1、?水利工程施工?課程設計說明書1 前言根據培養方案和?水利工程施工?教學大綱的規定，水利水電工程專業的學生有一周?水利工程施工?課程設計。課程設計的主要目的是穩固和掌握課堂所學知識，培養學生運用本課程的知識解決實際問題的能力。本次課程設計的主要內容是施工截流設計。2 根本資料某工程截流設計流量Q=4150 m3/s，相應下游水位為，采用單戧立堵進占，河床底部高程30m，戧堤頂部高程是44m，戧堤端部邊坡系數n=1，龍口寬度220m，合龍中戧堤滲透流量按如下公式計算，Qs=220(Z為上下游落差，Z0為合龍閉氣前最終上下游落差)，請設計該工程在河床在無護底情況下的截流方案。此外，上游水位下泄流量

2、關系曲線見表1。截流材料為容重26KN/m3的花崗巖，截流戧堤兩側的邊坡為1:1.5。表1 上游水位下泄流量關系曲線Qdm3/s7001220162017002160267034203930上m截流設計是施工導流設計重要組成局部，其設計過程比擬復雜，目前我國水利水電工程截流多采用立堵截流，本次設計按立堵截流設計，有多種設計方法。其設計分為：截流水力計算、截流水力分區和備料量設計。截流設計流量確實定，通常按頻率法確定，也即根據已選定的截流時段，采用該時段內一定頻率的某種特征流量值作為設計流量。一般地，多采用截流時段5%10的月平均或者旬平均流量作為設計標準。截流的水力計算中龍口流速確實定一般采用

3、圖解法詳細見?水利工程施工?P3942，以下對于圖解法及圖解法的量化法-三曲線法做如下介紹。3 截流的水力計算圖解法拋石截流計算的主要任務是確定拋投體的尺寸和重量，而拋投塊的穩定計算國內外廣泛采用的是伊茲巴什公式，即 -?水利工程施工?P41-1 符號意義說明見P41合龍中截流設計流量的組成：一般情況下，截流設計流量Q0由四局部組成Q0= Q+ Qd+ Qs+ Qac (2) 式中 Q龍口流量；Qd分流量分流建筑物中通過的流量；Qs戧堤滲透流量；Qac上游河槽中的調蓄流量。 如Qac Qs不計算，那么有： Q0= Q+ Qd- -(3)龍口泄水能力計算按照寬頂堰公式計算：-(4)式中 流量系數

4、當，為淹沒流，當，為非淹沒流，龍口平均過水寬度梯形斷面：三角形斷面：龍口上游水頭梯形斷面：三角形斷面：其中 龍口上下游水位差戧堤高度戧堤端部邊坡系數，取龍口上游水位河道底板高程由連續方程可得龍口流速計算公式為 ： -淹沒流時：，龍口底板以上的下游水深非淹沒流時：，龍口斷面的臨界水深即淹沒出流時： 對于梯形斷面： 對三角形斷面：。非淹沒出流時： 對于梯形斷面： 對三角形斷面：；圖解法截流水力計算步驟：為繪制曲線方便，可不考慮上游河床調蓄流量和戧堤滲流量。計算按照如下步驟進行1繪制分流曲線。2繪制龍口泄水曲線。3按照圖解法求出幾組相應的，和值，并繪制曲線簇。4判斷流態，求水深。5按照計算合龍過程中

5、的斷面平均流速6列表計算截流過程中的諸水力參數，如上下游落差Z，龍口平均流速v等。確定拋投塊最大粒徑，計算出流速分區。三曲線法計算龍口流速推導龍口流速公式分兩步進行。先推導龍口流速與上下游落差的關系，然后再推導龍口流速與龍口寬度的關系。在推導公式之前，先對計算斷面進行假定：CC斷面為龍口流速計算斷面，并假設出現淹沒流時，該斷面水位與下游水位相同，假設出現非淹沒流，CC斷面水深為臨界水深。一龍口流速V與上下游落差Z的關系在立堵截流過程中，龍口斷面由梯形斷面逐漸過渡到三角形斷面，水流流態又從淹沒流過渡到非淹沒流。下面，將龍口流速分別按淹沒流、梯形非淹沒流以及三角形非淹沒流推導流速公式。1流速V1。

