水閘綜合水力計(jì)算實(shí)例

1、水閘水力計(jì)算 一、基本資料某平底水閘擔(dān)負(fù)汛期某河部分排洪的任務(wù)。在汛期，當(dāng)鄰閘泄流量達(dá)5000m 3s時(shí)，本閘開(kāi)始泄洪。根據(jù)工程規(guī)劃，進(jìn)行水力計(jì)算的有關(guān)資料如下：1水閘寬度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(1)設(shè)計(jì)洪水流量為1680m 3s，相應(yīng)的上游水位7.18m，下游水位為6.98m；(2)校核洪水流量為l 828m 3s，相應(yīng)的上游水位為7.58m，下游水位為7.28m2消能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)因水閘通過(guò)設(shè)計(jì)洪水流量時(shí)，上下游水位差很小，過(guò)閘水流呈淹沒(méi)出流狀態(tài)，故不以設(shè)計(jì)洪水流量作為消能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)考慮汛期鄰閘泄洪流量為5000m 3s時(shí)，本閘開(kāi)始泄洪，此時(shí)上下游水位差最大，可作為消能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)其相應(yīng)的上游水位為5.50m，

2、下游水位為2.50m，并規(guī)定閘門(mén)第一次開(kāi)啟高度m。3閘身穩(wěn)定計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(考慮閘門(mén)關(guān)閉，上下游水位差最大的情況)(1)設(shè)計(jì)情況：上游水位為6.50m，下游水位為-1.20 m：(2)校核情況：上游水位為7.00m，下游水位為-120m。4水閘底板采用倒拱形式，底板前段閘坎用漿砌塊石填平。為了與河底超高相適應(yīng)，閘坎高程定為-1.00m，倒拱底板高程為-1.50m5閘門(mén)、閘墩及翼墻型式：閘門(mén)為平面閘門(mén)，分上下兩扇。閘墩墩頭為尖圓形，墩厚m翼墻為圓弧形，圓弧半徑m6閘址處河道斷面近似為矩形，河寬m7閘基土壤為中等密實(shí)枯土8水閘縱剖面團(tuán)及各部分尺寸見(jiàn)圖15.1。二、水力計(jì)算任務(wù)：1確定水閘溢流寬度及閘孔數(shù)

3、；2閘下消能計(jì)算；3閘基滲流計(jì)算三、水力計(jì)算：1、確定水閘溢流寬度及閘孔數(shù)平底水閘屬無(wú)坎寬頂堰。先判別堰的出流情況。已知設(shè)計(jì)洪水流量Q1680m 3s，相應(yīng)的上游水位為7.18m，閘坎高程為-1.00m，則寬頂堰堰上水頭m又知河寬m，則下游水位為6.98m，則下游水面超過(guò)堰頂?shù)母叨扔杀?0.9知，為寬頂堰淹沒(méi)出流據(jù)堰流基本公式 (10.4)；可得水閘溢流寬度對(duì)無(wú)坎寬頂堰。取側(cè)收縮系數(shù)。 因流量系數(shù)m和淹沒(méi)系數(shù)均與堰寬有關(guān)，必須用試算法求?，F(xiàn)設(shè)75m。根據(jù)得。再根據(jù)，由表10.9查得。于是得 假設(shè)與計(jì)算值近似相等，故m即為所求每孔閘寬往往決定于閘門(mén)形式、閘門(mén)啟閉機(jī)的能力及其他具體條件。取每孔間寬

4、6m ，則閘孔數(shù)。現(xiàn)取，則水閘實(shí)際溢流寬度m求通過(guò)水閘的實(shí)際流量。根據(jù)及由表10.8查得m=0.355。再根據(jù)由表10.9查得。則實(shí)際流量 m3 /s 實(shí)際流量大于設(shè)計(jì)流量，所取值滿足要求再核算所取值能否滿足通過(guò)校核流量l 828米秒的要求已知相應(yīng)于校核流量的上游水位為7.58m，則堰上水頭為寬頂堰淹沒(méi)出流。按，由表11.9查得，則通過(guò)水閘的流量 所取值滿足要求。 決定采用水閘溢流寬度 2、閘下消能計(jì)算 根據(jù)本間設(shè)計(jì)要求，鬧下消能按上游水位為5.50米，下游水位為2.50米，閘門(mén)開(kāi)啟高度的情況計(jì)算 (一)判別屬于堰流或閘孔出流閘上水頭m 由式(10.1)知為閘孔出流 (二)判別屬于自由出流或淹

