某粘土心墻土石壩的溢洪道設(shè)計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u914某粘土心墻土石壩的溢洪道設(shè)計計算案例 1252041.1進水渠 1104181.2控制段 1136901.3溢流孔口尺寸擬定 261531.4泄槽 380231.5消能防沖設(shè)備 6244241.6尾水渠 6開敞式溢洪道因為泄流量大，構(gòu)造簡單，施工方便，工作可靠，故在本土石壩設(shè)計中，我們使用開敞式溢洪道。開敞式溢洪道主要由引水渠、控制段、泄水槽、消能設(shè)施、尾水渠等幾部分組成。本設(shè)計我們采用粘土矩形開敞寬頂堰設(shè)計方案，已有資料給出，溢洪道位于右壩肩不遠處，溢流凈寬35m，為無閘控制實用堰，堰頂高程129.00m。1.1進水渠進水渠平面布置，進水渠底板為等寬或順水流方向收縮，進口底寬與溢流堰寬之比宜在1.5~3之間。渠道設(shè)計流速宜采用3~5m/s。巖基上進水渠的橫斷面接近矩形邊坡根據(jù)穩(wěn)定要求確定，新鮮巖石一般為1：0.1~1：0.3，風(fēng)化巖石可用1：0.5~1：1.0。在土基上采用梯形，邊坡一般選用1：1.5~1：2.5，本次設(shè)計采用梯形坡比1:1.5。進水渠的縱斷面一般做成平底坡或具有不大的逆坡。進水渠與控制段之間設(shè)置漸變段采用圓弧翼墻或扭曲面翼墻。1.2控制段溢洪道的控制段包括溢流堰及兩岸連接建筑物，是控制溢洪道泄流能力的關(guān)鍵部位。圖1.1寬頂堰、實用堰示意圖開敞式實用堰，堰項下游堰面宜優(yōu)先采用WES型冪曲線，堰頂上游可采用雙圓弧、三圓弧或橢圓曲線。當(dāng)采用低實用堰時上游堰高P1≥0.3Hd，下游堰高P2≥0.6Hd，Hd為堰面曲線的定型設(shè)計水頭。堰面曲線下接直線段，坡度一般陡于1：1，本次設(shè)計，兩岸坡度采用1：0.75。堰頂高程為129m，堰高1.5m。1.3溢流孔口尺寸擬定溢洪道消能防沖按30年一遇洪水設(shè)計，相應(yīng)下泄流量292，水位91.77m。開敞式實用堰，用如下公式（7--1）（7--1）式中——包括行近流速水頭的堰上水頭，m；B——溢流前沿寬度，m；m——流量系數(shù)，平底板寬頂堰，m=0.385；——閘墩側(cè)收縮系數(shù)，0.92；Q——流量，。計算結(jié)果列表表示（7--2）表（7--2）控制段尺寸計算表（忽略行近水頭）水位（m）泄量（m3/s）堰上水頭H0（m）孔口凈寬B（m）設(shè)計洪水位1621.9338.506校核洪水位2922.7722.395故控制段凈寬定為35m。本次設(shè)計我們選用WES型溢流堰，校核洪水位下最大作用水頭，同時，。堰頂O點上游段三圓弧的半徑及其坐標如下表（7--3）表（7--3）三圓弧的半徑及其坐標長度水平圓弧半徑下游段的曲線方程為。表（7--4）WES計算曲線坐標x0.511.522.53y0.05830.21030.44530.75821.14561.6052WES型曲線如下所示：圖1.2WES型曲線1.4泄槽1.4.1泄槽的布置泄槽的平面布置應(yīng)根據(jù)地形確定，盡可能采用比較簡單方便的布置，這樣可使水流平順、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。由于泄槽中流速比較大，所以不設(shè)置漸變段以加大水深，減小流速，泄槽寬度和溢流堰總寬度相同，為35m。為保證溢流堰為自由出流且槽中不發(fā)生水躍，使水流始終處于急流狀態(tài)，泄槽縱坡必須大于臨界坡度。泄槽常見的縱坡為1%~5%，有時為了增加工程的經(jīng)濟效益，泄槽可以改變走向、坡度等要素，但由地形圖可知，本工程泄槽若采取變坡，開挖量并未減小很多。為了防止水流紊亂，本設(shè)計泄槽不變坡，坡度采用i=0.32，大于臨界坡度。泄槽的橫斷面擬定為矩形，因其流態(tài)較好，水流分布均勻，有利于下游消能。1.4.2泄槽的水力計算泄槽流段距離計算公式如下：（7--5）（7--6）式中：——泄槽分段長度——分段初始斷面水深和末端水深——流速分布不均勻系數(shù)，取1.0——分段初始斷面流速和末端流速——泄槽底坡的角度——泄槽坡降，n——泄槽糙率系數(shù)，取0.015——分段內(nèi)的平均流速，——分段內(nèi)的平均水力半徑，.泄槽首端起始計算水深：（7--7）起始計算斷面的流速：（7--8）起始計算斷面的水力半徑：（7--9）式中：——起始斷面的單寬流量，——起始計算斷面的流量系數(shù)，0.95——起始計算斷面的流速——泄槽底坡的角度——起始計算斷面以上的總水頭，通過試算法來求取泄槽首端起始計算水深，先設(shè)一個的值，然后將帶入到（7--7）中進行求解，直到兩邊的值相同，可求得為0.592m?，F(xiàn)以，求兩斷面之間的長度其余各段計算方法完全相同，如下表（7--10）表（7--10）hvRJi-J△lL總0.59214.090.570.49216.9515.520.480.530.130.1923.0723.070.45218.4511.700.440.460.200.1222.0245.090.41220.2419.350.400.420.270.0565.95111.040.4120.3420.290.400.400.310.007328.06139.091.4.3摻氣減蝕據(jù)規(guī)定，摻氣水深可按下式計算（7--11）（7--11）式中：h——不計摻氣和波動的水深v——不計摻氣和波動的斷面平均流速——修正系數(shù)，一般為1.0-1.4，此次取1.2。邊墻超高一般取值為0.5-1.5m，此次設(shè)計取值1.0m。摻氣后的水深和邊墻高度如下表（7--12）所示：hv邊墻高0.59214.090.49216.9515.520.540.691.690.45218.4511.700.470.491.490.41220.2419.350.430.451.450.4120.3420.290.410.411.41所以一段的邊墻高均取2m，泄槽厚度取0.5m。1.5消能防沖設(shè)備從溢洪道宣泄出來的洪水會隨著不斷進行的自重作用，水流的速度會逐漸加快并且其本身所擁有的勢能在逐漸增加，為了讓大壩下側(cè)的地基能夠得到有效的保護并且防止洪水的沖刷，所以我們要在尾水段設(shè)置一個消能的方式。在本工程中，采用底流式消力池，根據(jù)溢洪道消能防沖建筑物的設(shè)計洪水標準，3級建筑物應(yīng)按30年一遇洪水設(shè)計。消能防沖的洪峰流量為和下泄流量為。（7--13）（7--14）（7--15）將，帶入（7--14）