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1、?水利工程施工?课程设计说明书1 前言根据培养方案和?水利工程施工?教学大纲的规定，水利水电工程专业的学生有一周?水利工程施工?课程设计。课程设计的主要目的是稳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施工截流设计。2 根本资料某工程截流设计流量Q=4150 m3/s，相应下游水位为，采用单戗立堵进占，河床底部高程30m，戗堤顶部高程是44m，戗堤端部边坡系数n=1，龙口宽度220m，合龙中戗堤渗透流量按如下公式计算，Qs=220(Z为上下游落差，Z0为合龙闭气前最终上下游落差)，请设计该工程在河床在无护底情况下的截流方案。此外，上游水位下泄流量
2、关系曲线见表1。截流材料为容重26KN/m3的花岗岩，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5。表1 上游水位下泄流量关系曲线Qdm3/s7001220162017002160267034203930上m截流设计是施工导流设计重要组成局部，其设计过程比拟复杂，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。截流设计流量确实定，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确实定一般采用
3、图解法详细见?水利工程施工?P3942，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 -?水利工程施工?P41-1 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Q0由四局部组成Q0= 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戗堤渗透流量；Qac上游河槽中的调蓄流量。 如Qac Qs不计算，那么有： Q0= Q+ Qd- -(3)龙口泄水能力计算按照宽顶堰公式计算：-(4)式中 流量系数
4、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由连续方程可得龙口流速计算公式为 ： -淹没流时：，龙口底板以上的下游水深非淹没流时：，龙口断面的临界水深即淹没出流时： 对于梯形断面： 对三角形断面：。非淹没出流时： 对于梯形断面： 对三角形断面：；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戗堤渗流量。计算按照如下步骤进行1绘制分流曲线。2绘制龙口泄水曲线。3按照图解法求出几组相应的，和值，并绘制曲线簇。4判断流态，求水深。5按照计算合龙过程中
5、的断面平均流速6列表计算截流过程中的诸水力参数，如上下游落差Z，龙口平均流速v等。确定抛投块最大粒径，计算出流速分区。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：CC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，假设出现非淹没流，CC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V1。
6、CC断面落差与下游落差Z相同，那么CC断面淹没流流速为： 5式中流速系数， =0.850.95； Z下游落差。2梯形断面非淹没流 6由于，令，那么上式可写为 式中ZCCC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： 7式中 CC断面动能修正系数。常取 =1.0； Q龙口流量，按2式计算；n戗堤端部边坡系数。其余符号同前。3三角形断面非淹没流 8由58式可绘制VZ曲线图一。由5式可绘淹没流VZ线曲线。由6和7式，可绘梯形断面非淹没流VZ线曲线。由8式可绘实际断面非淹没流VZ线曲线。显然，曲线是一条上升曲线，曲线是一条下降曲线，曲线是先上升而后下降。这是由于y
7、随Z的增加而减小，对于矩形断面，；对于三角形断面，随着戗堤进占到三角形断面Z增加，y将减小到。图一 最大流速出现规律三条曲线有三种组合方式：当三条曲线相交于一点时图一a，最大流速Vmax出现在三角形断面刚形成时；当曲线在C点之下时，Vmax出现在梯形断面图一b；当曲线在A点之上时，Vmax出现在三角形断面形成之后图一c。A是曲线和曲线的交点；B是曲线和曲线的交点；C点为曲线和曲线的交点；走线1图OCD (2)OABD3OCD。二龙口宽度B与V和Z的关系1梯形断面淹没流。由图二a所示，由几何关系和水力学关系可知图二 龙口宽度计算草图 9式中 HB 护底以上戗堤高度，其余符号同前。2形断面非淹没流
8、图二b 10式中 b龙口底部宽度。按下式计算： 3三角形断面淹没流 图二c 114三角形断面非淹没流图二d 由于 因此 12三Vmax出现位置的判断 图一设曲线1和曲线2的交点为A，相应的落差为ZA，曲线2和曲线3的交点为B，相应的落差为ZB，曲线1和曲线3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。由图一我们可以看出：1当ZBZC时，Vmax出现在梯形断面，流速过程线为OAEBD，OA段按V1计算，AEB段按V2计算，BD 段按V3 计算。2当ZBZC时，Vmax出现在三角形断面刚形成时或三角形断面形成之
9、后，流速过程线为OCD，OC段按V1计算，CD段按V3计算，此种情况下不需计算V2。下面来讨论ZB和ZC 的计算方法。令V2 =V3，那么有 对于三角形断面， ， 代入上式可得： (13)13式中Q为龙口流量；按2计算，并转化为Z的函数，那么由13式可求出ZB。 令V1=V3，那么有： (14)14式可求出ZC。同样，ZA可令V1=V2求出，或作曲线1和曲线2，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，此时可由图二看出 15或 由于 因此 (15-1)由151式和2式联立求解，即为淹没流时三角形断面刚形成时的落差。4计算步骤1将的泄流水位关系Qd上上游水位转化为QdZ关系，Z=上+下下游水位；2有2式绘龙口流量与下游落差QZ关系曲线；313和14式计算ZB和ZC4当ZBZe时，由58式计算V1 、V2 和V3；当ZBZC时，由5和8式计算V1 和V3。5流态由912式按相应流态计算B值。6计算出流速分区，确定各区抛投块最大粒径，截流备料量。以上各步应列表计算。5计算成果及分析设计成果应提交：1设计说明书包括计算书一份；2计算附图附表；3成果分析。 成果提交时间：第19周周五下午5点。分组情况：见分组表答疑老师 ：蔡启龙： 燕 乔 赵春菊： 孟永东