5、沒(méi)出孔流 因閘孔流量為未知，尚無(wú)法判別閘孔出流情況，先假設(shè)為自由孔流，算出流量后再行校核。 寬頂堰上平面閘門(mén)自由孔流的流量公式(11.21)計(jì)算： 已知閘孔寬度；m；先不計(jì)，即對(duì)底部為銳緣的平面閘門(mén)，閘孔流量系數(shù)按式（10.25）計(jì)算：以上各值代入流量公式中得 按所得的流量近似值求，再計(jì)算流量的較精確值： 故得 所求流量與第一次近似值甚為接近，不必再算。下面校核是否屬于自由出流 按，由表10.11查得銳緣平面閘門(mén)的垂向收縮系數(shù)由式(10.29)可得臨界水躍躍后水深 下游水深 因?yàn)樽杂煽琢?，與原假設(shè)的出流情況相符，所求流是正確的 因?yàn)槭亲杂沙隽?，閘下發(fā)生遠(yuǎn)離水躍，需要做消能工，采用消力池。 (三

6、)求消力池深度水閘單寬流量臨界水深 由表10.12查得平底閘平面閘門(mén)的流速系數(shù)。按及值，由附錄圖查得 因閘底為倒拱，可利用閘坎后一段長(zhǎng)11m的倒拱底板作為消力池的一部分，故以倒拱底板高程-1.5m作為消力池池底高程，即采用池深 (四)求消力池長(zhǎng)度l消力池長(zhǎng)度按公 因按查得 所以水越長(zhǎng)度則池長(zhǎng) 采用池長(zhǎng)為17m(包括倒拱底板后段11m及底板外另加的6m，見(jiàn)圖151)。 (五)求海漫長(zhǎng)度 海漫長(zhǎng)度(即躍后保護(hù)段長(zhǎng)度)按南京水利科學(xué)研究院的公式計(jì)算： 式中上下游水位差m：消力池末端單寬流量可按消力池寬度求得： 對(duì)粘性土壤，可取系數(shù). 于是 采用海漫長(zhǎng)度為30m。 3、閘基滲流計(jì)算 閘基滲流主要是計(jì)算

7、滲徑長(zhǎng)度和閘底滲流壓強(qiáng)。至于滲流量，因閘基為粘性土壤，滲透性小，且本工程對(duì)控制滲流量要求不高，故不必計(jì)算。 ()求滲徑長(zhǎng)度 滲徑長(zhǎng)度應(yīng)能滿足水閘上下游水位差最大時(shí)的防滲要求，故按上下游水位差最大的情況來(lái)確定。上下游水位差最大的情況為閘身穩(wěn)定計(jì)算中的校核情況，相應(yīng)的上游水位為7.0m，下游水位為-1.2m，最大水位差 按水閘結(jié)構(gòu)布置要求，初步擬定閘底輪廓線，再核算滲徑長(zhǎng)度是否滿足要求因本閘水位差較大，由結(jié)構(gòu)布置要求確定的閘底長(zhǎng)度較短，僅17m，故于底板上游增設(shè)一長(zhǎng)25m的鋼筋混凝土防滲鋪蓋，以增加滲徑長(zhǎng)度。初步擬定的閘底輪廓線如圖15.1所示為了便于計(jì)算，將閘底不透水部分輪廓線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)按順序編號(hào)

8、，共12點(diǎn) 按防滲要求，閘底不透水部分輪廓線(包括鋼筋混凝土鋪蓋及鋼筋混凝土倒供底板)長(zhǎng)度應(yīng)滿足 式中折算滲徑長(zhǎng)度，其中閘底鉛直輪廓線(當(dāng)輪廓線與水平線夾角大于或等于45時(shí)，按鉛直輪廓計(jì)算)長(zhǎng)度 水平輪廓線長(zhǎng)度 則 上下游水位差8.2m，由表查得中等密實(shí)粘土(無(wú)反濾層)的滲徑系數(shù)則 因LC0H。閘底輪廓線長(zhǎng)度滿足防滲要求。 (二)求閘底滲流壓強(qiáng) 閘底任一點(diǎn)n的滲流壓強(qiáng)pn按式(14.62)計(jì)算： 式中n點(diǎn)的水頭Hn。可按n點(diǎn)的折算滲徑長(zhǎng)度l1-n求得： n點(diǎn)的位置高度(以下游水面為基準(zhǔn)面向下為正)為 現(xiàn)以點(diǎn)8為例計(jì)算該點(diǎn)在校核情況時(shí)的滲流壓強(qiáng)點(diǎn)8的折算滲徑長(zhǎng)度為 則 按上法求得閘底各點(diǎn)在校核情

9、況時(shí)的滲流壓強(qiáng)，列于表15.1對(duì)于設(shè)計(jì)情況，水位差H65-(-12)77m按同樣方法求得閘底各點(diǎn)在設(shè)計(jì)情況時(shí)的滲流壓強(qiáng)，列于表15.2.以上所求閘底滲流壓強(qiáng)是進(jìn)行水閘整體穩(wěn)定計(jì)算和底板強(qiáng)度計(jì)算的主要荷載之一。位置12345680.476.776.073.536.333.1-1.965.885.881.964.9011.7578.4482.5881.8875.4641.2044.85位置12345632.330.56.867.904.210.0011.758.828.8211.7511.752.9444.0539.3215.6816.6515.962.94位置12345675.472.071.469.034.131.0-1