南昌工程學院畢業設計計算書水利與生態工程學院系〔院〕水利水電工程專業畢業設計〔論文〕題目萬年縣山塘整治工程—妹仂塢山塘整治工程初步設計學生姓名班級學號指導教師完成日期2023年5月15日目錄第一章山塘來水推求11.1工程地點流域特征11.2設計暴雨的查算11.3設計24小時凈雨過程的計算41.4推求五十年一遇設計洪水4第二章山塘壩體的根本剖面校核92.1壩頂高程的校核9平安加高確定10波浪雍高計算11設計壩頂高程計算112.2實際壩頂高程驗算11第三章山塘壩體的滲流校核計算133.1山塘壩體的滲流計算133.1.1山塘壩體滲流計算的內容133.1.2山塘壩體滲流計算的目的133.1.3山塘壩體滲流計算的滲流特性133.2山塘壩體滲流計算的方法14土石壩滲流計算分析的方法14水力學法計算壩體滲流143.2.3均質土壩的滲流計算17第四章壩體的穩定校核計算204.1壩坡失穩概述204.2壩坡穩定分析計算原理20壩坡穩定分析計算工況20土料抗剪強度指標的選取20壩坡穩定計算方法的選擇21瑞典圓弧法計算平安系數選取22瑞典圓弧法計算原理224.3壩坡穩定計算23計算方法23最小壩坡穩定平安系數滑動弧確實定244.3.3壩坡穩定計算過程26第五章溢洪道整治設計315.1溢洪道的根本數據315.2調洪演算31計算原理315.2.2繪制庫容曲線和下泄流量關系曲線32計算并繪制下泄曲線q－V32試算法推求洪水下泄過程335.3溢洪道泄流平安復核355.4溢洪道泄槽水面線的計算365.4.1水面線計算原理36計算水面曲線〔設計和校準兩種情況〕375.5邊墻高度確定425.6出口消能42第六章投資估算456.1工程量計算456.1.1壩體工程456.1.2溢洪道工程456.1.3灌溉涵管工程466.2單價計算466.2.1根底單價計算466.2.2建筑、安裝工程單價計算516.3投資概算746.3.1建筑工程746.3.2金屬結構設備及安裝工程756.3.3概算總表75第一章山塘來水推求嶺下塢山塘位于江西省萬年縣汪家鄉山下村委會，壩址位于東經117°09′，北緯28°40′，設計歷時為24小時，設計頻率為五十年一遇為例。運用江西省暴雨洪水查算手冊2023年版推薦的推理公式法推求設計洪水位，計算方法步驟如下：1.1工程地點流域特征工程地點的流域面積F=0.21km2，主河道的長度L=1.71km，主河道的比降J=0.038。1.2設計暴雨的查算1)求五十年一遇24小時的點暴雨量根據整治工程地理位置，查江西省暴雨洪水查算手冊2023年版〔下稱：暴雨手冊〕附圖2-4，得流域中心最大24小時點暴雨值P24=132mm;附圖2-5得Cv24=0.44,由設計頻率P=2%和CS=3.5Cv查附表5-2，得KP24=2.2那么五十年一遇24小時點暴雨量P24〔2%〕=P24×KP24=132×2.28=291.72mm2〕求五十年一遇24小時面暴雨量根據山塘流域面積F=0.21km2和暴雨歷時t=24h查暴雨手冊附圖5-1，得點面系數=1。那么五十年一遇24小時面暴雨量為：，取292mm3〕求設計暴雨24小時的時程分配①設計暴雨24小時雨分配查暴雨手冊附表2-1，得以60分鐘為時段的雨型分配表，見下表1-1.②查算五十年一遇60分鐘，3小時，6小時暴雨參數根據工程地理位置分別查暴雨手冊附錄圖2-6和附圖2-8，得流域中心最大6小時和60分鐘點暴雨量，P6=84mm；P60min=44mm；查暴雨手冊附圖2-7和附圖2-9，得Cv6=0.52；Cv60min=0.42。由設計頻率P=2%和CS=3.5Cv查附表5-2得KP6=2.48，KP60min=2.15。那么五十年一遇60分鐘，6小時點暴雨量為：P60min〔2%〕=P6×KP6=44×2.15=94.6mmP6〔2%〕=P6×KP6=84×2.48=208.32mm3小時暴雨由公式計算，式中：那么P3〔2%〕=94.6×30.454=155.78mm。由流域面積F=0.21km2和暴雨歷時t=60min,t=3h,t=6h分別查附圖5-1，得點面系數a60min=1，a3=1，a6=1。那么五十年一遇60分鐘，3小時，6小時面暴雨量為：③列表計算設計暴雨時程分配將表1-1控制時段雨量的百分數列于表1-2第1、3、5、7欄。由設計24小時暴雨控制時段雨量：按各時段所占百分數計算各時段的雨量，填入表1-2第2、4、6、8欄。第9欄即為設計24小時暴雨過程。時段〔60min〕控制時段雨量(mm)占控制時段雨量的百分數〔%〕序號123456789101112131415161718192021222324P60min〔1〕100P3~P60min〔2〕6040P6~P3〔3〕204040P24~P3〔4〕555555000101010998554表1-1以60分鐘為時段的雨型分配表表1-2嶺下塢山塘五十年一遇24小時暴雨時程分配計算表1.3設計24小時凈雨過程的計算1〕扣除初損求時段總徑流量由附圖3-1產流分區知，該工程地點在產流第Ⅶ區。將表1-2第9欄各時段毛雨量列于表1-3第1欄，計算各時段累積雨量，填于第2欄。將各時段累積雨量∑P與設計前期雨量Pa〔該區為70mm〕，相加填入表4-8第3欄。在附表3-2〔Ⅱ〕，得相應各時段累積徑流∑R總，填于表1-3第4欄。計算各時段徑流量∑R總，填于表1-3第5欄。2〕扣除穩滲求時段地面徑流量計算設計24小時平均暴雨強度=24/24=291.7/24=12.2mm/h.由=12.2mm/h，用經驗公式fc=0.182計算得fc=2.22mm/h，取fc=2.2mm/h填于表1-3第6欄。由表1-3第5欄減去第6欄即得設計24小時凈雨過程，填入表1-3第7欄。1.4推求五十年一遇設計洪水1〕求設計洪峰流量Qm及匯流時間①列表計算Qt值將表1-3第7欄自最大時段凈雨開始，按前后相鄰時段大小連續排列填于表1-4第1欄。由第1欄計算累積值∑ht值填于第2欄除于相應歷時得∑ht/t值填于第3欄。由第3欄按公式Qt=0.278F∑ht/t計算各時段相應流量填于第4欄。②列表試算Q值由附圖4-2推理公式分區圖知，該工程地點在第Ⅶ區。根據θ=L/J=1.2/(0.029)1/3=5.06。應用第Ⅱ區經驗公式或直接查附圖6-3〔Ⅶ〕計算參數m。用經驗公式m=0.100θ0.417計算，得m=0.1966。根據公式=0.278L/MJ1/3Qt1/4=0.278θ/m，得不同值對應的流量，如表1-5第1、2欄。表1-3嶺下塢山塘五十年一遇凈雨過程計算表表1-4嶺下塢山塘Qt～t計算表時段(60min)序號123456789101112131415總計ht(前后相鄰大小排列)(1)92.430.020.215.313.75.35.35.04.52.72.02.02.01.61.0203.0∑ht(mm)(2)92.4122.4142.6157.9171.6176.9182.2187.2191.7194.4196.4198.4200.4202.0203.0∑ht/t(mm/h)(3)92.461.247.539.534.329.526.023.421.319.417.916.515.414.413.5Qt(m3/s)(4)5.3943.5732.7732.3062.0021.7221.5181.3661.2431.1331.0450.9630.8990.8410.788表1-5嶺下塢山塘計算表τ〔h〕3.544.555.566.577.588.59Qτ(m3/s)17.4710.246.394.192.862.021.471.090.830.640.500.40在excel中繪，相關線，如圖1-1，得，光滑曲線交點A對應的流量Qm地面=1.9m3/s,匯流時間=6.2h，即為所求地面設計洪峰流量和匯流時間。