计算说明指导书专业资料.doc
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1、目 录第一章 调洪演算1第二章 非溢流坝设计计算82.1 坝高计算82.2坝挡水坝段稳定及应力分析8第三章 溢流坝设计计算153.1堰面曲线153.2 中部直线段设计163.3下游消能设计163.4 水力校核183.5 WES堰面水面线计算20第四章 放空坝段设计计算234.1 放空计算234.2 下游消能防冲计算244.3 水力校核254.4 水面线计算27第五章 电站坝段设计计算295.1 基本尺寸拟订29第六章 施工导流计算326.1河床束窄度326.2一期围堰计算326.2二期围堰高程拟定33附录一 经济剖面选取输入及输出数据36附录二 坝体稳定应力计算输入输出数据41附录三 调洪演算
2、源程序及输入数据52第一章 调洪演算(1)基本资料水位-容积曲线(见蓝图);实测洪水过程线(见蓝图);各类型洪峰值(见2.2.3节)正常(设计)洪水重现期 10005 相应频率:0.1%0.2%非常(校核)洪水重现期 5000 相应频率:0.02%0.05%(2)限制条件起调水位:175.8m,相应流量824.7m3/s;参加泄洪不涉及放空流量,规定计入发电流量;最大下泄流量不得不不大于安全泄量,设计和校核分别为m3/s 2500m3/s;(3)设计和校核洪水过程线推求设计洪水过程线取频率为0.1%洪水,期洪峰4750m3/s;校核洪水过程线取0.02%,相应洪水期洪峰5600m3/s。运用按
3、峰控制同倍比放大法对典型洪水放大得设计校核洪水过程线。设计洪水放大系数:;校核洪水放大系数:;可得设计和校核洪水过程线如图1-2所示图1-1 溢流堰顶形式(4)演算方案拟订泄洪方式:采用表孔式泄洪;拟订演算方案(闸孔宽度和数量)取容许单宽流量:q=70 m3/s;溢流前净宽: 堰上水深H0依照公式推求 则H0=10.28m堰顶高程Z堰顶=Z限-H0=181.20-10.28=170.92m闸门高h=Z正常- Z堰顶=178.00-170.92=7.08m取7米依照以上基本尺寸现拟订两个方案: b=11mn=3堰顶高程170.92 b=12mn=3堰顶高程170.92(5)计算工况计算工况分为校
4、核和设计两种。(6)计算办法计算办法:试算法。由于试算过于复杂且均为重复性计算,考虑用电算。(7)调洪演算试算法过程依照库容曲线Z-V(见蓝图),拟订泄洪建筑物形式、尺寸,用水力学公式拟定算Q-Z关系为;分析拟定调洪开始时起始条件,即起调流量824.7m3/s;运用水量平衡式和蓄泄曲线,按试算法列表解算各是段时段末q2、V2。即求解满足方程式所相应q2、V2;将入库洪水Q-t和计算q-t点绘在一张图纸上,两者交点即为所求下泄洪水流量最大值qm;依照公式即可求得此时相应水头H和上游水位Z。(8)计算及其成果依照上面计算办法,编写程序TBD,编写语言为c。源代码及输入数据见附录三将计算成果列于下:
5、计算工况:设计状况下,3孔,每孔11米。表1-1 调洪演算表一可知最大下泄流量出当前70-75h之间,用直线内插法计算得最大下泄流量为1900.3m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=1900.3+24000.7=2068.3 m3/s m3/s,不满足安全下泄流量规定。计算工况:校核状况下,3孔,每孔11米。表1-2 调洪演算表二可知最大下泄流量出当前70-75h之间,用直线内插法计算得最大下泄流量为2164.3m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=2164.3+24000.7=2332.3m3/s2500 m3/s,满足安全下泄流量规定。计算工况:设计状况下,3孔,每孔12米。表1-3 调
6、洪演算表三可知最大下泄流量出当前70-75h之间,用直线内插法计算得最大下泄流量为1830.84m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=1830.84+24000.7=1998.84m3/s m3/s,满足安全下泄流量规定。计算工况:校核状况下,3孔,每孔12米。表1-4 调洪演算表四可知最大下泄流量出当前75-80h之间,用直线内插法计算得最大下泄流量为2110.66m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=2110.66+24000.7=2278.66m3/s2500 m3/s,满足安全下泄流量规定。(7)调洪演算成果及其分析将上述成果整顿为下表表1-5 调洪演算成果方案孔宽(m)起调流量类型q
