L(zhǎng)花崗巖，容重為26kN/m3。該工程壩址 處天然水位流量關(guān)系見(jiàn)表1,施工導(dǎo)流采用左、右岸各布置一條導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流， 左、右導(dǎo)流隧洞聯(lián)合泄流的

3、上游水位和泄流流量關(guān)系見(jiàn)表2和圖3。 3 流量（m/s） 250 317 410 500 1000 水位（m） 952.15 952.71 953.48 954.00 955.87 956.5 956 955.5 955 954.5 954 m 953.5 953 952.5 952 951.5 200400 600 800 1000 1200 流量（m3/s） 圖2 壩址處天然水位一流量關(guān)系曲線 表2上游水位一導(dǎo)流隧洞泄流量關(guān)系 泄流流量（m/s） 0 150 300 410 800 1400 上游水位（m 953.00 955.40 957.03 958.00 960.66 964.12

4、圖3上游水位一導(dǎo)流隧洞泄流量關(guān)系曲線 3、截流的水力計(jì)算 截流設(shè)計(jì)是施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)重要組成部分，目前我國(guó)水利水電工程截流多采用 立堵截流，本次設(shè)計(jì)按立堵截流設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)內(nèi)容分為：截流水力計(jì)算、截流水 力分區(qū)和備料量設(shè)計(jì)。 截流設(shè)計(jì)流量的確定，通常按頻率法確定，也即根據(jù)已選定的截流時(shí)段，米 用該時(shí)段內(nèi)一定頻率的某種特征流量值作為設(shè)計(jì)流量。一般地，多采用截流時(shí)段 10% 20%的月平均或者旬平均流量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 截流的水力計(jì)算中龍口流速的確定一般采用圖解法，截流水力計(jì)算如下。 3.1計(jì)算步驟 3.1.1計(jì)算下游水位 H下 截流設(shè)計(jì)流量Qo =(270 3*1 273m3/s，計(jì)算時(shí)不考慮戧堤滲透流

5、量和 上游槽蓄流量。根據(jù)壩址處天然水位與流量關(guān)系曲線，由內(nèi)插法可 知,H下工952.34m 3.1.2戧堤頂部高程的確定 截流設(shè)計(jì)流量為273m3/s，對(duì)上游水位導(dǎo)流隧洞泄流量關(guān)系曲線使用內(nèi)插 法，可得設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)水位高程為 956.74m,故取戧基高程為957m 3.1.3戧堤高度、頂長(zhǎng)與頂寬 截流戧堤處河床底部高程為951m可求得戧堤的設(shè)計(jì)高度為7m若取河谷 兩側(cè)坡比為1:1，由河谷在高程 957m處寬度為46.9m,可求得戧堤頂部長(zhǎng)為 48.9m，計(jì)算時(shí)按約為49m進(jìn)行計(jì)算，戧堤寬度取20m通過(guò)對(duì)表3進(jìn)行表上作 業(yè)，可得分流流量與上游水位關(guān)系曲線與龍口泄水曲線如圖4和圖5所示。 表3水位

6、與下泄流量跟龍口流量的關(guān)系 上游水位（m 設(shè)計(jì)流量（m3/s） 下泄流量（m3/s）Qd 龍口流量Qg 953 273 0.00 273.00 953.5 273 31.25 241.75 954 273 62.50 210.50 954.5 273 93.75 179.25 955 273 125.00 148.00 955.4 273 150.00 123.00 955.5 273 159.20 113.80 956 273 205.21 67.79 956.5 273 251.23 21.77 956.74 273 273.00 0.00 QdZ 下泄諭量（m3/s ） 圖4上游水位與下

7、泄流量關(guān)系曲線 953 952 951 0.0050.00100.00150.00 2CQ.DQ 250.00300.00 龍口流里 圖5上游水位一龍口流量關(guān)系曲線 3.2截流過(guò)程分析與水力計(jì)算 隨著戧堤進(jìn)占，河床斷面不斷束窄，上下游落差亦逐漸增大，其斷面及流態(tài) 變化過(guò)程如下：1）梯形淹沒(méi)流2 ）梯形非淹沒(méi)流3 ）三角形淹沒(méi)流4 ）三角形 非淹沒(méi)流 ，即當(dāng)龍口 由龍口泄水 梯形斷面與三角形斷面的分界點(diǎn)的確定： Hb二958 - 951 = 7 寬度大于14m時(shí)為梯形斷面，當(dāng)龍口寬度小于14m時(shí)為三角形斷面。 能力計(jì)算按照寬頂堰公式計(jì)算： Q =mB、2gH 0.5 式中 m流量系數(shù) Z 1 當(dāng)

