渗径长度计算公式
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水工建筑物计算题
篇一:渗径长度计算公式
计算题
1.某重力坝如下图所示,属一级建筑物,基本组合[Ks]=1.10,特殊组合[Ks]=1.05,材料容重为24KN/m3,水的容重为10KN/m3为,摩擦系数f=0.62,试分析该坝的抗滑稳定性。(注:图中高程及尺寸单位均为米)
解:(1)设计水位情况(基本组合)抗滑稳定安全系数计算:
自重: W1=24×8×85+24×75×0.7×75÷2=63570(KN)
坝底的长度: ab=8+75×0.7=60.5(米)
扬压力: U=10×10×60.5+10(65-10)×60.5÷2=22687.5(KN)
上游水压力: P1=10×65×65÷2=21125(KN)
下游水压力: P2=10×10×10÷2=500(KN)
下游水重: W2=10×10×0.7×10÷2=350(KN)
公式: Ks=f.(∑W-U)/∑P
Ks=0.62×(63570+350-22687.5)/(21125-500)=1.24
(2)校核洪水位情况(特殊组合)抗滑稳定安全系数计算:
扬压力:U=10×25×60.5+10(70-25)×60.5÷2=28737.5(KN)
上游水压力:P1=10×70×70÷2=24500(KN)
下游水压力:P2=10×25×25÷2=3125(KN)
下游水重:W2=10×25×0.7×25÷2=2187.5(KN)
公式:Ks=f.(∑W-U)/∑P
Ks=0.62×(63570+2187.5-28737.5)/(24500-3125)=1.07
∵基本组合抗滑稳定安全系数:Ks=1.24>[Ks]=1.10
特殊组合抗滑稳定安全系数:Ks=1.07>[Ks]=1.05
均符合规范要求
∴ 该坝的抗滑稳定是安全的。
2.某渗透体的剖面图如下图所示,已知k=2.0×10-5cm/s,该渗透体的宽度(垂直河流向)为120米,求通过该渗透体的渗透流量。(注:图中尺寸及高程单位均为米)(7分)
解:∵V=KJ Q=VA V=KJ=2.0×10-7×(45-10)/50=1.4×10-7(m/s) q=VA=1.4×10-7×(45+10)/2=3.85×10-6(m3/s.m) ∴Q=qB=3.85×10-6×120=4.62×10-4(m3/s) 答: 通过该渗透体的渗透流量为4.62×10-4(m3/s)。
3.某水闸地下轮廓线布置如下图所示,已知渗径系数c´=3.0,水的容重r=10KN/m3,板桩的深度h=2.0米,求铺盖的长度x及闸底板(AB)的渗透压力。(注:图中尺寸及高程单位均为米)(10分)
解: L´=(x+3+18)/3+(1+1+4)=X/3+13
∵ L´≥c´H 即:x/3+13≥3(9-3) ∴ 解得: x≥15(米) 已知: L´=18米,则A、c、d、e、B各点的渗压强度计算如下:
PA=10×(9-3)×11/18=36.67 Pc=10×(9-3)×10/18=33.33 Pd=10×(9-3)×8/18=26.67 Pe=10×(9-3)×6/18=20
PB=0 闸底板(AB)的渗透压力:P=(PA+Pc)×3/2+(Pe+PB)×18/2
=(36.67+33.33)×3/2+20×18/2
=285(KN)
答:铺盖的长度x至少取15米,闸底板(AB)的渗透压力为285KN。
水闸稳定计算书
篇二:渗径长度计算公式
第四章 排水闸稳定及结构计算
1.各排水闸概况
1.1水文资料
根据龙门县城堤防总体规划,县城河堤共有5个排水闸,西林河有两个排水闸:龙门中学排水闸和老干局排水闸,白沙河有三个排水闸:师范排水闸、石龙头排水闸、及罗江围排水闸。河堤上的排水闸主要作用是:平时能正常排泄内积水,洪水到来时关闸挡水,不让洪水涌入。根据水文资料,排水闸排涝标准按十年一遇(P=10%)洪水,24小时暴雨产生的洪水总量,24小时排干计算。根据《龙门县城区防洪工程洪水计算书》可知各排水闸的水位资料,详见排水闸洪水成果表1.1-1。 表1.1-1 各排水闸洪水成果表