7、max(m3/s)vmax(m3)zmax(m)qmax+q电方案一36804.51校核2110.6615.6180.132278.66设计1830.8415.1179.31998.84方案二33979.55校核2164.316.2180.742332.3设计1900.315.45179.842068.3图1-2 洪水过程线1-典型洪水过程线2/3-设计/校核洪水来水过程线4/5-设计/校核下泄洪水过程线在考虑设计和校核容许下泄流量状况下,只有方案二方能满足限制条件,选用该方案,即3个孔,每孔12米方案。并绘制该工况下洪水过程线如图1-2所示。第二章 非溢流坝设计计算2.1 坝高计算坝顶高出静
8、水面 h=2h1+h0+hc2h1波浪高度校核时,V=15m/s2h1=0.0166V5/4D1/3=0.0166155/431/3=0.71m设计时,V=30m/s2h1=0.0166V5/4D1/3=0.0166305/431/3=1.68mh0波浪中心线高出静水位高度校核时,2L1=10.4(2h1)0.8=10.41.710.8=7.91m设计时,2L1=10.4(2h1)0.8=10.41.680.8=15.75m图2-1 非溢流坝形式hc安全超高,依照坝级别为一等知:校核时,hc=0.4m;设计时,hc=0.5m。由以上可得坝顶超高为:校核时h=2h1+h0+hc=0.71+0.2
9、+0.4=1.31m设计时h=2h1+h0+hc=1.68+0.56+0.5=2.74m 则拟定坝顶高程为:校核时Z坝顶=180.13+1.31=181.44m设计时Z坝顶=179.3+2.74=182.04m取其中大者即182.04m,作为坝顶高程(如图2-1所示)。2.2坝挡水坝段稳定及应力分析2.2.1手算某些(单位:吨米)(1)基本原理及计算公式抗滑稳定分析重要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱构造面抗滑稳定安全度。重要计算办法有两种:抗剪断强度公式(Ksh)抗剪强度公式(Ksl)。此工程属于大(一)型工程,因而采用抗剪断强度公式。抗剪断强度计算抗滑稳定安全系数为:K= 式中 f抗剪断
10、摩擦系数; c抗剪断凝聚力;KN/m2 A滑动面面积;m2U作用于滑动面上扬压力;H作用于滑动面上坝体力在水平方向投影代数和;V作用于滑动面上坝体力在垂直方向投影代数和。设计坝体断面需要满足规定应力条件:在基本荷载组合下,重力坝坝基面最大垂直正应力应不大于坝基容许压应力,最小垂直正应力应不不大于零;对于坝体应力,在基本荷载组合下,下游面最大主压应力不不不大于混凝土容许压应力值,上游面最小主压应力应不不大于零。图2-2 坝体荷载示意图(2)计算工况在这里分两种工况进行计算:设计洪水位+扬压力;设计洪水为+扬压力。(3)基本资料坝基高程:Zj=136坝顶高程:Zd=182.04坝顶宽度:B=6上游
11、折坡点:Zuz=151坡度:n=0.2下游折坡点:Zdz=172.67坡度:m=0.7淤沙高程:Zs=151.5水容重:0=1混凝土容重:c=2.4泥沙浮容重:s=0.4排水管距上游坝面距离:Lp=9.5渗入折减系数:=0.3设计时,浪高:hl=1.68浪长:ll=15.75波浪中心高:zl=0.56上游水位:zu=179.3下游水位:zd=146.58校核时,浪高:hl=0.71浪长:ll=7.91波浪中心高:zl=0.2上游水位:zu=180.13下游水位zd=147.13抗剪断摩擦系数:f=0.8抗剪断凝聚力:c=51.02坝基长度:l=36.169(4)基本荷载及其力臂计算为了以便计算
12、,将个别力按如图所示虚线切割。计算过程列于表2-1。表2-1 坝体基本荷载计算表计算公式荷载值(P)力臂(L)设计校核设计校核自重W1= (Zuz-Zj)2nc5415.085W2=(Zd-Zj) Bc662.97610.585W3= (Zdz-Zj)2mc1129.54-0.972W=W1+W2+W31873.51扬压力U1=Lp(zu-zj)+ (zu-zd)+(zd-zj)0302.5636.17-13.904-13.896U2=(l-lp)(zu-zd)+2(zd-zj)0413.05309.513.3413.382U=U1+U2715.61428.84上游水P1=(zu-zj)209
13、37.45973.73-14.433-14.71P2=(zu-zuz+zu-zj)(zuz-zj)n161.1168.8415.99215.989泥沙P3=(zs-zj)2s48.05-5.167P4=(zs-zuz+zs-zj) (zuz-zj) ns14.416.538下游水P5=(zd-zj)2055.9761.943.5273.71P6=(zd-zj)2mc39.1843.36-17.027-15.488浪8.821.80-43.36-44.13总和水平力H=P1+P3-P5+Pl961.64铅直力V=W+P2+P4+P62096.11注:力臂和力矩同号(逆时针为正)(5)稳定分析抗滑
