溢流坝段设计学习资料.doc

溢流坝段设计一、 孔口设计 1、孔口形式本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。 2、孔口尺寸本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m。二、 溢流坝剖面设计溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用WES曲线。 1、设计依据溢洪道设计规范（SL 253-2002） 2、基本资料 有上述资料可得出Hmax=5.97m。 3、溢流曲线设计溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中Hd为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头Hmax的75%到95%计算，本设计采用80%倍的Hmax，所以Hd=4.78m。上游堰高P1=42m1.33Hd=6.35m，所以本设计为高堰流量系数md=0.502。1)、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：曲线参数计算表2) 、下游曲线段 下游曲线段计算公式为：式中：Hd为堰面曲线定型设计水头； x，y为原点下游堰面曲线横纵坐标； n与上游堰坡有关； k当P1/Hd1.0时，k值由规范查取，当P1/Hd1.0时，k取2.0到2.2。上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；P1/Hd=8.81.0，所以由规范查的k=2.0。综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：经excel计算可得堰面曲线计算表如下表所示：3） 、中间直线段 直线段与曲线段的切点计算如下所示：代入数据计算可得： 4） 、下游反弧段本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径R=(410)h0，式中h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。挑流鼻坎高程取579.00m（下游最高水位577.54m）。反弧段最低点流速：式中：为堰面流速系数，由长江流域规划办公室提供的公式初步确定为： 反弧段半径R=(410)h0，本设计反弧段流速为23.29m/s16m/s，但流速也不是很大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切，所以取R=6.42h0=9.95m。综上所述，溢流面初步拟定的剖面如下图所示:4、 消能防冲设计 本设计采用挑流消能，挑流鼻坎采用连续式鼻坎；挑射角规范要求在20到35之间，本设计取挑射角=30；反弧段半径R规范要求取（410）h0，h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深；鼻坎高程规范要求高于下游最高水位12m，本设计下游最高水位577.54m，鼻坎高程取为579.00m。1） 、挑射距离计算由于冲坑最深点大致落在水舌外缘的延长线上，故跳射距离可按下式估算：式中：L为水舌挑射距离； V1为坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计，即：式中：H0为库水位至坎顶的落差，为堰面流速系数； h1为坎顶平均水深在铅直方向的投影，即h1=hcos； h2为坎顶至河床面高差。由上面计算可得v=23.29m/s，所以v1=1.123.29=25.62m/s；h1=1.55cos=1.34m；h2=579-563=16m；把这些数值代入挑射距离的计算公式有： L=68.79m2） 、冲坑深度计算最大冲坑深度的数值与很多因素有关，特别是河床的地质条件，目前估算公式很多，设计规范推荐按下式计算：式中:tk为冲坑深度；q为单宽流量；H为上下游水位差；为冲刷系数根据规范本设计取为0.8。代入数值计算得：tk=11.54mL/tk=5.965，不会对坝体安全造成威胁所以满足挑流设计要求。5、 底孔设计 底孔主要作为排沙孔，也有宣泄洪水、防空水库的功能。底孔设在非溢流坝段，进口中心线高程580.00m，空口尺寸33m。本设计底孔为有泄进水孔，包含进口段、空身段和出口段。工作闸门布置在出口，闸门采用平板闸门。事故检修闸门设在进口段之后，检修闸门也采用平板闸门。 1）、进口段 进口段曲线应满足下列要求：减小局部水头损失，提高泄流能力；控制负压防止空蚀。进口曲线常采用1/4椭圆，其方程为：椭圆长轴（x轴）多与孔轴平行。对于矩形断面的泄水孔的顶面曲线，A为孔高，采用1/31/4；空口两侧壁曲线也用椭圆曲线，A为孔宽，采用1/4；进口段底部边界线采用圆弧。进口段的中心线，一般布置成水平。根据上述要求，进口段顶面取1/3，其曲线方程为：两边侧壁的曲线方程为： 2）、空身段 空身段采用圆形断面，直径为3m。 3）、渐变段本设计有压泄水孔断面为圆形，所以在进口闸门后需设渐变段，以便水流平顺过渡，防止负压和空时产生。渐变段可采用在矩形的四个角上加圆弧的办法过渡，本设计工作闸门不知在出口，所以在出口段也需要设置渐变段。渐变段工作复杂，不宜太长，一般采用洞身直径的1.52倍，边壁收缩率在1:51:8之间。在坝身有压泄水孔末端，水流从压力流突然变成无压流，引起出口附近压力降低，容易产生顶部负压，所以在出口常设1:101:5的斜坡，面积收缩率为0.850.90。根据上述要求，渐变段长度取洞身长度直径的1.5倍，L=4.5m；边壁收缩率1:8；出口段顶部设1:10的斜坡，面积收缩率为0.85。6、 水面线计算 1）、堰顶部分坝顶头部水面线坐标X/Hd和Y/Hd可查水工设计手册第六卷.泄水与过坝建筑物P6-181表27-2-5进行插值计算。Hd=4.78m，H/Hd=1.25，具体计算过程如下表所示：坝头部水面线计算表2） 、直线部分的不掺气水面线求解 切点坐标（Xt，Yt）已经确定为（7.97，-6.154）。 求曲线长度Lc,t，查水工设计手册第六卷泄水与过坝建筑物图27-2-5，得Lc,t/Hd=2.08，所以Lc,t=9.94m。 求直线段长度Ls，从切点到直线上任意一点（xi，yi）的距离计算公式为：式中:sin=0.82。 从堰顶曲线起点到点（xi，yi）的距离L=Lc,t+Ls,i。 计算边界层厚度。公式为：列表计算如下所示:边界层厚度计算表 势流水深hp试算，试算公式为：失算过程如下：对于每一个Yi，假定一个hp，通过计算得到另一个hp值，再将得到的数值代入，依次进行下去，直到获得两个相等的数值为止。现以Yi=6.154为例，试算如下表所示：势流损失hp试算表由上表可以看出，Yi=6.154时，hp的试算结果为2.479。按照这样的方法，最终的试算结果如下表所示：势流损失hp试算汇总表正交于坝面的坝面水深h=hp+0.18，所以将上述计算综合得出正交于坝面的坝面水深h如下表所示：坝面水深计算表 3）、反弧段水深计算 4）、溢流坝段边墙高度的确定水面线安全超高规范要求取0.51.5m，非直线段适当增加。本设计堰顶曲线处的边墙高度高出水面线1.5m，直线段的边墙高度高出水面线1m，反弧段的边墙高度高出挑坎水深1.5m。