8、，為淹沒(méi)流, m z 1 當(dāng)-1，為非淹沒(méi)流，-0,385 B 龍口平均過(guò)水寬度 梯形斷面：B = B - 2nHB nH0 三角形斷面：B二nH0 Ho龍口上游水頭 梯形斷面: Ho - z上-Z底 三角形斷面：H0 =Z上-Z底- nHB - 0.5B ；n 其中：Z 龍口上下游水位差 Hb戧堤高度 n 戧堤端部邊坡系數(shù)，取n -1.0 Z上一一龍口上游水位 Z底一一河道底板高程 由連續(xù)方程可得龍口流速計(jì)算公式為 Bh 淹沒(méi)流時(shí)：h =hs 式中：hs 龍口底板以上的下游水深 非淹沒(méi)流時(shí)：h = hc 式中：hc龍口斷面的臨界水深 I即淹沒(méi)出流時(shí): 對(duì)于梯形斷面：h =hs 對(duì)三角形斷面：

9、 h=hsHB0.5B。 n II非淹沒(méi)出流時(shí): 對(duì)于梯形斷面: h =hc 對(duì)三角形斷面: 3.3合龍?jiān)O(shè)計(jì)流量組成 一般情況下，截流設(shè)計(jì)流量 Q0由四部分組成： Q Q Qd Qs Qac 式中，Q龍口流量； Qd分流量（分流建筑物中通過(guò)的流量）； Q戧堤滲透流量； Qac上游河槽中的調(diào)蓄流量。 由于不考慮戧堤滲透流量和上游槽蓄流量，則有：Q。二Q Qd。 聯(lián)立上述方程：即可得到龍口處水力參數(shù)變化規(guī)律。 3.4圖解法 分別取定龍口寬度為 B=6.5m 11.5m，16.5m, 21.5m, 26.5m, 31.5m, 36.5m, 41.5m, 46.5m時(shí)不同上游水位下的龍口泄流量和隧洞分

10、流量。由截流設(shè)計(jì)流量 358nVs，壩址處天然水位一流量關(guān)系曲線內(nèi)插得設(shè)計(jì)流量下的壩址處天然水位 為952.34m,設(shè)計(jì)中截流設(shè)計(jì)流量為定值，故認(rèn)為下游水位不變。龍口泄流量計(jì) 算結(jié)果見(jiàn)附錄（附表4到附表12）。 表4B=46.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/HO m B Qg 46.5 0 1.34 0.00 0.000 31.308 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 31.308 131.33 1 2.34 0.43 0.385 31.572 192.63 1.5 2.84 0.53 0.385 31.972 260.82 2 3.34 0.60 0.385 32.37

11、2 336.81 2.5 3.84 0.65 0.385 32.773 420.34 3 4.34 0.69 0.385 33.173 511.21 3.5 4.84 0.72 0.385 33.573 609.32 4 5.34 0.75 0.385 33.973 714.55 表5B=41.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/HO m B Qg 41.5 0 1.34 0 0.000 26.608 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 26.608 111.62 1 2.34 0.43 0.385 26.608 162.34 1.5 3.84 0.39 0.385 27.80

12、8 356.66 2 3.34 0.60 0.385 26.608 276.83 2.5 3.84 0.65 0.385 26.608 341.27 3 4.34 0.69 0.385 26.608 410.05 3.5 4.84 0.72 0.385 26.608 482.91 4 5.34 0.75 0.385 26.608 559.65 表6B=36.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 36.5 0 1.34 0.00 0 21.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.38 21.31 89.38 1 2.34 0.43 0.385 21.57 131.62

13、 1.5 2.84 0.53 0.385 21.97 179.24 2 3.34 0.60 0.385 22.37 232.77 2.5 4.84 0.52 0.385 23.57 427.82 3 4.34 0.69 0.385 23.17 357.11 3.5 4.84 0.72 0.385 23.57 427.82 4 5.34 0.75 0.385 23.97 504.22 表7 B=31.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/HO m B Qg 31.5 0 1.34 0.00 0.000 16.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 16.31 68.41 1 2.