14、稳定安全系数为设计时:3.0校核时:2.5均符合稳定规定。(6)应力分析垂直正应力yu和yd式中:W作用在计算截面以上所有荷载垂直分力总和。设计时:W=V-U=1372.59;校核时:W=V-U=1357.76;M作用在计算截面以上所有荷载对截面形心力矩总和。设计时:W=PL=-7445.75;校核时:W=PL=-7912.79;T坝体计算截面沿上下游方向长度,T=l=36.169。带入求得:设计时:yu=3.80 yd=72.10校核时:yu=1.25 yd=73.83均未浮现负值(拉应力),符合应力规定。剪应力u,d设计时:u=(p-yu-puu)n=(43.3-3.80-43.3)0.3
15、=1.14d =(yd+ pudp)m=(72.10+10.58-10.58)0.7=50.47校核时:u=(p-yu-puu)n=(44.13-1.25-44.13)0.3=0.375d =(yd+ pudp)m=(73.83+11.13-11.13)0.7=51.681水平正应力xu,xd设计时:xu=(p-puu)-(p-yu -puu)n2=(43.3-43.3)-(43.3-3.80-43.3)0.32=0.342xd=(p-pud)+(yd+pud- p)m2=(10.58-10.58)-(72.10+10.58-10.58)0.72=35.329校核时:xu=(p-puu)-(p
16、-yu -puu)n2=(44.13-44.13)-(44.13-1.25-44.13)0.32=0.1125xd=(p-pud)+(yd+pud- p)m2=(11.13-11.13)-(73.83+11.13-11.13)0.72=36.177第一主应力p1u,p1d设计时:p1u=yu(1+n2)-(p-puu)n2=3.8(1+0.32)-(43.3-43.3)0.32=4.412p1d=yd(1+m2)-(p-pud)m2=73.83(1+0.72)-(10.58-10.58)0.72=110.0校核时:p1u=yu(1+n2)-(p-puu)n2=1.25(1+0.32)-(44.
17、13-44.13)0.32=1.3625p1d=yd(1+m2)-(p-pud)m2=72.10(1+0.72)-(11.13-11.13)0.72=107.429第二主应力设计时:p2u=p-puu=43.3-43.3=0p2d=p-puu=10.58-10.58=0校核时:p2u=p-puu=44.13-44.13=0p2d=p-puu=11.13-11.13=0(5)成果分析由以上可以看出坝体边沿应力状态良好,未浮现拉应力状况。2.2.2 电算某些(其中单位均为吨米)(1)计算工况:正常洪水位+扬压力;设计洪水位+扬压力;校核洪水位+扬压力。(2)输入及输出数据参见附录二(3)计算成果整
18、顿及分析。将计算成果整顿如表2-2所示。表2-2 应力计算(电算)成果整顿表计算工况:正常水位+扬压力高程xyxy12minmaxminmaxminmaxminmaxminmax172.67015.838.432.31022.628.448.1400.31165011.3821.2923.23016.2621.2934.6207.51158016.2321.9633.13023.1949.3721.96011.90151021.170.222.48032.1221.6968.36016.13143029.1715.5359.52-3.6441.6616.6288.68014.371366.54
19、32.969.9767.27-1.1347.0910.31100.23010.84计算工况:设计水位+扬压力高程xyxy12minmaxminmaxminmaxminmaxminmax172.67018.741.4338.24026.771.4356.9800.76165014.4814.2529.54020.6814.2544.0200.95158019.5014.6639.80027.8614.6659.30011.431510.225.8714.2052.79036.9514.278.66014.531433.8931.668.8064.61-1.6245.239.2996.27010.
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