1. 2地质资料渗径长度计算公式。
根据《龙门县城区防洪工程地质勘探可行性研究报告》,可知各排水闸地基主要物理指标表1.2-1。
表1.2-1 各排水闸地基土质主要物理指标表
1.3等级与安全系数
根据《龙门县城堤防加固工程可行性研究报告》西林河、白沙河大堤加固工程等级为三等,水闸为主要建筑物,其等级为三等,根据《水闸设计规范SL265-2001》,水闸整体抗滑稳定安全系数为:基本组合:1.25;特殊组合Ⅰ:1.10。土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值为:基本组合:2.50;特殊组合3.0.闸基抗渗稳定性要求水平段和出口段的渗流坡降必须小于规范要求,见下表6.0.4。
表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值
1.4地震烈度
龙门县基本地震烈度为Ⅵ,按《水闸设计规范SL265-2001》,设计时不考虑地震作用。
2.主要计算公式及工况
2.1闸孔净宽B0计算公式
根据《水闸设计规范SL265-2001》,水闸的闸孔净宽B0可按公式(A.0.1-1)~(A.0.1-6)计算:
B0
Q
m2gH
3
2
(A.0.1-1)
b0b0
单孔闸 10.1711b4b (A.0.1-2)渗径长度计算公式。
ss
多孔闸,闸墩墩头为圆弧形时
Z(N1)b
N
(A.0.1-3)
b0
4
bd (A.0.1-4)
Z0
Z10.1711
b0
b0dZ
b0b0
b10.1711 (A.0.1-5) ZZ
b0bbb0b0
22
hhs1 2.31s (A.0.1-6) H0H0
0.4
式中 B0——闸孔总宽度(m); Q——过闸流量(m3/s);
H0——计入行近流速水头的堰上水深(m),在此忽略不计; g——重力加速度,可采用9.81(m/s2); m——堰流流量系数,可采用0.385;
——堰流侧收系数,对于单孔闸可按公式(A.0.1-2)计算求得或由表
A.0.1-1查得;对于多孔闸可按公式(A.0.1-3)计算求得;
b0——闸孔净宽(m);
bs——上游河道一半水深处的宽度(m); N——闸孔数;
Z——中闸孔侧收系数,可按公式(A.0.1-4)计算求得或由表A.0.1-1查
得,但表中bs为b0+dz; dz——中闸墩厚度(m);
b——边闸孔侧收系数,可按公式(A.0.1-5)计算求得或由表A.0.1-1
查得,但表中bs为b0
dZ
bb; 2
bb——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m);
——堰流淹没系数,可按公式(A.0.1-6)计算求得或由表A.0.1-2查
得;
hs——由堰顶算起的下游水深(m)。 2.2整体稳定及应力计算公式 2.2.1整体稳定及应力计算公式
根据《水闸设计规范SL265-2001》,利用闸室基底应力和闸室抗滑稳定安全系数计算公式可分别计算各工况下排水闸的整体稳定及基底应力。
max
闸室基底应力Pmin
GM
(7.3.4-1) AW
fG
(7.3.6-1) H
抗滑稳定安全系数Kc
max
式中 Pmin——闸室基底应力的最大值或最小值(kPa);
G——作用在闸室上的全部竖向荷载(包括闸室基础底面上的扬压力在
内,kN);
M——作用在闸室上的全部竖向和水平荷载对于基础地面垂直水流方向
的形心轴的力矩(kN.m);
A——闸室基底面的面积(m2);