圖1-1嶺下塢山塘，相關2〕設計洪水過程線推求①地面流量過程線的推求由暴雨手冊中〔表2-4〕概化五點折腰多邊形過程線推求地面流量過程線。各轉折點的坐標如表1-6。表1-6各點轉折點坐標坐標序號a起漲點b起漲段轉折點c洪峰d退水段轉折點e終止點Q地面(m3/s)〔1〕00時間T〔h〕〔2〕00.1T0.25T0.5TTT為過程線底寬，由下式計算T=9.67W/Qm地面〔h〕式中：W為洪水總量，由下式計算凈雨總量h24=203.0mm，地面洪峰流量Qm地面=1.9m/s,那么W=0.1×203.0×0.21=4.263(萬m)T=9.67×4.263÷1.9=21.69(h)根據表1-6第1、2兩欄計算各轉折點流量和時間，表1-7第1、2欄，即為所求地面流量過程線。表1-7嶺下塢山塘地面流量過程線計算表座標序號a點b點c點d點e點100.21.90.40T(h)202.175.4210.8521.69②地下徑流回加計算由表1-3第6欄地下徑流深R下=46.2mm，表1-7地面徑流過程線底寬T=21.69h。以此時間為地下流量峰頂位置，按以下公式計算地下流量峰值。Qm地下=R下·F/3.6T=(46.2×0.21)/(3.6×21.69)=0.128m3/s,填入表1-8第5欄5行。自Qm地下開始，向后每增加一個時段〔△t=1h〕，其流量隨之減少一個=1/21.69×0.128=0.006m3/s，向前沒減少一個時段〔△t〕，其流量減少一個,△Q地下分別向后或向前填于表1-8第5欄第6~27行和第4~1行。即得地下流量過程線。由第4、5兩欄相加，填于第6欄，，即為所求五十年一遇設計洪水過程線。圖1-2所示。并得設計洪峰流量Qm=1.98m/s。表1-8嶺下塢山塘五十年一遇設計洪水過程計算表序號時間Q地面(m3/s)Q地下(m3/s)Qt(m3/s)t(h)△t(h)123456〔1〕00000.000〔2〕2.22.20.20.0130.213〔3〕5.43.21.90.0321.932〔4〕10.95.50.40.0640.464〔5〕21.710.800.1280.128〔6〕2410.1220.122〔7〕110.1160.116〔8〕210.1100.110〔9〕310.1040.104〔10〕410.0980.098〔11〕510.0920.092〔12〕610.0860.086續表1-8〔13〕710.0800.080〔14〕810.0720.072〔15〕910.0660.066〔16〕1010.0600.066〔17〕1110.0540.054〔18〕1210.0480.048〔19〕1310.0420.042〔20〕1410.0360.036〔21〕1510.0300.030〔22〕1610.0240.024〔23〕1710.0180.018〔24〕1810.0120.012圖1—2嶺下塢山塘五十年一遇設計洪水過程線圖第二章山塘壩體的根本剖面校核2.1壩頂高程的校核壩頂高程等于等于水庫的靜水位與壩頂超高之和，應按以下4種運用條件計算，取其最大1值：〔1〕設計洪水位+正常運用條件的壩頂超高；〔2〕正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高；〔3〕校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高；〔4〕正常蓄水位+非常運用條件的壩頂超高；土石壩不允許漫頂溢流，要求壩頂距上游靜水位必需有一定的超高Y，Y的對于工程的重要性不同而不同，超高值Y可由下式確定:Y=R+e+A式中：R—最大浪在壩坡上的爬高〔查〕；e—最大風壅水面高度，即風壅水面超出原庫水位高度的最大值；A—平安加高，〔m〕；波浪爬高計算根據江西省水利科學研究院提供的《江西省塘壩除險整治技術指南》中指出：《碾壓式土石壩設計標準》〔SL274-2001〕附錄A中的計算公式，采用莆田試驗站公式，根據設計風速、風區長度、坡比、坡面護砌情況，在表2-1中查算R5％值。設計風速根據當地氣象資料，按以下規定采用：正常運用條件下，采用多年平均年最大風速的1.5倍；非常運用條件下，采用多年平均年最大風速。表2-1塘壩風浪爬高、波高計算參考表風區吹程(m)設計風速(m/s)土石壩、堆石壩不同坡比(砌石護坡)下的波浪爬高R5%(m)1:2.251:2.001:1.801:1.751:1.601:1.4050100.130.140.150.160.170.18150.200.220.240.240.260.29200.270.300.330.340.360.39250.350.390.420.430.460.5300.430.470.510.520.560.61100100.170.190.210.210.230.25150.270.300.330.330.360.39200.370.410.450.460.490.54250.480.530.570.590.630.69300.590.640.700.720.760.84續表2-1200100.240.260.290.290.310.34150.370.410.450.460.490.53200.510.560.610.630.670.73250.650.720.780.800.850.94200300.800.880.950.981.041.14400100.330.360.390.400.430.47150.510.560.610.620.660.73200.700.770.830.850.911.00250.890.981.071.091.161.27301.091.201.301.331.421.56600100.390.430.470.480.510.56150.610.670.930.740.80.87200.840.921.001.021.091.20251.071.171.281.301.391.53301.301.431.561.591.701.86800100.440.490.530.540.580.64150.690.760.830.850.900.99200.951.051.141.161.241.36251.211.331.451.481.581.73301.481.631.771.811.932.111000100.490.540.590.600.640.70150.760.840.910.931.001.09201.051.151.251.281.371.5251.341.471.601.631.741.91301.631.731.951.992.132.331500100.590.650.700.720.760.84150.911.011.091.121.191.31201.251.381.501.531.631.79251.601.761.911.952.082.28301.942.142.322.372.542.782000100.670.730.800.810.870.95151.041.141.241.271.351.48201.421.561.701.731.852.03251.811.992.162.212.362.59302.202.422.632.692.873.15注：當采用混凝土預制板〔塊〕護坡時，風浪爬高乘以1.125的系數。結合萬年縣所處位置及當地實際情況，本山塘整治選取設計吹程為100m，風速25m/s。查上表得風浪爬高R=0.53m。2.1.2平安加高確定據山塘的所屬工程等級及運用情況，A可由表2-2的規定選定參數。