计算说明书参考.doc
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1、目 录1 工程概况11.1 概述11.2 各种类型时洪峰值11.3 降水量21.4 水利水能计算资料32 坝挡水坝段的稳定及应力分析43 坝高的计算94 冲沙闸设计计算115 进水口的计算126 沉砂池计算136.1 沉砂池重要尺寸的拟定136.2 沉沙池纵向底坡的计算177 引水隧洞的计算187.1 隧洞尺寸设计计算187.2 隧洞荷载计算与隧洞围岩稳定分析187.3 隧洞衬砌设计计算结论208压力管道的计算218.1压力管道的布置218.2管径的拟定218.3压力管道的水力计算218.4水锤计算238.5 管壁厚度的拟定249镇墩的计算269.1镇墩计算2610水头损失计算3010.1拦污
2、栅水头损失3010.2进水口连接渠道水头损失3010.3进水口连接渠道转弯处局部水头损失3110.4沉砂池渐变段的局部水头损失3210.5沉砂池沿程水头损失32参考文献33致 谢 词34独 撰 声 明351 工程概况1.1 概述 设计流域多在习水县境内,坝址距习水气象站也较近,因此,以习水气象站来说明设计流域的气象特性。习水县处在北亚热带,气候属亚热带湿润季风气候区。重要气候特点是四季分明,冬冷夏凉,多阴雨天气,日照较少,气温低。由于地势起伏较大,地貌类型多样,社区气候差异十分明显。习水县的中部山区雨量较多,年降水量一般大于1150 ,西部、南部河谷地带雨量较少,一般局限性1000 ,土城站降
3、水量最少,仅776.7 ;热量较高,气温近似于赤水。重要的灾害性天气有干旱、冰雹、秋季低温绵雨、倒春寒、暴雨、大风、凝冻等。 1.2 各种类型时洪峰值根据流域的杨家湾杨家湾坝址径流历年逐月平均流量表(见附录1表1-1),推算得的各种类型时洪峰值表1-2表1-2 杨家湾电站分期洪水成果表分期暴雨记录参数不同频率设计值(/s) 114月24.70.393.5176141107113月16.70.553.512593.064.6124月22.40.453.516813095.7112月15.10.673.512889.157.4123月13.10.493.579.361.545.014月21.70.
4、493.517113092.81.3 降水量 表1-3 各站年降水量频率分析成果表河流名称站 名资料系列系列年限习水河官渡19562023461071.80.152.0寨坝1956199641974.60.152.0习水19512023511101.10.152.0据习水气象站观测资料分析,数年平均降水量为1101.1 mm(其中58月占58.1%,49月占76.8%),日降水量P0.1 mm降水日数211.7天,P25.0 mm降水日数9.7天,P50.0 mmm降水日数2.1天,年最大一日降水量发生在1968年5月22日,日降水量达178.8 mm。另据习水气象站、寨坝和官渡雨量站资料分析
5、,杨家湾电站坝址以上流域数年平均面降水量为1100 (具体分析请见后)。习水河流域各站年降水量频率分析成果见表1-3。1.3.1 气温记录及冰冻情况习水县气象站位于习水县东皇乡,建于1940年,是国家基本气象站。根据习水气象站观测,贵州省气候资料中心整编并刊布的记录资料,习水县数年平均气温13 ,最冷月一月平均气温2.6 ,最热月七月平均气温22.9 ,极端最低气温-8.6 (1982年12月26日),极端最高气温34.4 (1972年月27日)。年平均日照时数1124.3 h,日照百分率25%,以夏季为最多,冬季为少。年平均相对湿度85%,年平均雾日数25.7天,大风日数0.7天,冰雹日数0
6、.7天,雷暴日数46.3天,降雪日数22.4天。年平均风速1.5 m/s,最大风速13.0 m/s,全年主导风向为W风,夏季盛行SE风,冬季盛行W风。1.3.2 坝址流量水位关系(见附录2 表2-3)1.4 水利水能计算资料蓄水位 390.60 死水位389.60 水库最高洪水不得超过396.77设计洪水安全泄量1590 /s校核洪水安全泄量2220 /s电站总装机容量9000 电站平均流量 17.9 /s2 坝挡水坝段的稳定及应力分析1 13计算部分(单位:牛吨米)(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结构面抗滑稳定的安全度。重要计算方法有两种:抗剪断强度