W——闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩(m3); Kc——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数; f——闸室基底面与地基之间的摩擦系数; H——作用在闸室上的全部水平向荷载(kN)。 2.2.2计算工况
根据每个排水闸的具体运行情况,西林河两个排水闸的计算工况为:①完建期,上下游无水;②下游常年蓄水位67.0m,上游无水,关闸清淤;③下游P=2%洪水位,上游水位至孔洞顶。白沙河四个排水闸的计算工况为:①完建期,上下游无水;②下游P=2%洪水位,上游水位至孔洞顶。
2.2.3主要荷载 ①自重:水闸、设备自重 ②静水压力
③浮托力、渗透压力、水重 2.3消能计算 2.3.1计算工况
初步拟定,消能防冲计算工况为:上游十年一遇的过闸设计流量,上游设计水位与地面控制水位齐平,相应下游五年一遇的洪水位。
2.3.2消力池计算公式
先根据《水力计算手册》(武汉水利电力学院水力学教研室编)判别是否需要建立消力池:如跃后水深hc"<出池河床水深hs',则不需建立消力池;如跃后水深hc">出池河床水深hs',则需建立消力池,根据《水闸设计规范》(SL265-2001)附录B,消力池深度可按公式(B.1.1-1~B.1.1-4)计算:
"
d0hchs'Z (B.1.1-1)
涵闸计算书
篇三:渗径长度计算公式
席家泵站穿堤涵计算书
一、基本资料
1、防洪标准:设计洪水标准为30年一遇,校核洪水标准为100年一遇。
2、设计引水流量:Q=5.5m3/s
3、土坝设计资料:坝顶宽8.0米,迎水坡边坡系数1:3.0,背水坡边坡系数
1:3.0。
4、涵洞进、出口高程的确定:进口底高程114.5m,出口高程为114.34m。
5、水泵设计扬程:4.21m。
特征水位
二、工程总体布置
该泄水涵洞工程位于东风民主堤9+700处。
主要由泄水涵洞、闸室段、出口U型槽和海漫段组成。
1、泄水涵洞:涵洞按无压流短洞设计,孔径尺寸为1.8×1.8m, 1孔;涵洞总长40m,分为4节,每节10m;涵洞纵坡为1/250;涵洞型式为钢筋砼箱形结构,壁厚0.5m。
2、闸室段:闸室段长8m,闸孔尺寸为1.8×1.8m, 1孔,闸底板1.0m厚,顺水流方向两端设齿墙,设检修闸门一道。工作桥桥面高程为120.90 m。为防止闸门出现故障时洪水倒灌,工作桥下设竖井,竖井顶高程与工作桥齐平,交通桥为连接工作桥与堤顶而设置。交通桥与工作桥周围侧均设置1m高的钢筋栏杆。
3、出口U型槽:出口为钢筋砼U型槽消力池,底板厚0.8m,池长13.0m,池深1.0m,出口接海漫长25m。
4、海漫:U型槽出口与海漫直接连接,干砌石护坡、护底,厚度30cm,下设20cm的碎石垫层、10cm的粗砂垫层和一层无纺布。
三、水力计算
1、计算内容:过流能力计算和消能防冲设计。
2、计算工况:涵洞过流能力计算采用的是上游设计水位,下游最高运行水位(防洪水位),即上下游水位差最小时计算出的孔口尺寸能满足任何工况下过流能力;消能防冲计算采用上下游最大水位差工况,即上游采用最高水位,下游采用最低水位进行计算,此时对消能防冲要求是最高的。
3、过流能力计算
<1>已知条件:上游水位:115.11m
下游水位:118.80m
水泵扬程:4.21m
进水口孔数:4孔
孔口直径:0.8m
进口洞底高程:114.5m
出口洞底高程:114.34m
设计流量:5.5m3/s
<2>拟定洞高:本工程采用洞高D=1.8m,其理由是1.8m洞高便于施工及检修涵洞。
<3>流态判别:上游水深:H=上游水位+水泵扬程-进口洞底高程
=115.11+4.21-114.5=4.82m
下游水深:h=下游水位-出口洞底高程
=118.80-114.34=4.46m
洞高:D=1.8m
H/D=4.82/1.8=2.67>1.5
h/D=4.46/1.8=2.48>1为淹没压力流。
<4>过流能力计算:
a. 计算参数:进口水头损失系数:ξ1=0.2
拦污栅损失系数:ξ2=0.3
闸门槽损失系数:ξ3=0.1
出口损失系数:ξ4=1
进口渐变段损失系数:ξ5=0
出口渐变段损失系数:ξ6=0.5渗径长度计算公式。
总水头损失系数:Σξ=ξ1+ξ2+ξ3+ξ4+ξ5+ξ6
=0.2+0.3+0.1+1+0+0.5
=2.1
洞长:L=40m
纵坡坡度:i=(进口洞底高程-出口洞底高程)/洞长
=(114.5-114.34)/40=0.004
糙率:n=0.014
上游行进流速:V=设计流量/(进水口孔数×进水口面积) =5.5/(4×3.41×0.82/4)=2.74m/s
b. 洞宽计算:拟定洞宽:B=1.8m
洞身过水断面面积:A=BD=1.8×1.8=3.24m2
湿周:χ=2B+2D=2×1.8+2×1.8=7.2m
水力半径:R=A/χ=3.24/7.2=0.45m
11谢才系数:C=R1/6=×0.45=62.53 n0.014
流量系数:m3=1
2gL
C2R=2.1129.8140
62.5320.45=0.63
V22.742
包括行进流速的进口水深:HO=H+=4.82+=5.20m 2g29.81
核算过流能力:Q=m32gHoiLh
29.815.200.004404.46 =8.54m3/s>5.5 m3/s,满足设计流量要求。
考虑到工程维修及管理方便,选定孔口为1.8m×1.8m。
4、消能防冲设计
<1>已知条件:上游水位:115.43m
下游水位:115m
水泵扬程:5.96m
进水口孔数:4孔
孔口直径:0.8m
进口洞底高程:114.5m
出口洞底高程:114.34m
设计流量:5.5m3/s
过闸单宽流量:q=设计流量/孔宽=5.5/1.8=3.06 m3/s/m
上游行进流速:V=设计流量/(进水口孔数×进水口面积) =5.5/(4×3.41×0.82/4)=2.74m/s
<2>上游水深:H=上游水位+水泵扬程-进口洞底高程
=115.43+5.96-114.5=6.89m
<3>上游总能头To计算:考虑最危险情况即最大水头和上游流速水头及坡高作为消能计算的上游总能头。
V22.742
To=H++iL=6.89++0.004×40=7.81m 2g29.81
q2
0 <4>收缩水深hc计算:计算公式:hToh2g33c2c
其中hC—收缩水深(m);
To—由消力池底板顶面算起的总势能(7.81m); q—过闸单宽流量(3.06m3/s/m);
φ—流速系数(0.95)。
经电子表格Excel试算得收缩水深hc=0.26m
<5>跃后水深hc”计算及消能防冲判别:在判别是否设消能设施时,采用b1=b2,
hc hc28q21 3ghc
0.26813.052
=1 1329.810.4 =2.58m>0.66m,需设消力池。
<6>消力池深度计算:消力池水平段首端底宽b1采用与洞宽相等,即b1=1.8m,末端宽b2采用与下游渠底宽相等,即b2=5.4m。
a. 第一次池深计算: hc跃后水深:hc2b10.258q2
13ghcb2
1.80.250.27813.052
=1 325.49.810.4 =1.94m
q2
3.062临界水深:hk==0.68m g9.81
因hs<hk,所以下游水深为hs=0.66m q2q2
池水位落差:Z 2222ghs2ghc
1.03.0621.03.062
= 22229.810.950.6629.811.94
=0.90m
hsZ 消力池深:d0hc
=1.05×1.94-0.66-0.90
=0.45m
b. 第二次池深计算:
上游总能头:TO=7.81+0.45=8.27m
q2
0 收缩水深hc计算公式:hToh32g3
c2c
其中hC—收缩水深(m);
To—由消力池底板顶面算起的总势能(8.27m); q—过闸单宽流量(3.06m3/s/m);
渗流量计算公式