表2-2土壩平安加高A值壩的級別1234、5正常運用條件1.510.70.5非常運用條件〔a〕0.70.50.40.3非常運用條件〔b〕10.70.50.3汪家鄉白石李家村嶺下塢山塘庫容約為7萬m3。表2-3水利水電工程分等指標工程等別工程規模水庫庫容〔億m3〕1大〔1〕型≥102大〔2〕型10-13中型1-0.14小〔1〕型5小〔2〕型根據表2-3《水利水電工程分等指標》，知山塘工程等別小于5，因此本次嶺下塢整治工程選取：正常運用條件：A=0.5m；非常運用條件：A=0.3m。1.3波浪雍高計算波浪雍高參照水庫的計算公式：H=0.0166V^(1/2)D^(1/3)L=10.4h^0.8hz=πH^2/L*(cth2πH/L);經計算得：H=0.385m,L=4.85mhz=0.07m2.1.4設計壩頂高程計算由上述可知：非常運用條件超高值：Y=0.53+0.3+0.007=0.837m；正常運用條件超高值：Y=0.53+0.5+0.007=1.037m；設計壩頂高程Z=校核洪水位+超高值校核洪水位為59.22m。設計洪水位為59.02m。計算的壩頂高程H1=59.22+0.837=60.057mH2=59.02+1.037=60.057m2.2實際壩頂高程驗算本次整治按設計洪水位加正常運用條件下的壩頂超高和校核洪水位加非常運用條件下的壩頂超高兩種情況計算，取最大值。壩頂高程為60.057m>60.05m，所以到達要求，不需要采取工程措施。塘壩除險整治原那么上不應加高大壩。與前述所得壩頂高程比擬，在不加高壩頂高程的情況下，可通過設立防浪墻來滿足實際壩高滿足設計要求。第三章山塘壩體的滲流校核計算3.1山塘壩體的滲流計算3.1.1山塘壩體滲流計算的內容①確定壩體內浸潤線的位置；②確定山塘壩體滲流主要參數—滲流比降流速與流速；③確定壩體的滲流量。土石壩滲流分析的方法主要有：水力學法、流體力學法、流網法、實驗法和有限單元法。本設計采用水力學法。3.1.2山塘壩體滲流計算的目的土石壩滲流分析的目的：①土中飽和水的程度不同，土料的抗剪強度等力學特性也相應的發生變化，滲流分析將為壩體內各局部土的飽和狀態的劃分提供依據；②確定對壩坡穩定有重要影響的滲流作用力；③進行壩體防滲布置與土料配制，根據壩體內部的滲流參數與深流溢出比降，檢驗土體的滲流穩定性，防止發生管涌和流土等滲流破壞現象，在此根底上確定壩體及壩基中防滲體的尺寸和排水設施的容量和尺寸；④確定通過壩和河岸的滲水量損失，并設計排水系統的容量。確定山塘庫水位在降落時上游壩殼內自由水面位置，并估算孔隙水壓力的大小，供壩體上游的壩坡面穩定分析計算使用。3.1.3山塘壩體滲流計算的滲流特性壩體和河岸中的滲流均為無壓滲流，有浸潤面的存在，大多數情況下可看到作為穩定滲流。但水庫水位急降時，那么產生不穩定的滲流，需要考慮滲流浸潤面隨時間變化對壩坡穩定的影響。但由于山塘水位一般不會急降，所以本次山塘整治認為是穩定滲流。土石壩中滲流流速V和比降J的關系一般符合如下規律：V=kJ1/β式中：k為滲流系數，量綱與流速相同；β為參量，β=1-1.1時為層流，β=2時為紊流，β=1.1-1.85時為過渡流態。本整治工程認定山塘壩體滲流為層流，選取β=1。對于寬廣河谷中的土石壩，一般采用二維滲流即可滿足要求。對于狹窄河谷中的高壩和岸邊的繞壩滲流，那么需要進行三維滲流分析。3.2山塘壩體滲流計算的方法3.2.1土石壩滲流計算分析的方法土石壩滲流計算分析的方法有：水力學法、流體力學法、流網法、實驗法和有限單元法。本山塘整治設計工程采用水力學法計算分析。滲流計算應包括以下水位組合情況：1、上游正常蓄水位與下游相應的最低水位；2、上游設計洪水位與下游相應的水位；3、上游校核洪水位與下游相應的水位；4、庫水位降落時上游壩坡穩定最不利的情況。滲流計算分析的根本方程達西公式：連續條件：二維滲流方程：3.2.2水力學法計算壩體滲流水力學法根本假定：1土料均一，各向同性2滲流屬穩定流3看作平面問題4滲流看作層流5滲流符合連續定律根本要點:將壩內滲流分成假設干段〔即分段法〕，應用達西定律和杜比假定〔假定任一鉛直過水斷面內各點的滲透坡降相等〕，建立各段的運動方程，根據水流連續性求解流速、流量和浸潤線等。滲流分析的計算原理：平均流速：單寬流量：將上式化為自上游面〔x＝0，y=H1)至下游面〔x=L,y=H2)積分得：轉換為可得浸潤線方程：由上式可知，浸潤線是一條二次拋物線形狀，為滲流的根本公式。當滲流根本參數中的滲流量q為量時，即可繪制壩體滲流的浸潤線，假設邊界條件為量，即可以計算出壩體的單寬滲漏量。均質土石壩的滲流計算常采用分段方法計算，一般有三段法和兩段法兩種。三段法是巴普洛夫斯基提出的，將滲流區分為三段，第一段為上游三角形ABG〔見圖3-1〕,第二段為中間段ACIG，第三段為下游三角體CEI。對每一段用漸變流進行處理，然后通過三段聯合求解，可求得其滲流量和浸潤線AC。圖3-1壩體滲流簡圖因三段法比擬麻煩，所以采用在三段法根底上進行修改和簡化的方法。它將第一段用矩形體AA’B’G去代替，對該矩形的寬度確定的原那么為：使在相同上游水深H1和單寬流量q的情況下，通過矩形體和三角形體的水頭損失a相等。根據試驗，等效矩形體寬度為λH1，λ值由下式確定：式中m1—壩的上游邊坡系數；—壩的上游水深。〔1〕上游段〔AA’B’IC〕的計算：設水流從A’B’面入滲，在上游段可看做漸變滲流，CI是該滲流段最末的過水斷面。滲流從A’B’斷面的水頭差為-〔ao+H2〕,兩斷面間的滲流長度可近似認為是l+λH1-m2〔ao+H2〕，m2為下游壩面的邊坡系數。故上游的的平均水力為：根據杜比公式，上游段的平均滲流流速為：設上游段的單寬平均過水面積為：便得到單寬流量為：〔2〕下游段〔CIE〕的計算：在壩下游有水時，該段的滲流分為兩個區域處理：下游水位線以上的局部為1區，以下局部分為2區。近似流線為水平線，如果一下游壩址E點為圓心，EC為半徑畫圓弧CJ代替CI作為過水斷面，更接近實際情況。這時，流線長度可近似等于Z/sinβ〔β為下游壩坡的坡角〕。1區中任一條的滲流損失等于該流線與C點的垂直距離z。2區中任一條流線的滲流水頭損失為常數a0。1區中高度為dz相鄰兩流線間的單寬流量可表示為：在1區內積分后得：2區中高度為dz相鄰兩流線間的微小單寬流量可表示為：在2區內積分后得：綜合1區和2區兩者，下游段單寬總流量為：聯解①②可解得單寬滲流量q和滲出段高度，用試算法求解。3.2.3均質土壩的滲流計算在本次山塘整治設計中，選擇山塘壩體的最大斷面進行滲流計算分析。地基的透水性較差，與壩體的滲透系數相差很大，可認為相對不透水。本次設計選擇水位組合情況如下：1上游正常蓄水位與下游相應的最低水位；2上游校核洪水位與下游相應的水位。其他水位組合情況的計算方法與步驟與以上兩種組合完全一樣，本設計選擇兩種組合，實際工程中設計需要對各種水位組合情況進行滲流的計算。水位組合情況1的滲流計算：滲流計算的主要計算參數：壩體滲透系數K=2.6×10-4cm/s，l=10.12m上游水深H1=2.29m，上游壩坡=1:2.0;下游水深H2=0，下游壩坡=1:1.75。據試驗，等效矩形體寬度為λH1，λ值由下式確定：求得：λ=0.25。使用Microsoftexcel辦公軟件進行試算。首先從0.4開始，每隔0.4進行試算，在進行夾逼，最后得出=0.285m，單寬流量q=6.286×10-7m2/s。