14、34 0.43 0.385 16.57 101.11 1.5 2.84 0.53 0.385 16.97 138.46 2 3.34 0.60 0.385 17.37 180.75 2.5 3.84 0.65 0.385 17.77 227.95 3 4.34 0.69 0.385 18.17 280.05 3.5 4.84 0.72 0.385 18.57 337.08 4 5.34 0.75 0.385 18.97 399.05 表8B=26.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 26.5 0 1.34 0.00 0.000 11.31 0.00 0.5 1.84 0.

15、27 0.380 11.31 47.44 1 2.34 0.43 0.385 11.57 70.60 1.5 2.84 0.53 0.385 11.97 97.67 2 3.34 0.60 0.385 12.37 128.73 2.5 3.84 0.65 0.385 12.77 163.82 3 4.34 0.69 0.385 13.17 203.00 3.5 4.84 0.72 0.385 13.57 246.33 4 5.34 0.75 0.385 13.97 293.89 表9B=21.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 21.5 0 1.34 0.00 0.000

16、 6.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 6.31 26.46 1 2.34 0.43 0.385 6.57 40.10 1.5 2.84 0.53 0.385 6.97 56.88 2 3.34 0.60 0.385 7.37 76.70 2.5 3.84 0.65 0.385 7.77 99.69 3 4.34 0.69 0.385 8.17 125.95 3.5 4.84 0.72 0.385 8.57 155.59 4 5.34 0.75 0.385 8.97 188.72 表10B=16.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 16.5 0 1.

17、215 0.00 0.000 1.608 0.000 0.5 1.715 0.29 0.383 1.608 6.116 1 2.215 0.45 0.385 2.233 12.547 1.5 2.715 0.55 0.385 2.737 20.870 2 3.215 0.62 0.385 3.241 31.846 2.5 3.715 0.67 0.385 3.745 45.708 3 4.215 0.71 0.385 4.249 62.675 3.5 4.715 0.74 0.385 4.753 82.947 4 5.215 0.77 0.385 5.257 106.717 表11B=11.5

18、m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 11.5 1 0.132 7.595 0.385 0.133 0.011 1.5 0.632 2.375 0.385 0.637 0.545 2 1.132 1.767 0.385 1.141 2.341 2.5 1.632 1.532 0.385 1.645 5.844 3 2.132 1.407 0.385 2.149 11.400 3.5 2.632 1.330 0.385 2.653 19.305 4 3.132 1.277 0.385 3.157 29.822 4.5 3.632 1.239 0.385 3.661 43.188

19、 表12B=6.5m流量落差計(jì)算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 6.5 3 0.048 62.069 0.385 0.049 0.001 3.5 0.548 6.383 0.385 0.553 0.383 4 1.048 3.816 0.385 1.057 1.934 4.5 1.548 2.906 0.385 1.561 5.126 由計(jì)算結(jié)果繪制不同寬度時(shí)上游水位與龍口泄流量關(guān)系曲線和龍口泄流量 與上游水位關(guān)系曲線，曲線交點(diǎn)即為龍口在各寬度時(shí)的上游水位和泄流量， 如下: 20C00400.00600.00800,00 957 5 957 956.5 莎 K為綜合穩(wěn)定系數(shù)；其中混凝

20、土四方體取 0.68-0.72，混凝土立方體取0.76-0.80，塊石取0.9 ； g為重力加速度，取 2 9.8m/s ; 1為石塊的容重，取26kN/m3;為水的容重，取9.8kN/m3 ; D為石 塊折算成球體的化引直徑，m 01020304050 寬度B 根據(jù)伊茲巴公式求得各流速下的拋投料尺寸如下表: B V 粒徑d 46.5 4.187 0.668 41.5 4.403 0.739 36.5 4.483 0.766 31.5 4.705 0.843 26.5 4.972 0.942 21.5 5.327 1.081 16.5 4.392 0.735 11.5 3.593 0.492 6.5 2.494 0.237 表20 各龍口寬度下拋投塊粒徑 心 1200 黛 1000 0.S00 0.500 0,400 0.200 0.000 圖8戧堤頂部高程寬度與塊體粒徑的關(guān)系 5.3拋投量計(jì)算 由水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)第一卷542頁(yè)，由上表中求得的截流過(guò)程流速及 相應(yīng)的拋投料粒徑， 根據(jù)粒徑進(jìn)行將龍口分為龍口I區(qū)、 龍口n區(qū)和龍口川區(qū)， 材料備料系 數(shù)為1.1，龍口流速系數(shù)為1.3,立堵法截流材料數(shù)量計(jì)算如下： w =B 式中：W戧堤體積，m3; B :龍口平均寬度，m; ：戧堤斷面積，m2; m2）H B2 bH B 2