7、公式(Ksh)抗剪强度公式(Ksl)。此本工程为五等小(二)型工程,因此采用抗剪强度公式。 抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数为:= (1) 式中 接触面间的摩擦系数; 作用于接触面上的扬压力;作用于接触面以上的总水平力;作用于接触面以上的总铅直力。设计的坝体断面需要满足规定的应力条件:在基本荷载组合下,重力坝坝基面的最大垂直正应力应小于坝基允许压应力,最小垂直正应力应大于零;对于坝体应力,在基本荷载组合下,下游面最大主压应力不大于混凝土的允许压应力值,上游面的最小主压应力大于零。(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;校核洪水位+扬压力。图2-2 坝体荷载示意图(3)基本资料
8、坝基高程:坝顶高程:坝顶宽度:下游折坡点: 坡度:=0.7淤沙高程:384.50水的容重:混凝土容重:=2.4泥沙浮容重:=0.4排水管距上游坝面距离:=0渗透折减系数:=0.3设计时,浪高:=0.61浪长:=7波浪中心高:=0.33上游水位:=395.50 下游水位:=390.00校核时,浪高:=0.27浪长:=3.65波浪中心高:=0.13上游水位:=396.00 下游水位=390.50抗剪断摩擦系数:=0.6坝基长度:=131 (4)基本荷载及其力臂计算为了方便计算,将个别力按如图所示的虚线切割。计算过程列于附录2表2-1(5)稳定分析抗滑稳定安全系数为设计时:1.05校核时:1.0均符
9、合稳定规定。(6)应力分析垂直正应力和 (2) (3)式中:作用在计算截面以上所有荷载的垂直分力总和。设计时:=261.87;校核时:=264.27;作用在计算截面以上所有荷载的对截面形心的力矩总和。设计时:=-485.03;校核时:=-497.44;坝体计算截面沿上下游方向的长度,=12.1。带入求得:设计时:=1.76 =41.52校核时:=1.45 =42.23均未出现负值(拉应力),符合应力规定。剪应力,设计时: =(91.13-1.76-91.13)0=0 (4) =(41.52+32-32)0.7=29.06 (5) 校核时:=(98-1.45-98)0=0=(42.23+36.1
10、3-36.13)0.7=29.56水平正应力,设计时:=(91.13-91.13)-(91.13-1.76-91.13)0=0 (6) =(32-32)+(41.52+32-32)0.72=20.34 (7) 校核时:=(98-98)-(98-1.45-98)0=0=(36.13-36.13)-(42.23+36.13-36.13)0.72=20.69第一主应力,设计时:=1.76(1+0)-(91.13-91.13)0=1.76 (8) =41.52(1+0.72)-(32-32)0.72=61.86 (9) 校核时:=1.45(1+0)-(98-98)0.32=1.3625=42.23(1
11、+0.72)-(36.13-36.13)0.72=62.92第二主应力设计时:=91.13-91.13=0 (10) =32-32=0 (11) 校核时:=98-98=0=36.13-36.13=0(5)成果分析由以上可以看出坝体边沿应力状态良好,未出现拉应力的情况。3 坝高的计算1 3 9 13 坝顶高出静水面 高程计算 (1)波浪高度校核时, (2)设计时, (3)波浪中心线高出静水位高度校核时, (4) 设计时: 图2-1 非溢流坝型式安全超高,根据坝的等级为五等小(二)型知:校核时,=0.2;设计时,=0.3。由以上可得坝顶超高为:校核时设计时 则拟定坝顶高程为: 图2-1重力坝形式校