試算表3-1如下：表3-1a0和q試算表(m)0.40.30.20.50.280.290.285①q(10-7m2/s)6.2506.2826.3136.2176.2886.2856.286②q(10-7m2/s)8.7516.5634.37610.9396.1266.3456.291將H1、q、k等值代入下述浸潤線方程：得出浸潤線的各位置：表3-2浸潤線坐標表X(m)01235791010.69Y(m)2.292.182.071.951.681.360.940.640.27以上表可得浸潤線的長度約為10.69m，水頭損失為2.02m,滲透坡降.可知壩體在水位組合情況1下不會發生滲透破壞。圖3-2正常蓄水位下壩體浸潤線簡圖水位組合情況2的滲流計算：滲流計算的主要計算參數：壩體滲透系數K=2.6×10-4cm/s，l=12.92m；上游水深H1=1.89m，上游壩坡=1:2.0;下游水深H2=0，下游壩坡=1:1.75。λ=0.25。使用Microsoftexcel辦公軟件進行試算。首先從0.2開始，每隔0.2進行試算，在進行夾逼，最后得出=0.16m，單寬流量q=3.463×10-7m2/s。試算表格如下：表3-3a0和q試算表ao(m)0.20.250.210.280.290.2010.180.170.160.15q1(10-7m2/s)3.4543.4393.4523.4273.4233.4543.4593.4613.4633.464q2(10-7m2/s)4.3766.2354.4596.1266.3464.3983.9383.7193.4653.281將H1、q、k等值代入下述浸潤線方程：得出浸潤線的各位置：表3-4浸潤線坐標表X(m)0123567891111.92Y(m)1.891.821.741.671.501.401.311.201.080.800.36以上表可得浸潤線的長度約為12.92m，水頭損失為1.89m,滲透坡降.可知壩體在水位組合情況2下不會發生滲透破壞。圖3-3校核洪水位下壩體浸潤線簡圖第四章壩體的穩定校核計算4.1壩坡失穩概述土石壩壩坡外表傾斜，土體在自重及外荷載作用下，將出現自上而下的滑動趨勢。壩坡滑動的因素復雜多變，但其根本原因在于土體內部某個滑動面剪應力到達了其抗剪強度，使穩定的平衡遭到破壞。導致土石壩滑動失穩的原因有以下兩種：1.外界荷載作用或土坡環境變化等導致土體內部剪應力加大。2.由于外界各種因素影響導致土體抗剪強度降低，促使土坡失穩破壞。穩定計算的目的:驗算壩坡的穩定性。4.2壩坡穩定分析計算原理壩坡穩定分析計算工況根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導那么》SL189－96，土石壩的穩定應計算以下的四種情況：①施工期(包括竣工期)的上、下游壩坡；②正常運用遇地震的上、下游壩坡。③穩定滲流期的下游壩坡；④水庫水位降落期的上游壩坡；土料抗剪強度指標的選取〔1〕確定抗剪強度指標的計算方法抗剪強度指標的計算方法有總應力法和有效應力法。對于各種計算工況，土的抗剪強度都可采用有效應力法按下式確定：對于粘性土在施工期或庫水位降落期〔中、低壩〕，也可用總應力法，按下式確定：其中：—土體的抗剪強度；—孔隙水壓力；、—不排水剪的總強度指標；、—固結不排水剪的總強度指標。〔2〕在土石壩穩定校核設計中，土料的抗剪強度指標(涂料的內摩擦角和凝聚力c)選取的是否合理，對確定土石壩壩坡經濟性和平安可靠性具有重要的意義。粘性土的抗剪強度指標一般采用三軸儀進行測定。對3級以下重要性較低的中低壩，容許采用直剪儀進行測定。僅對滲透系數小于10-7cm/s或壓縮系數小于0.02的土料，才容許采用直接快剪或固結快剪試驗測定Ⅲ級以下的中低壩的強度指標。4.2.3壩坡穩定計算方法的選擇目前，工程上采用的土石壩的穩定分析法主要是建立在剛體極限平衡理論根底之上的。假設到達極限平衡狀態時，土體將沿某一滑裂面產生剪切破壞而失穩。滑裂面上的各點，土體處于極限平衡狀態，滿足摩爾-庫侖強度理論。根據土的分類方法，粘性土坡應包括粉土土坡和粘性土〔粘土、粉質粘土〕土坡。依據滑弧的不同型式，粘性土常用的穩定分析方法可分為整體圓弧滑動法〔包括穩定數法〕、瑞典條分法〔包括總應力法和有效應力法〕、折線滑動法和復合滑動法。標準采用的圓弧滑動靜力計算公式有兩種：一種是不考慮條塊間作用力的瑞典圓弧法；另一種是考慮條塊間作用力的畢肖普法。由于瑞典圓弧法不考慮相鄰土條間的作用力，因而計算結果偏于保守。計算時假設假定相鄰土條界面上切向力為零，即只考慮條塊間的水平作用力，就是簡化畢肖普法。對于土坡圓弧滑裂面形式的穩定分析計算方法中，目前廣泛采用的是瑞典圓弧滑動法。這個方法假定壩坡或壩坡連同壩基一起的坍滑，是位于某一圓弧上的土體整體地繞該圓弧的圓心發生轉動。圓弧法是假定壩坡滑動面為一圓弧，取圓弧面以上土體作為分析對象。常用于均質壩、厚心墻壩和厚斜墻壩；圓弧法由瑞典人彼得森提出，故稱瑞典圓弧法。該法把分滑動體分假設干土條，不考慮土條間的作用力，把滑動土體相對圓弧圓心的總阻滑力矩Mr與總滑動力矩MT的比值定義為壩坡穩定平安系數。即為該滑裂面的穩定平安系數K=Mr/MS。而一系列圓心位置作出許多可能滑裂面將得出許多相應的K值，從中可以求出一個最小值Kmin。上、下游壩坡以及局部壩坡的Kmin值均應按照壩的等級和組合情況滿足表4-1的要求，否那么應該修改壩坡重新計算，直至滿足要求為止。簡化畢肖普法就是在瑞典圓弧法的根底上考慮到土條之間的相反互作用力，計算時假設假定相鄰土條界面上切向力為零，即只考慮條塊間的水平作用力，其余計算同瑞典圓弧法。根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導那么》SL189－96，壩的靜力穩定計算，對于均質壩、心墻壩和厚斜墻壩可按剛體極限平衡理論采用瑞典圓弧法；對于薄斜墻壩、薄心墻壩、壩基有軟土夾層的壩體可采用滑楔法；對于巖基上的面板堆石壩可不做壩坡穩定計算，類比已成面板堆石壩，選定壩坡。本整治工程屬于小型水利工程，為均質壩。為了設計過程中的計算方便，在滿足平安性的前提下，本次整治工程設計采用瑞典圓弧法來校核土石壩壩坡的穩定性。4.2.4瑞典圓弧法計算平安系數選取根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導那么》SL189－96，采用瑞典圓弧法計算時，壩坡抗滑穩定平安系數應不小于表4-1規定的數值。表4-1壩坡抗滑穩定最小平安系數表運用條件最小平安系數正常運用條件(穩定滲流期，庫水位正常降落)1.15非常運用條件(施工期；庫水位非常降落，正常運用條件加地震)1.05注：庫水位正常降落——水庫在正常工作條件下庫水位的經常性降落。庫水位非常降落——水庫在非常工作條件下庫水位的降落〔如校核洪水位的降落、從水庫的某一水位降落到死水位以下，水庫要求在短時間內及緊急放空等〕。瑞典圓弧法計算原理〔1〕瑞典圓弧法有下述假定：①認為土壩壩體內只有垂直應力，此力等于其上的土柱重量，不計水平應力及剪應力；②認為滑裂弧內的土體類似剛體并分為假設干單獨的土體，其重量可分為作用于弧面的法向分力和切向分力，土條之間的側壓力視作內力互相抵消，因此忽略土條之間作用力?！?〕根本公式設某一滑裂面圓弧abc，圓心為O半徑為R，圖4-1瑞典圓弧法計算簡圖滑裂弧內的土體分為寬度相等的假設干土條，土條圖4-1瑞典圓弧法計算簡圖高度為Hi，寬度為b，見圖4-1。土條的重量為：土條重量的法向分力及切向分力為：。土體重量沿abc的總法向分力及總切向分力為：孔隙水壓力ui：當土條自重計算中坡外水面以下局部的土重按有效土重(浮重)計算時，有效應力公式為ui=γih2h2為浸潤線至水位之間的高度，可能為負值。凝聚力CiCi=ci′li滑動力矩和阻滑力矩總滑動力矩：總抗滑力矩：壩坡穩定平安系數為：〔3〕坡外有水時容重的選取按有效應力的簡化法計算時，采取變換容重的方法來近似計算壩體穩定滲流期和上游水位降落時的滲透壓力。