底流消能水力计算书 (1).docx

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项目名称_____________日期_____________
设计者_____________校对者_____________
一、示意图:
二、基本资料:
:
《水闸设计规范》(SL265-2016),以下简称《闸规》
《溢洪道设计规范》(SL253-2018)
《水工建筑物荷载设计规范》(SL744-2016)
:
中国水利水电出版社《水力计算手册》(武汉水利电力学院编)
中国水利水电出版社《水闸》(陈宝华、张世儒编)
中国水利水电出版社《水工设计手册》(华东水利学院主编)
:
消力池型式:尾坎式消力池
建筑物泄流型式:平板闸门平底闸孔出流
上游渠底高程E上游渠底=
下游渠底高程E下游渠底=
消力池首端宽度b1=
消力池末端宽度b2=
上游河道底部宽度B=
上游河道两岸坡比m1(1:)=
水流的动能校正系数α=
收缩断面处流速系数φ=
坎后收缩断面处流速系数φ'=
过坎水流流量系数m=
水跃淹没系数σo=
消力池前段斜坡段坡比m2(1:)=
水跃长度校正系数β=
消力池底板计算系数k1=
消力池底板安全系数k2=
消力池底板的饱和重度γb=
脉动压强系数Kp=
海漫长度计算系数Ks:
河床土质允许不冲流速[vo]=
水位流量的组数:1
序号
过闸流量
上游水位
下游水位
扬压力
单位
m3/s
m
m
kPa
1




三、计算过程:
:
判断水跃型式的条件:
跃后水深hc''>下游水深hs',远离式水跃
跃后水深hc''=下游水深hs',临界水跃
跃后水深hc''<下游水深hs',淹没式水跃
收缩断面水深hc的计算公式为:
hc3-To×hc2+α×q2/(2×g×φ2)=0《闸规》-3
矩形断面扩散渠槽自由水跃的跃后水深c''计算公式为:
hc''=hc/2×{[1+(8×α×q2)/(g×hc3)]-1}×(b1/b2)《闸规》-2
坎高c的计算公式为:
c=σo×hc''+q'2/[2×g×(σo*hc'')2]-{q'/[σs×m×(2×g)]}2/3《水力计算手册》式4-2-9
式中:σs——坎的淹没系数,可由《水力计算手册》表4-2-2查得;
消力池长度Lsj计算公式为:
Lsj=Ls+β×Lj《闸规》-1
Lj=×(hc''-hc)《闸规》-2
式中:Lsj——消力池长度(m);
Ls——消力池斜坡段水平投影长度(m);
β——水跃长度校正系数,~;
Lj——水跃长度(m)。
消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求,按下式计算:
抗冲:t=k1×(q×ΔH')《闸规》-1
抗浮:t=k2×(U-γ×hd±Pm)/γb《闸规》-2
Pm=《水工建筑物荷载设计规范》
式中:t——消力池底板始端厚度(m);
ΔH'——闸孔泄水时的上、下游水位差(m);
k1——消力池底板计算系数,~;
k2——消力池底板安全系数,~;
U——作用在消力池底板底面的扬压力(kPa);
γ——水的重力密度,(kN/m3);
hd——消力池内水深(m);
Pm——作用在消力池底板上的脉动压力(kPa),其值可取跃前收缩断面流速水头值的5%;计算消力池底板前半部的脉动压力时取“+”号,计算消力池底板后半部的脉动压力时取“-”号;
ρw——水的密度,(103kg/m3)。
γb——消力池底板的饱和容重(kN/m3)。
(qs×ΔH')=1~9,且消能扩散良好时,海漫长度按下式计算:
Lp=Ks×(qs×ΔH')《闸规》
式中:Lp——海漫长度(m);
qs——消力池末端单宽流量(m3/s/m);
Ks——海漫长度计算系数,可由《闸规》。
海漫末端河床冲刷深度dm的计算公式为:
dm=×qm/[vo]-hm《闸规》
式中:dm——海漫末端河床冲刷深度(m);
qm——海漫末端单宽流量(m3/s/m);
[vo]——河床土质允许不冲流速,(m/s);
hm——海漫未端河床水深(m)。
:
总流量Q=,E上游水位=,E下游水位=
收缩断面处单宽流量q=Q/b1==
消力池末端单宽流量q'=Q/b2==
''
上游河道水深H=E上游水位-E上游渠底=-=
上游河道过水面积A=(B+H×m1)×H
=(+×)×=
行近流速vo=Q/A==
下游河道水深hs'=E下游水位-E下游渠底=-=
由下游河道底部算起的总势能To=E上游水位-E下游渠底+αvo/2/g
=-+×=
将上述各参数代入式:hc3-To×hc2+α×q2/(2×g×φ2)=0,算得hc=
hc''=hc/2×{[1+(8×α×q2)/(g×hc3)]-1}×(b1/b2)
=×{[1+(8××)/(g×)]-1}×()
=
hc''=>hs'=,将发生远离式水跃,需进行消能计算!
,σs=,计算消力坎高度c
c=σo×hc''+q'2/[2×g×(σo*hc'')2]-{q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
=×+/[2××(*)2]-{/[××(2×)]}2/3
=