6、CC斷面落差與下游落差Z相同，那么CC斷面淹沒流流速為： 5式中流速系數， =0.850.95； Z下游落差。2梯形斷面非淹沒流 6由于，令，那么上式可寫為 式中ZCCC斷面臨界落差； H上游水頭護底頂部高程以上； Y相對臨界落差的平方根，按下式計算： 7式中 CC斷面動能修正系數。常取 =1.0； Q龍口流量，按2式計算；n戧堤端部邊坡系數。其余符號同前。3三角形斷面非淹沒流 8由58式可繪制VZ曲線圖一。由5式可繪淹沒流VZ線曲線。由6和7式，可繪梯形斷面非淹沒流VZ線曲線。由8式可繪實際斷面非淹沒流VZ線曲線。顯然，曲線是一條上升曲線，曲線是一條下降曲線，曲線是先上升而后下降。這是由于y

7、隨Z的增加而減小，對于矩形斷面，；對于三角形斷面，隨著戧堤進占到三角形斷面Z增加，y將減小到。圖一 最大流速出現規律三條曲線有三種組合方式：當三條曲線相交于一點時圖一a，最大流速Vmax出現在三角形斷面剛形成時；當曲線在C點之下時，Vmax出現在梯形斷面圖一b；當曲線在A點之上時，Vmax出現在三角形斷面形成之后圖一c。A是曲線和曲線的交點；B是曲線和曲線的交點；C點為曲線和曲線的交點；走線1圖OCD (2)OABD3OCD。二龍口寬度B與V和Z的關系1梯形斷面淹沒流。由圖二a所示，由幾何關系和水力學關系可知圖二 龍口寬度計算草圖 9式中 HB 護底以上戧堤高度，其余符號同前。2形斷面非淹沒流

8、圖二b 10式中 b龍口底部寬度。按下式計算： 3三角形斷面淹沒流 圖二c 114三角形斷面非淹沒流圖二d 由于 因此 12三Vmax出現位置的判斷 圖一設曲線1和曲線2的交點為A，相應的落差為ZA，曲線2和曲線3的交點為B，相應的落差為ZB，曲線1和曲線3的交點為C，相應的落差為ZC。A點稱為梯形斷面淹沒分界點，C點稱為三角形斷面淹沒分界點，B點稱為非淹沒流梯形斷面與三角形斷面分界點。由圖一我們可以看出：1當ZBZC時，Vmax出現在梯形斷面，流速過程線為OAEBD，OA段按V1計算，AEB段按V2計算，BD 段按V3 計算。2當ZBZC時，Vmax出現在三角形斷面剛形成時或三角形斷面形成之

9、后，流速過程線為OCD，OC段按V1計算，CD段按V3計算，此種情況下不需計算V2。下面來討論ZB和ZC 的計算方法。令V2 =V3，那么有 對于三角形斷面， ， 代入上式可得： (13)13式中Q為龍口流量；按2計算，并轉化為Z的函數，那么由13式可求出ZB。 令V1=V3，那么有： (14)14式可求出ZC。同樣，ZA可令V1=V2求出，或作曲線1和曲線2，其相交點可求出ZA。此外，當Vmax出現在三角形斷面形成之后，還需求出淹沒流時梯形與三角形斷面分界點，此時可由圖二看出 15或 由于 因此 (15-1)由151式和2式聯立求解，即為淹沒流時三角形斷面剛形成時的落差。4計算步驟1將的泄流水位關系Qd上上游水位轉化為QdZ關系，Z=上+下下游水位；2有2式繪龍口流量與下游落差QZ關系曲線；313和14式計算ZB和ZC4當ZBZe時，由58式計算V1 、V2 和V3；當ZBZC時，由5和8式計算V1 和V3。5流