具體方法是：浸潤線以上的土體采用濕容重，浸潤線以下、靜水位以上的土體用飽和容重(計算上游壩坡時，以上游靜水位為準；計算下游坡時，以下游靜水位為準)；對于上、下游的靜水位以下的土體，均采用浮容重。4.3壩坡穩定計算4.3.1計算方法〔1〕將均質壩的壩體橫斷面和采用水力學法計算的壩體浸潤線位置繪于壩體橫斷面圖上，并按選定的圓心和半徑畫出圓弧滑裂面，取單位厚度1米為計算厚度?！?〕將壩坡土體滑弧內土體按照土條塊寬度劃分為假設干條等寬的鉛直土條(R為圓弧半徑)，并對每個土條進行編號。編號時應以通過圓心O點的鉛直線作為第0號土條的中心線，然后以寬度b向左右兩側依次逐漸連續量取，得出各條寬中心線的位置。編號順序和正負號的規那么，如為上游，0號土條以右順序為1、2、3、…、n，以左順序為-1、-2、…、m；如為下游，其編號正負號應與上游相反。按這樣處理的好處是：在計算各土條的和值時，可以不需要從圖上量取，其就是土條編號被10除之值即，可據此算出。另當土條底面中心在畫弧圓心O的垂線右側時，剪切力方向與滑動方向相同，起剪切作用，取正號；而當土條底面中心在圓心的垂線左側時，方向與滑動方向相反，起抗剪作用，取負號。將各條塊中心線的各種土條高度hi量出，分別列入計算表?！?〕計算各土條中各段的重量，然后計算和?！?〕計算圓弧面上的摩擦系數。如圓弧面位于兩種不同土體分界處時，其摩擦系數采用加權平均值，即式中：兩種土體的內摩擦角；：該段(寬度為b)圓弧上兩種土體相應的長度?！?〕計算土體內的孔隙水壓力uili〔6〕計算〔7〕量出屬于同一土體的圓弧長度，計算其凝聚力ci′li〔8〕求∑、∑ci′li及∑，然后代入公式，求出其土坡穩定的平安系數K值。4.3.2最小壩坡穩定平安系數滑動弧確實定瑞典圓弧法是通過假設一系列的圓心位置作出許多可能的滑裂圓弧，按照上述的計算步驟逐一求出其穩定平安系數K值，并從中找出一個最小的K值，相應于這個最小K的圓心，可以認為是最危險滑裂面的圓心。為了較快地尋找這個圓心位置，對于均質壩可以按照環形面積法和十字線法相結合：(1)對于均質壩粘性底坡，當土的摩擦系數≠0時，其最危險滑動面距壩頂面2H且距壩腳4.5H的點為M點，由壩腳、壩頂分別按β1，β2兩直線相交于M1點，連接MM1并延長。β1、β2的值隨壩坡的變化而變化。可由表4-2查得(如壩坡為折線應按平均壩坡查表)。表4-2不同邊坡的β1和2數據表坡比坡角角度(°)β121:0.5860o29o40o1:145o28o37o1:1.533.79o26o35o1:226.57o25o35o1:318.43o25o35o1:414.04o25o37o1:511.32o25o37o(2)在土壩壩坡中點G作一條鉛直線，并在該點作另一條直線與土壩坡面成85o角，并以G為圓心、R1和R2為半徑分別作圓，交以上兩條直線成一扇形。一般情況下，最危險滑裂面圓心位置大致在此扇形面積內。直線MM1交圓弧于點c、d。最危險滑動面圓心的范圍，大致在扇形面積內MM1延長線cd的附近。R1和R2之值隨坡度而變，可由表4-3查得。表4-3R1、R2數據表壩坡坡度1:11:21:31:41:51:6外半徑R10.75H0.75H1.0H1.5H2.2H3.0H內半徑R21.5H1.75H2.3H3.75H4.8H5.5H(3)在cd線上選擇幾點為圓心，如O1、O2、O3等，作圓弧并均通過壩腳B1點，求各圓弧的穩定平安系數K，標于O1、O2、O3之上連接成K的變化曲線，從曲線上找出最小平安系數K的位置(如圖4-2上的O1)，通過作cd的垂線NN1，在此線上定幾點如O4，O5為圓心，仍通過B點作圓弧求其K值，同樣將K值標于O4，O5的上方畫出K曲線，從中找出最小點(如O4點)，一般情況下，O4點的K即為通過B1點的最小K值。圖4-2最危險滑弧圓心位置確實定(4)在坡腳附近再選幾點B2、B3等，仿照前面所述解類擬的計算，求得通過B2、B3的最小K值，并將B1、B2、B3點的最小K值標于其上方畫出K曲線，曲線上最小的K值(如圖上的B2)即為所求壩坡的最小穩定平安系數。對于均質壩，常只須求出B1點的最小穩定平安系數，因為B2、B3等點的最小K值與B1點相差不大。4.3.3壩坡穩定計算過程工況1：:上游為正常蓄水位，下游為正常蓄水位對應的水位〔本山塘下游水深為0〕時，在穩定滲流的情況下的下游壩坡的穩定計算步驟如下：(1)確定最小下游壩坡穩定平安系數的圓心范圍，坡度為1:1.75，查表4-3知，R1=1.75H，R2=0.75H，最大壩高為H=3.12m，求得R1=2.34m，R2=5.46m。由坡度1:1.75，通過查表4-2知，β1=25o，2=35o，見圖4-2。(2)在1:1000的比例尺的圖紙上繪出壩體橫斷面，取壩段單位厚度1米，將滲流計算的浸潤線繪于圖紙上。經試算，確定最小穩定平安系數滑裂面圓弧半徑R=6.0m，圓心O1，作用圓弧滑裂面。(3)取土條塊寬度，以通過圓心的鉛直線作為第0號土條的中心線，向左以寬度0.60m分別給土條編號1~8，最左側編號8的土條寬度為1.0m；同樣向右以寬度0.60m分別編號-1～-3，最右側編號-3的土條寬度為0.80m；將土條的編號和寬度填入表4-4的第1和2欄；計算各土條的，值，并填入表4-4中10、11欄。(4)將滑動體的土條分為三區，壩體浸潤線以上的土條高度用h1表示，浸潤線以下的下游靜水位以上用h2表示，壩基以下(下游靜水位以下)的高度用h3表示。在圖紙上量得土條各區的高度，并填入表4-4中3～5欄。計算重量時浸潤線以上用壩體濕容重γ=18KN/m3，，浸潤線以下的下游靜水位以上局部用飽和=20.1KN/m3，壩基(下游水位)以下用壩基浮容重=11KN/m3。分別計算個土條各區重量Wi1、Wi2、Wi3分別填入表4-4的6~8欄。(5)將圓弧面上摩擦系數填入12欄中。(6)計算li=b/cosαi，將計算值列于表4-4的13欄中。(7)計算孔隙水壓力uili，其中ui=γw·h2，將結果列于表4-4的14欄。(8)計算凝聚力ci′li，填入表4-4的16欄。(9)計算和列于表4-4的17欄和18欄。(10)計算將表4-4中16、17、18三欄分別累加得Σci′li、Σ，Σ。(11)求出其下游壩坡穩定的平安系數K值：＞1.15經驗算：正常蓄水位下的穩定滲流期，，下游壩坡滿足穩定要求。工況2：上游為校核洪水位下的穩定滲流期。確定最小下游壩坡穩定平安系數的圓心范圍，坡度為1:1.75.查表4-3知，R1=1.75H，R2=0.75H，最大壩高為H=3.12m，求得R1=5.46m，R2=6.5m。由坡度1:1.75，通過查表4-2知，β1=25o，2=35o。經試算，確定最小穩定平安系數滑裂面圓弧半徑R=6.5m，圓心O2，作用圓弧滑裂面。計算過程同工況1，計算結果見表4-5。求出其下游壩坡穩定的平安系數K值：＞1.05經驗算：校核洪水位下的穩定滲流期，下游壩坡滿足穩定要求。工況3：校核洪水位驟降至正常蓄水位時壩體的穩定。計算過程列于表4-6中，將各種工況下的穩定平安系數列于表4-7。，滿足穩定要求。表4-7各工況下最小穩定平安系數工況穩定平安系數校核洪水位2.89正常蓄水位3.65校核洪水位驟降至正常蓄水位3.24均大于穩定的最小平安系數，所以山塘的壩坡穩定。表4-4壩坡穩定計算表圓心點編號O1圓弧半徑：6.