水工课设1

?1d=（1+m2）?yd-Pdm2 ?2d=Pd

重力坝非溢流坝段的荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力、地震荷载等，常取1m坝长进行计算。

应力计算结果如下：（以下应力单位均为KPa） 1、计扬压力

由上面的公式计算出各个应力，分析可看出由以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。

2、不计扬压力

不计扬压力时其应力计算与计扬压力是计算方法一样，主要分析①垂直正应

?d、力?yu和?yd、②剪应力?u，③水平正应力?xu, ?xd、④第一主应力?1u,?1d、⑤第二主应力五种应力，详情见计算说明书。

由成果分析，以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。

?W6?M? 2BB?W6?Md? ?y? BB2u?y? ΣW—作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和，kN；

ΣM—作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和，

kN·m；

B—计算截面的长度，m。

4、溢流重力坝和泄水孔的孔口设计

4.1泄水方式的选择

重力坝的泄水方式主要有开敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物；设置闸门时，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，适用于大中型工程，采用开敞式溢流水库有较大的泄洪能力，本设计采用开敞式溢流。 4.2孔口设计

4.2.1. 确定洪水标准

该水工建筑物级别为3级，防洪标准为1000~500年重现期。 4.2.2孔口尺寸 单宽流量的确定

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设L为溢流段净宽（不包括闸墩的宽度），则通过溢流孔口的单宽流量为：

B?Q溢 q4.2.3求溢流坝段净宽L0

根据闸门的形式取闸墩厚度d＝1.2m，由上述计算孔口净宽b＝8m，总和分别为B与D，则溢流前缘总长L0为：L0＝B+D=nb+(n-1)d=6×5+(6-1)×1.2=36m<38m。 4.2.4求堰上水头H0

3/2由公式可确定堰上水头H0，公式为Q溢??mB2gH0：

其中?——闸墩侧收缩系数，与墩头形式有关，取?=0.92；

m——流量系数，按WES溢流面曲线查武汉大学出版社出版《水力学》得

m=0.502；

g——重力加速度，g=9.8m/s。 设计洪水位减去Ho即为堰顶高程。 4.2.5 堰型的确定

溢流面由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。设计要求：（1）有较高的流量系数，泄流能力大；（2）水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；（3）体型简单，造价低，便于施工等。 4.2.6闸门和启闭机

水工闸门按其功用可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门。工作闸门选用平面闸门，优点是结构简单。

启闭机选用活动式启闭机。 4.2.7闸墩和工作桥

作用：

将溢流坝前缘分隔为若干个孔口，并承受闸门传来的水压力（支承闸门），也是坝顶桥梁和启闭设备的支承结构。

闸墩平面形状上游常用半圆形或椭圆形，下游端一般用流线型或圆弧曲线，也有用半圆型。

工作闸门槽深0.5~2.0m，宽1~4m，门槽处的闸墩厚度不得小于1~1.5m。

4．3溢流坝段的剖面设计

溢流坝剖面，通常是由基本三角形剖面修改而成，内部与非溢流坝段相同。溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段及下部反弧段三部

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分组成。

4.3.1 顶部曲线段

根据《混凝土重力坝设计规范》和《水力学》上册，将堰面曲线设计为“WES”剖面曲线，上游面采用三圆弧连接，下游面采用幂曲线。

定型设计水头Hd按堰顶最大作用水头HZmax的75%~95%计算（m），考虑到在校核洪水位闸门全开时出现的负压不得超过3~6m（水柱），经试算，取定型设计水头Hd=90%HZmax。即Hd=90%×10.3=9.27m。

上游面采用三圆弧连接，其半径分别为：

R1=0.5Hd=0.5×9.27=4.635 X1 =-0.175Hd=-0.175×9.27=-1.62 R2=0.2Hd=0.2×9.27=1.85 X2=-0.276Hd-0.276×9.27=-2.56 R3=0.04Hd=0.04×9.27=0.37 X3=-0.282Hd=-0.282×9.27=-2.61

下游面采用幂曲线，其方程为：x1.85?2.0Hd0.85y

x1.85其中Hd=9.27，则方程简化为 y?

13.27将坐标圆点0点定于堰顶，绘制WES曲线如下图

曲线方程直线段

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4.3.2中间直线段的确定

顶部的曲线段确定后，中部的直线段分别与顶部曲线、底部的反弧段相切，其坡度一般与非溢流坝段下游坡率相同，即为1：0.7。直线与幂曲线相切时，切点C的坐标为(xc,yc)：对堰面曲线求一阶导数

dy0.850.85=1/13.27×1.85x=0.139x dx直线CD的坡度为

X=15.5m

由上可得直线段与幂曲线的切点C的坐标为（15.5,12.00）。 4.3.3反弧段

堰顶剖面曲线的下游与一倾斜直线段相切，直线段的坡度与非溢流坝下游面相同，即1：0.7，直线段的下部与反弧段相切。对于底流衔接，以便将水流平顺地导入下游，防止水流跌落的冲击力对坝基础的冲刷，反弧半径采用以下公式计算：

R?(4~10)h=8?5.05=40.4m

dy0.85=1/0.7；故有0.139x=1/0.7 dx

v??2gHo?0.95?2?9.8?10.3?13.49m/s

Q1089??5.05m Bv16?13.49 Ho—坝前水头（m）

式中：水深h? ?——流速系数，对于该枢纽为中等长度的溢流面，取为0.95 h——为校核洪水位闸门全开时反弧段最低点处的水深

对于底流消能，反弧段取反弧半径的上限值，故取R=40m。 4.2消能防冲设计

4.2.1《水工建筑物》及《混凝土重力坝设计规范》可知消能的设计原则是：

1）尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中，以及水流与空

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