判别标准:
hn/H1o=(hs'-c)/H1o>,淹没溢流;
hn/H1o=(hs'-c)/H1o≤,自由溢流;
式中:hn为由坎顶算起的下游水深;
H1o={q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
={/[××(2×)]}2/3=
hn/H1o=(-)/=≤,为自由溢流;
因为hn/H1o≤,知σs=,上述计算之c值即为所求坎高
判断消力坎下游水流衔接流态:
消力坎上游总势能To=c+H1o=+=
由《水力计算手册》表4-2-1查得,消力坎上流速系数φ'=
将上述各参数代入式:hc3-To×hc2+α×q2/(2×g×φ'2)=0,算得hc=
hc''=hc/2×{[1+(8×α×q'2)/(g×hc3)]-1}×(b2/b2)
=×{[1+(8××)/(g×)]-1}×()
=
消力坎跃后水深hc''=>hs'=,故需设第二道消力坎。

(1)假定过坎水流为自由溢流,σs=,计算消力坎高度c
H1o={q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
={/[××(2×)]}2/3=
取坎后淹没安全系数σo=
c=σo×hc''+q'2/[2×g×(σo*hc'')2]-{q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
=×+/[2××(*)2]-{/[××(2×)]}2/3
=
(2)判断过坎水流为自由溢流还是淹没溢流:
hn/H1o=(-)/=>,为淹没溢流;
(3)第2次坎高计算
hn=hs'-c=-=
计算比值为:hn/H1o==
根据hn/H1o=《水力计算手册》中表4-2-2查得:
消力坎淹没系数σs=
H1o={q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
={/[××(2×)]}2/3=
c=σo×hc''+q'2/[2×g×(σo*hc'')2]-{q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
=×+/[2××(*)2]-{/[××(2×)]}2/3
=
(4)第3次坎高计算
hn=hs'-c=-=
计算比值为:hn/H1o==
根据hn/H1o=《水力计算手册》中表4-2-2查得:
消力坎淹没系数σs=
H1o={q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
={/[××(2×)]}2/3=
c=σo×hc''+q'2/[2×g×(σo*hc'')2]-{q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
=×+/[2××(*)2]-{/[××(2×)]}2/3
=
(5)第4次坎高计算
hn=hs'-c=-=
计算比值为:hn/H1o==
根据hn/H1o=《水力计算手册》中表4-2-2查得:
消力坎淹没系数σs=
H1o={q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
={/[××(2×)]}2/3=
c=σo×hc''+q'2/[2×g×(σo*hc'')2]-{q'/[σs×m×(2×g)]}2/3
=×+/[2××(*)2]-{/[××(2×)]}2/3
=
因消力坎已为淹没式堰流,可不必进行其下游的水流衔接计算
消力坎上游总势能To=c+H1o=+=
由《水力计算手册》表4-2-1查得,消力坎上流速系数φ'=
将上述各参数代入式:hc3-To×hc2+α×q2/(2×g×φ'2)=0,算得hc=
hc''=hc/2×{[1+(8×α×q'2)/(g×hc3)]-1}×(b2/b2)
=×{[1+(8××)/(g×)]-1}×()
=

Lj=×(hc''-hc)=×(-)=
Ls=m2×(E上游渠底-E下游渠底+d)=×(-+)=
Lsj=Ls+β×Lj=+×=

L&sj&=×(hc''-hc)=×(-)=
Lsj=Ls+β×Lj=+×=

ΔH'=|E上游水位-E下游水位|=|-|=
抗冲:tc=k1×(q×ΔH')
=×(×)=
hd=hs'+d=+=
v=q/hc==
Pm=×Kp×ρw×v2/2
=×××=
抗浮:tf=k2×(U-γ×hd+Pm)/γb
=×(-×+)/=
消力池底板首端所需最大厚度t=max(tc,tf)=max(,)=
末端厚度一般取首端厚度的一半为t'=t/2=

(qs×ΔH')=(×)=
(qs×ΔH')=>,取(qs×ΔH')=
Lp=Ks×(qs×ΔH')=×=
dm=×qm/[vo]-hm=×-=