米計算工況：正常蓄水位下的穩定滲流期下游壩坡穩定計算土條編號土條寬度b(m)土條高度Hi土體重量Wi(KN)土條總重Wisinαicosαi摩擦系數tanφi′土條滑弧長li(m)孔隙水壓力uili(KN)凝聚力ci＇(KPa)cili(KN)(Wicosαi-uili)tanφi′(KN)Wisinαih1h2h3Wi1Wi2Wi3⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂⒃⒄⒅810.814.40.00014.40.80.470.2680.846.7216.513.860.0111.5270.61.221.60.00021.60.70.710.2680.8410.0816.513.861.4115.1260.61.323.40.00023.40.60.80.2680.8410.9216.513.862.0914.0450.61.425.20.00025.20.50.870.2680.8411.7616.513.862.7212.6040.61.20.221.64.02025.60.40.920.2680.8410.08241.3863.6210.2530.60.90.316.26.03022.20.30.950.2680.847.562413.863.636.6720.60.650.60.111.712.061.124.90.20.980.2680.845.462413.865.074.9710.60.40.30.157.26.031.6514.90.10.990.2680.841.262413.863.611.4900.60.10.20.21.84.022.28.0010.2680.841.682413.861.700.00-10.60.1500.001.651.7-0.10.990.4870.841.262420.160.18-0.17-20.80.100.001.11.1-0.20.980.490.840.842420.160.12-0.22Σ-152.5924.1676.27表4-5壩坡穩定計算表圓心點編號O2圓弧半徑：6.5米計算工況：校核洪水位下的穩定滲流期下游壩坡的穩定計算土條編號土條寬度b(m)土條高度Hi土體重量Wi(KN)土條總重Wisinαicosαi摩擦系數tanφi′土條滑弧長li(m)孔隙水壓力uili(KN)凝聚力ci＇(KPa)ci′li(KN)(Wicosαi-uili)tanφi′(KN)Wisinαih1h2h3Wi1Wi2Wi380.80.60010.80.00010.80.80.470.2680.955.716.515.68-0.178.6470.650.90016.20.00016.20.70.710.2680.928.2816.515.180.8611.3460.651.2021.60.00021.60.60.80.2680.9211.0416.515.181.6712.9650.651.221.60.00021.60.50.870.2680.9211.0416.515.182.0810.8040.650.80.514.410.05024.50.40.920.2680.927.362422.084.069.7830.650.60.610.812.06022.90.30.950.2680.925.522422.084.346.8620.650.30.60.15.412.061.118.60.20.980.2680.922.762422.084.133.7110.650.10.60.151.812.061.6515.50.10.990.2680.921.382422.083.751.5500.6500.20.204.022.26.2010.2680.921.842422.081.170.00-10.650.1500.001.651.7-0.10.990.4870.921.382422.080.12-0.17-20.60.100.001.11.1-0.20.980.490.920.922422.080.08-0.22Σ215.7822.1065.26表4-6壩坡穩定計算表圓心點編號O2圓弧半徑：6.3米計算工況：校核洪水位驟降至正常蓄水位下的穩定滲流期下游壩坡的穩定計算土條編號土條寬度b(m)土條高度Hi土體重量Wi(KN)土條總重Wisinαicosαi摩擦系數tanφi′土條滑弧長li(m)孔隙水壓力uili(KN)凝聚力ci＇(KPa)ci′li(KN)(Wicosαi-uili)tanφi′(KN)Wisinαih1h2h3Wi1Wi2Wi380.50.55009.90.0009.90.80.470.2680.915.00516.515.02-0.097.9270.630.950017.10.00017.10.70.710.2680.868.1716.514.191.0611.9760.631.1019.80.00019.80.60.80.2680.869.4616.514.191.7111.8850.631.221.60.00021.60.50.870.2680.8610.3216.514.192.2710.8040.630.750.213.54.02017.50.40.920.2680.866.4516.514.192.597.0130.630.70.3512.67.04019.60.30.950.2680.866.0216.514.193.395.8920.630.40.407.28.04015.20.20.980.2680.863.4416.514.193.083.0510.630.10.40.11.88.041.110.90.10.990.2680.860.8616.514.192.671.0900.6300.10.1502.011.653.7010.2680.861.292420.640.640.00-10.630.1500.001.651.7-0.10.990.4870.861.292420.640.17-0.17-20.50.100.001.11.1-0.20.980.490.780.782418.720.15-0.22Σ174.3517.6359.23第五章溢洪道整治設計5.1溢洪道的根本數據表5-1溢洪道的根本數據水位(m)泄量(m3/s)正常蓄水位58.820設計洪水位59.020.46校核洪水位59.220.86溢洪道在整治開挖后，為減小溢洪道泄槽的糙率和減小水流的沖刷，需對原山塘的溢洪道進行襯砌，糙率取n=0.014,。溢洪道總長40m。依照《江西省塘壩除險整治技術指南》，洪水設計標準參照下表5-2：表5-2洪水設計標準參照表塘壩及其附屬建筑物洪水標準［重現期〔年〕］山區、丘陵區平原區設計校核設計校核20~10200～501050~20當山區、丘陵區塘壩的擋水高度低于15m，上下游水頭差小于10m時，其防洪標準可按平原區的洪水標準確定；當平原區塘壩的擋水高度高于15m，上下游水頭差大于10m時，其防洪標準可按山區、丘陵區的洪水標準確定。本次整治按10年一遇設計，50年一遇校核的洪水標準。5.2調洪演算5.2.1計算原理水庫調洪計算采用靜庫容水量平衡法，根據入庫設計洪水過程線、水庫地形特性資料、現有泄洪建筑物的泄水能力確定山塘的出流過程、最大泄量、防洪庫容及水庫相應的最高洪水位。計算時假定水庫庫容與庫水位在△t時段內成直線變化，將圣維南偏微分方程中的連續方程轉化為有限差分形式的水量平衡方程：[(Q1+Q2)-(q1+q2)]/2=(V1+V2)/△t(2-1) q=f(V)=f1(Z) (2-1)式中： Q1、Q2—時段△t始、末的入庫流量，從入庫洪水過程線查得，m3/s；q1、q2—時段△t始、末的出庫流量，m3/s；V1、V2—時段△t始、末的水庫蓄水量，m3；△t—計算時段，根據匯流歷時選?。籞—水位。