进水闸坝段水力与结构计算.docx

计算书名称：进水闸、冲沙闸坝段水力及构造计算书1工程概况错误!未定义书签。2水力计算错误!未定义书签。2.1 进水闸坝段过水能力计算错误!未定义书签。2.2 消能防冲设计错误!未定义书签。2.3 冲砂闸过水能力复核错误!未定义书签。2.4 消能防冲设计错误!未定义书签。3稳定及应力计算错误!未定义书签。3.1 基本资料与数据错误!未定义书签。3.2 构造简化错误!未定义书签。3.3 计算公式错误!未定义书签。3.4荷载计算及组合错误!未定义书签。3.5TI一算果错误未定乂书签o1.1 6冲沙闸荷载计算错误!未定义书签。3.7 计算成果错误!未定义书签。3.8 计算简图错误!未定义书签。1工程概况某调水工程由关山低坝引水枢纽和穿越秦岭山区的输水隧洞两大部分构成，按其供水对象及性质，根据防洪原则(GB5020194)和水利水电工程等级划分及洪水原则(SL252-2023),工程等别为三等中型工程,重要建筑物按3级建筑物设计。低坝无调整引水枢纽由拦河坝、冲砂闸、进水闸和输水暗渠四部分构成，前三部分在平面上呈一条直线南北方向并列布置，输水暗渠紧接进水闸并连接进水闸和输水隧洞。两个闸均设在坝B¾左侧。坝轴线位于两河口下游95m,关山村上游约Ikm处，此处河谷宽度74m,河床宽度约60m,高程为1467.2m,河床漂卵石覆盖层厚512m,最大15m,其下日勺基岩为黑云片麻岩和斜长片麻岩，岩石强风化层厚约23m,岩体分类为II11I类，岩层倾向上游，对防渗有利。进水闸位于冲砂闸左侧，设计流量13.5m3s,单孔布置，孔口尺寸3.0mX2.5m,设潜孔式弧形工作闸门和平面检修闸门。闸室后接4m长的JI:4陡坡，陡坡后接消力池，消力池池长14m,池深LOm,底板厚度1.0m,为C20钢筋混凝土构造；消力池后与输水暗渠相接。2水力计算2.1进水闸坝段过水能力计算引水渠内水深确实定Q=-Azlz2/?273n式中Q引水渠流量3.5s;A、x、R、b、h、m分别为过水断面面积、湿周、水力半径、渠道底宽、水深及边坡系数，其体现式如下：A=(b+mh)hX=b+2h71+w2；r_A_(b+mh)hXb+2hy1+m2故i3.5=o.oi5×(3+0h)hx(i/Iooo产X(3十0”)产3+2经试算求得：h=2.282m2.1.2过流能力复核设计流量下B¾渠内水深为h=2.282m,进口闸底板高程取为1469.00m,即下游水位为1471.282m,进口翼墙为圆弧形翼墙。按无坎宽顶堰流计算。最低引水位为1471.50m,则H0=+(13.5÷43)219.6=2.56m,下游水深为hs=2.282mhs _ 2.282”o 2.66=0.86<0.9此时，宽顶堰流处在自由出流状态，其流量公式为:Q=。mB072式中Q过闸流量；Ho一堰上水头;。一堰流沉没系数，。二0.85；m堰流流量系数，可取m=0.385;£一侧收缩系数，取£=0.909；bO一闸孔净宽，b0=3moQ=O.85X0.909X0.385X3.0XM7×2.66i=17.14m3s>13.5m3s故满足引流规定。考虑到进水闸前根据引水需求需设置拦污栅，故在最低引水位时还需计入拦污栅B¾局部水头损失，初步估计其水头损失为Ah=0.6v22g,则HO=1471.50-1469.0+v22g-0.8v22g=2.53m下游水深为hs=2.282m=090,>09此时，宽顶堰流处在高沉没出流状态，其流量公式为:Q=hsB7(Ho-w),z2式中U沉没堰流的综合流量系数，可按下式计算=O.877+(hsHo-O.65)2=0.0877+(0.901-0.65)2=0.94Q=0.94×2.282×3××(2.53-2.282)1/2=14.17m3s>13.5m3s故满足引流规定。由于引水渠道的引水流量最大只能到达13.5,故在1471.5水位及其以上，应压闸运行，以保证流量不不小于13.5。2.2消能防冲设计消力池深d可按下式计算d=oOhc''-hs-Zhcf,=l+8-l2Vhehc3-T0hc2+Qq2（2g2）=OZ=q2（2g2hs2）-aq2（2ghc,2）式中d-消力池深度（m）；Oo-水跃B沉没系数（一一般取1.0-1.05）；hc,'-如下游原河床高程为基准算出的收缩断面的跃后水深;he-收缩水深；a一水流动能校正系数，可采用1.01.05；q-单宽流量（m2s）;bl-消力池首端宽度（m）；b2-消力池末端宽度（m）；To-由消力池底板顶面算起的总势能（m）；Z-出池落差（m）；hs一下游河床水深（m）。经试算得：d=0.79Z=O.107消力池长LSj可按下式计算：1.Sj=Lj式中1.sj一消力池长度（m）；1.S-消力池斜坡段水平投影长度（m）；B-水跃长度校正系数，可采用（0.70.8）；1.j自由水跃长度（m）0故Lj=6.9XO=18.221.sj=Lj=+0.7×29.39=17.66取池深Lom,池长14m。2.3冲砂闸过水能力复核该冲砂闸设计最大过流量QM2m3s,在非洪水期可根据冲砂规定适时开闸放水，在洪水期可关闭闸门或压闸运行，保证下泄流量不不小于42ns0进口闸底板高程为1467.50m,设计孔口尺寸为4X3.5（高X宽）。