12、核时设计时取其中大者即2084.77,作为坝顶高程(如图2-1所示)。4 冲沙闸设计计算5初拟尺寸为2.01.0,冲沙流速应大于启动流速,且不宜小于。 式中,冲沙孔为自由出流属于底部无收缩侧向收缩极小,流量系数查水力学得:=0.8,为孔口形心的作用水头。=0.82(29.817.2)0.5=19.02 /s=19.02/2=9.5 泥沙启动流速为:式中:测点水深; 推移质泥沙粒径; 泥沙容重,天然泥沙取25987.6 ; 清水容重,取9806.7; 重力加速度,取9.81 m/s2。=1.34()0.14=1.34()0.14=1.66m/s 大于启动流速,且大于,初拟尺寸合理,所以冲沙闸尺寸
13、拟定为2.0m1.0 m。5 进水口的计算5 7取水口引用流量为3.0 m3/s,进水口设计底板高程为2076.7 m,溢流坝正常蓄水位2078.2 m,拟定进水口水深1.5 m,设计连接渠断面为矩形断面,计算参数边坡系数m=0,查水力学,得河道糙率n=0.015,由已知参数,推求i、b,由于在基本公式中表达b和h的关系都是高次方程,不能直接求解,所以只能采用试算。计算成果表如下(具体程序见下表:进水口尺寸试算): 表5-1 计算成果表计算水深h、渠道宽b、底坡iQIbmnAxRCh渠顶高5.485335000.0021.800.0152.74.80.562560.570691.523.998
14、218000.001251.700.0152.554.70.54255360.20731.523.666158000.001251.600.0152.44.60.52173959.816041.525.030218000.00125200.015350.661.225731.52由成果表选定进水渠断面设计尺寸为1.7 m2.0 m,过水断面为1.7 m1.5 m。由得,=3/(1.71.5)=1.176 m/s,采用混凝土护面,根据水力学和水电站,渠道的最大允许不冲流速为8.0 m/s,不长草流速为0.6 m/s,根据水中泥沙最大粒径为0.1 mm,不淤流速为0.692 m/s所以尺寸合理,满
15、足设计规定。6 沉砂池计算1 7 12 13 156.1 沉砂池重要尺寸的拟定6.6.1 概述根据杨家湾是实际情况,习水河流域内无泥沙实测资料,参证站二郎坝水文站具有1975年2023年(缺1983年、1988年)共25年的泥沙观测资料。据二郎坝水文站25年实测资料记录,该站数年平均悬移质输沙模数为284t/km2;对照“贵州省数年平均悬移质输沙模数分区图”,习水河流域的年悬移质输沙模数G=200 t/km2500 t/km2,二郎坝水文站泥沙分析成果符合地区分布规律。根据现场查勘,结合地区变化规律,设计流域数年平均悬移质输沙模数采用300 t/km2,推移质按悬移质的20%计。经计算杨家湾电
16、站数年平均年输沙量30.9 万t,其中悬移质年输沙量25.7 万t,推移质年输沙量5.2 万t。习水河流域水属于多沙河流,为了避免泥沙进入水轮机,所以在无压进水口后修建沉沙池,通过断面的扩大,流速的减慢,使水流速度呈均匀分布并减少。根据流速低到0.25-0.7 m/s时,泥沙将会沉淀于池内。6.6.2 尺寸设计 参考水利水电工程沉砂池设计规范(DL/T 5107-1999)、小型水电站(天津大学水利系编)、水工建筑物下册(张光斗、王先纶编,水利电力出版社出版)以及水电站第三版(河海大学、刘启钊主编)等进行综合拟定。沉砂池底板高程拟选2068.8 m正常水位高程2073.4 m。(1)平均水深的
17、拟定 规范规定,对于小型水电站,沉砂池水深不宜小于4.0 m,以免影响沉砂池的泥沙沉降效果,所以初拟尺寸是将水深定为H=4.5 m,尔后再验证是否满足设计规定。(2)长度的拟定由于资料无河流泥沙的粒径、级配资料,所以本工程引用相近的沙拉地水文站的资料,沙拉地水文站悬疑质颗粒级配曲线和级配表见下表(表6-1和表6-2):根据级配和规范选定最大沉降粒径为1.00 mm,最小有害粒径为0.10 mm,根据规范拟定相应的进入沉砂池水流的流速为=0.1375 m/s(初拟方案时,当沉降时,选取0.1375 m/s)。由于泥沙颗粒在沉砂池中的沉降运动是很复杂的,由于在竖直断面上不是均匀分布的,表层流速较大
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