由以上方程組可知，只需求出入庫洪水過程線以及庫水位~下泄流量、庫水位~庫容關系，就可以進行調洪計算。水庫調洪演算方法有試算法、半圖解法等，嶺下塢山塘采用試算法進行計算。5.2.2繪制庫容曲線和下泄流量關系曲線將水庫水位容積關系列于表5-3；將其繪制成水庫容積曲線，見圖5-3.表5-3水庫水位容積關系表Z(m)56.9357.1857.5357.8858.1358.4958.8258.9959.2260.05V〔萬m3)0.320.490.811.411.963.264.95.9711圖5-1水庫容積曲線5.2.3計算并繪制下泄曲線q－V(1)確定起調水位嶺下塢山塘的泄水建筑物為無閘控制自由泄流的溢洪道，溢流堰凈B=2.3m，溢流堰為寬頂堰，水庫調洪計算原那么為當庫水位高于正常蓄水位56.93m時，溢洪道自由泄洪。水庫起調水位為56.93m。(2)計算原理寬頂堰自由出流流量計算公式采用堰流公式流量系數是隨壓頂水頭而變化的，但為了簡化計算流量系數取一定值查表流量系數取0.34。 那么水庫溢洪道出流公式為：根據出流公式和水位容積曲線計算水庫蓄泄關系值見表5-4中第(2)、(4)欄，據此繪制蓄泄曲線q－V，見圖5-2。表5-4水庫q-V關系曲線計算表Z(m)(1)58.8258.9559.0859.2260.05V(萬m3)(2)4.905.756.007.0011.00堰頂水頭h(3)0.000.130.260.401.23q泄(4)0.000.160.480.864.72`5.2.4試算法推求洪水下泄過程(1)將的入庫洪水流量過程線列入表5-5中的第(1)、(2)欄，先取計算時△t=2.2h起始庫水位Z=58.82m，下泄流量q=0m3/s，V=4.9萬m3。第一個計算時段為0~2.2h，q1=0m3/s，V1=4.9萬m3，Q1=0m3/s,Q2=0.213m3/s。對q2、V2進行試算，過程見表5-6、表5-7試算開始時，先假定Z2=58.89m,從V=f(Z)和q=f(Z)曲線上，查得相應的V2=5.36萬m3，q2=0.045m3/s，將這些數字填入表5-6的⑶、⑷、⑸三欄。于是由公式=(q1+q2)/2=(0+0.045/2=0.020m3/s,=(Q1+Q2)/2=(0+0.213)/2=0.107m3/s并可以求出相應的ΔV=(-)△t=0.09萬m3，所以V2=V1+ΔV=4.9+0.05=4.95萬m3，填于表5-6的第(9)欄，因此值與假定的V2值不符，故用符號V2′表示，以示區別。由V2′的值與原假定的V2相比擬發現假定的Z2偏高。重新假定Z2=58.86m，重復以上試算，發現結果仍然不適宜，Z2偏高。再次假定Z2=58.85m，試算發現Z=59.51m得出結果V2與V2′的值相差很小，在誤差范圍之內。至此，第一段的試算結束，最后結果是:q2=0.045m3/s,V2=4.98萬m3,Z2=58.85m。將表2-4中試算的最后結果q2、V2、Z2，分別填入表2-3中的第1小時的第(4)、(7)、(8)欄中。按上述方法繼續逐時段試算，結果均填入表5-5。(2)確定最大下泄流量和校核洪水位表5-5中Δt=3.2h的泄流過程，t=5.4h的下泄流量q=0.46m3/s，小于入庫流量Q=1.932m3/s；t=10.9h的下泄流量q=1.287m3/s，大于入庫流量Q=1.282m3/s。故水位最高是在5.4h~10.9h小時之間，對此范圍縮小時段，取Δt=1h，重新進行試算，分析知，水位最大值發生在6.1h，此時該值為所求最大水位，即qm=1.76m3/s。最高水位Z=29.22m3/s，相應的總庫容為6.37萬m3?！?〕調洪演算結論：由表5-5五十年一遇洪水調洪演算表可知，水位最高時刻，來水量和下泄流量相同，即q=1.76m3/s，此時山塘水位最高Zmax=59.21m＜校核洪水位Z=59.22m,不會發生漫壩事故。表5-5五十年一遇洪水調洪演算表時間t(h)入庫洪水流量Q(m3/s)時段平均入庫流量(m3/s)下泄流量q(m3/s)時段平均下泄流量(m3/s)時段內存水量變化△V(萬m3)水庫存水量V(萬m3)水庫水位Z(m)⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻00.0000.10600.00050.084.9058.822.20.2130.0014.9858.855.41.9321.0730.460.2310.975.9559.015.81.8921.9120.510.4850.216.1659.056.01.851.861.771.140.186.3459.196.051.821.8351.7681.7690.026.3659.216.11.781.761.761.7650.016.3759.216.31.721.7301.7321.751-0.016.3559.197.91.2821.2901.4891.5295-0.036.3259.1410.90.4640.8731.2871.388-0.555.7758.8921.70.1280.2960.4670.877-2.24.958.82表5-6第一時段(第0-1.3小時)的試算過程時間t(h)Q(m3/s)Z(m)V(萬m3)q(m3/s)(m3/s)(m3/s)△V(萬m3)V2′(萬m3)q2′(m3/s)z2′(m)⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾0058.824.9000.1070.0052.20.21358.854.980.010.084.9858.895.360.090.0450.054.9558.865.10.070.0350.044.9458.854.980.010.0050.084.980.00558.85表5-7第二時段(第1.3-3.6小時)的試算過程時間t(h)Q(m3/s)Z(m)V(萬m3)q(m3/s)(m3/s)(m3/s)△V(萬m3)V2′(萬m3)q2′(m3/s)z2′(m)⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾2.20.21358.854.980.0051.0730.2330.085.41.93259.015.950.460.9759.0159.086.190.520.2850.9459.0659.056.160.510.280.9359.030.23359.015.3溢洪道泄流平安復核溢洪道用于宣泄規劃庫容所不能容納的洪水，保證壩體平安的開敞式或帶有胸墻進水口的溢流泄水建筑物。溢洪道關乎壩體平安，必須復核其泄水能力，檢驗其是否滿足設計要求的泄流能力。計算過程取最不利斷面進行計算。嶺下塢山塘的溢洪道為正槽開敞式無閘控制溢洪道，溢洪道的泄流能力可按明渠的泄流公式進行計算，渠道的泄流能力計算公式為：(3-18)式中：Q—溢洪道泄量，m3/s；n—粗糙系數；A—斷面面積，m2；C—謝齊系數，m0.5/s；i—明渠底坡；χ—濕周，m。最不利明渠斷面溢洪道寬度b=2.3m，n=0.017，溢洪道深0.4m，A=0.4×2.3=0.92m2 i=0.06，χ=2.3+2×0.4=3.1m代入的最大泄流量Qmax=5.898m3/s＞5.394m3/s，滿足泄流要求。5.4溢洪道泄槽水面線的計算5.4.1水面線計算原理按照《溢洪道設計標準SL253-2000》中規定的泄槽水面線計算公式應根據水力學的能量方程，應用分段求和法計算泄槽內下洪水時的水面線。式中—分段長度，m；、—分段始、末斷面的水深，m；V1、V2—分段始、末斷面平均流速，m/s；、—流速分布不均勻系數，取1.05；θ—泄槽底坡角度，(°)；i—泄槽底坡，i=tanθ；—分段內平均摩阻坡降；n—泄槽槽身糙率系數，本次取為0.017；—分段平均流速，=(v1+v2)/2，m/s;—分段平均水力半徑，=(R1+R2)，m；判斷急流或緩流公式根本公式式中：hk—臨界水深，m；α—取1.05；Q—槽內流量，m3/s；q—單寬流量，m3/(s?m)；ik—臨界底坡；b—泄槽首端寬度，m；g—重力加速度，m/s2；Bk—相應臨界水深的水面寬，m；—臨界水深時對應的過水斷面(m2)、濕周(m)、水力半徑(m)、謝才系數。5.4.2計算水面曲線〔設計和校準兩種情況〕5.4.2.1校準洪水位下泄槽水面線計算由于泄槽段坡度有兩種故分兩段分別計算第一段水面線計算①臨界水深hk及臨界底坡ik。b=2.3m，泄槽橫斷面為矩形。具體計算見表5-8