按无坎宽顶堰流计算,进口翼墙为圆弧形翼墙。1471.50水位时过水能力B¾计算出流形态判断忽视行进水头则HO=I471.50-1467.50=4.0m,下游水深为hs<2.25m（校核洪水位时下游水深hs=1469.75-1467.50=2.25m）丝二0.563V0.9HO4.0此时，宽顶堰流处在自由出流状态，其流量公式为：Q=。mBT72式中Q过闸流量;BO闸孔总净宽；HO一堰上水头；。一堰流沉没系数，O=I.0；m堰流流量系数，可取m=0.385;£一侧收缩系数，取£=0.909；b0一闸孔净宽，b0=4mo3Q=I×0.909×0.385×3.5×197×4.0i=43.38m3s>42m3s故满足规定。2.4消能防冲设计采用设计洪水工况作为消能防冲B设计原则。hc3-T0hc2+q2(2g2)=0 Z=Qq2(2g2hs2)-q2(2ghc,2)式中。0-一水跃B沉没系数(一般取1.01.05)；hc,'一-如下游原河床高程为基准算出的收缩断面日勺跃后水深；hc一收缩水深；-水流动能校正系数，可采用1.01.05；q-单宽流量(m3s);bl-消力池首端宽度(m)；b2-消力池末端宽度(m)；To-由消力池底板顶面算起B¾总势能(m)； Z-出池落差(m)；hs一下游河床水深(m)。经试算得：d=1.32Z=1.51消力池长LSj可按下式计算：1.Sj=Lj1.j=6.9(hc,-hc)式中1.Sj-消力池长度(m)；1.s-消力池斜坡段水平投影长度(m)；水跃长度校正系数，可采用(0.70.8);1.j-自由水跃长度(m)。故Lj=6.9X(4.7-1.08)=24.991.sj=Ls+Lj=9+0.75X24.99=18.74综合考虑斜坡式护坦长取18m。3稳定及应力计算3.1 基本资料与数据(1)工程等别：In等建筑物级别：3级(2)水位：溢流堰顶高程：1471.50m设计洪水位：1475.55m对应下游水位1469.1Om校核洪水位：1476.66m对应下游水位1469.75m(3)闸基与基岩抗剪摩擦系数f=0.6,抗剪断摩擦系数f'=0.7,抗剪断凝聚力c'=200kNm2,地基承载力f=500kN/n?。(4)硅容重=24kN?,(5)扬压力按无帷幕，无排水计算。(6)地震设计烈度：7度(7)水容重Y=IOKN?根据已成工程经验和可研成果，确定进水闸坝段体型及尺寸如计算简图。3.2 构造简化进水闸坝段的稳定及基底应力计算时，取整个进水闸坝段作为研究对象，即坝O-OO6.5坝0-012.5,基底面取至1467.50m高程。3.3 计算公式稳定计算公式分别采用剪摩公式K=fEGH和抗剪断公式K'=(f,G+C/A)/EH计算。式中：K一沿闸基面的抗滑稳定安全系数；f一闸基面与地基之间的摩擦系数，取0.6；EG作用在闸上B所有竖向荷载(包括扬压力)；EH一作用在冲砂闸坝段上B¾所有水平荷载；K'一沿闸基面的抗剪断稳定安全系数;f,一坝闸基面与地基之间0¾抗剪断摩擦系数；c,一闸基与基底面之间的抗剪断粘结力；A一闸基地面的面积。基地应力计算公式P*登LAW式中EM一作用在闸室上的所有竖向和水平向荷载对基础底面形心轴的力矩;W一闸室基底面对于该底面形心轴0截面矩。3.3.3荷载计算公式3.3.3.1自重计算公式：G=YV式中：浆砌石或混凝土容重；V体积；3.3.3.2静水压力计算公式：F=l2h2B式中Y水容重(KN/m3)；h水深(m)；B计算宽度(m)；3.3.3.3波浪压力当HHkHLm2时计算公式：PL=l4Lm(h5%+hZ)B式中：PL迎水面上0浪压力原则值(KNm);Y水B勺重度(KN/m3)；1.m平均波长(m)；一合计频率为5¾的波高(m)；hz波浪中心线至计算水位的高度(m),按下式计算：hz=(h5%2Lm)cth(211HLm)H一挡水建筑物迎水面前的!水深(m)3.3.3.4扬压力U计算公式：U=(hL÷l2hOL)B式中：h、h下游水深、上下游水位差；1.、B一计算长度、计算宽度；3.3.3.5地震荷载(查自水工建筑物抗震设计规范)3.3.3.5.1水平向地震惯性力：计算公式：Fi=ahGEii/g式中：Fi-作用在质点i的水平向地震惯性力代表值41+42=L(%/"F=GEQi-质点i0¾动态分布系数，按下式计算:n坝体计算质点总数；H坝高，溢流坝的H应算至闸墩顶；hi质点i的高度;hj一一质点jB高度；GE产生地震惯性力B建筑物总重力作用B¾原则值；GEi集中在质点iB¾重力作用原则值；GEj集中在质点j的重力作用原则值；地震作用的效应折减系数，取0.25；ah水平向设计地震加速度代表值，取0.1g；g重力加速度；3.3.3.5.2地震动水压力:单位宽度坝面日勺总地震动水压力作用在水面如下0.54H0处，其代表值E=O65%27FO按下式计算：式中：P3水体质量密度原则值；HO水深；地震作用B¾效应折减系数，取0.25；ah水平向设计地震加速度代表值，取0.1g；3.4荷载计算及组合3.4.1进水