表5-8不同工況下臨界水深和臨界底坡計算表工況Q(m3/s)Bk(m)qk(m2/s)hk(m)Ak(m2)R(m)C(m0.5/s)設計洪水位0.462.30.200.280.642.860.22445.830.0058校核洪水位0.862.30.370.340.792.980.26447.110.0057i=0.06>ik，故屬于泄槽水流屬于陡坡急流。②校核洪水位下水面線的計算根據《溢洪道設計標準》，泄槽首段接寬頂堰的斷面水深取臨界水hk=0.57m，將h1=0.57m，填于表5-9欄，將表4-2所算的臨界水深的過水斷面面積A1，濕周χ1，水力半徑R1,謝齊系數C1填入表5-9的欄。流速v1=Q/A1填于5-9中的第7欄。計算αv12/2g并將結果列表5-9的第8欄。算出第一斷面的斷面比能Es1=h1+αv12/2g，列表5-9的第9欄。假設第二段面水深為0.52m，同樣計算過水斷面面積A2，濕周χ2，水力半徑R2,謝齊系數C2，流速v2，αv22/2g，斷面比能Es2，分別列于表4-3的5-9欄。計算斷面比能差ΔEs=Es1-Es2，列于表5-9的第10欄。平均流速=0.5(v1+v2),列于表5-9的第11欄。平均水力半徑=0.5(R1+R2)，列于表5-9的第12欄。平均=0.5(C1+C2),列于表5-9的第13欄。計算,列于表5-9的第14欄。計算，列于表5-9的第15欄。運用公式(4-1)計算Δs，列于表5-9的16欄。開始假設下一個水深0.50m，求出Δs，以此下去將每一次Δs加上這次之前的Δs，計算ΣΔs列于表5-9的17欄。一直進行下去一直算到ΣΔs=20m。(2)第二段水面線計算第二段計算的起始水深為第一段末尾水深，即h1=0.249m。第二段的坡度i=0.202，同第一段的計算方法，計算各個斷面的水深。計算過程表列于表5-10。表5-9校核洪水位下泄槽第一段水面線計算表斷面h(m)A(m2)χ(m)R(m)C(m1/2/s)v(m/s)αv2/2g(m)Es(m)ΔEs(m)(m)(m1/2/s)(m/s))(10-3)(10-3)Δs(m)ΣΔs(m)10.3400.782.980.2647.072.020.220.560.0000.26247.072.0170.0040.01320.3300.762.960.2646.891.990.210.540.0170.25946.982.0020.0040.0130.280.2830.3250.752.950.2546.791.970.210.530.0080.25546.841.9790.0040.0130.670.9840.3200.742.940.2546.701.950.200.520.0080.25246.751.9630.0040.0131.331.9550.3100.712.920.2446.511.920.200.510.0170.24746.601.9390.0040.0132.482.9860.3050.702.910.2446.411.910.190.500.0080.24346.461.9140.0040.0134.724.0270.3000.692.900.2446.301.890.190.490.0080.23946.361.8980.0040.01310.165.4680.2900.672.880.2346.101.860.180.470.0170.23546.201.8730.0040.0130.327.56表5-10校核洪水位下泄槽第二段水面線計算表斷面h(m)A(m2)χ(m)R(m)C(m1/2/s)v(m/s)αv2/2g(m)Es(m)ΔEs(m)(m)(m1/2/s)(m/s))(10-3)(10-3)Δs(m)ΣΔs(m)123456789101112131415161780.2900.672.880.2346.101.860.180.477.5690.2850.662.870.2345.991.840.180.470.0080.23046.041.8470.0040.0130.619.56100.2800.642.860.2345.881.820.180.460.0080.22745.941.8300.0040.0134.0910.96110.2750.632.850.2245.771.800.170.450.0080.22445.831.8130.0040.0133.6312.01120.2700.622.840.2245.661.790.170.440.0080.22045.711.7950.0040.0132.6013.78130.2650.612.830.2245.541.770.170.430.0080.21745.601.7770.0040.0133.4714.98140.2600.602.820.2145.421.750.160.420.0080.21445.481.7590.0040.0134.9316.25150.2500.582.800.2145.181.710.160.410.0170.20945.301.7320.0040.0130.6218.005.4.2.2設計洪水位下泄槽水面線計算計算方法同校核洪水位下的水面線計算，見表5-11、表5-12。表5-11設計洪水位下泄槽第一段水面線計算斷面h(m)A(m2)χ(m)R(m)C(m1/2/s)v(m/s)αv2/2g(m)Es(m)ΔEs(m)(m)(m1/2/s)(m/s)(10-3)(10-3)Δs(m)ΣΔs(m)123456789101112131415161710.2800.642.860.2345.881.820.180.4620.2750.632.850.2245.771.800.170.450.0080.22445.8261.8130.0040.0130.040.2830.2600.602.820.2145.421.750.160.420.0250.21745.5991.7770.0040.0130.420.9840.2550.592.810.2145.301.730.160.420.0080.21045.3651.7410.0040.0131.161.9550.2500.582.800.2145.181.710.160.410.0080.20745.2441.7220.0040.0132.682.9860.2400.552.780.2044.931.680.150.390.0170.20245.0571.6940.0040.0136.604.0270.2350.542.770.2044.801.660.150.380.0080.19744.8651.6650.0040.0132.485.4680.2300.532.760.1944.671.640.14