第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
码头稳定性验算 （一）作用效应组合 持久组合一：设计高水位（永久作用）+堆货门机（主导可变作用）+波谷压力（非主导可变作用） 持久组合二：设计高水位（永久作用）+波谷压力（主导可变作用）+堆货门机（非主导可变作用） 短暂组合：设计高水位（永久作用）+波峰压力（主导可变作用） 不考虑地震作用去1 （二）码头延基床顶面的抗滑稳定性验算 根据《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290-98）第3.6.1规定 应考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变时：按（JTJ290-98）中公式（3.6.1-4）计算。 01 ()()E H E qH P B G E V E qV u BU d E E P G E E P f γγγψγγγγψγγ++≤ +++ 应考虑波浪作用，波浪力为主导可变时： ()()f E P E G E P E qV E Bu u V E G d qH E B P H E ψγλγγ γψγγγ γ+++≤ ++1 o 短暂组合情况，按《防波堤设计与施工规范》（JTJ298-98）公式5.2.7计算 f P G P Bu u G B p )(0λλλλ-≤ 式中：o γ——结构重要系数，一般港口取1.0； E γ——土压力分项系数；取1.35 PW γ——剩余水压力分项系数；取1.05 PR γ——系缆力分项系数；1.40 ψ——作用效应组合系数，持久组合取0.7； V H E E 、——码头建筑物在计算面以上的填料、固定设备自重等永久作用所产生的总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值； W P ——作用在计算面以上的总剩余水压力标准值； RH P ——系缆力水平分力的标准值； qV qH E E 、——码头面上的可变作用在计算面上产生的总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值； RV P ——系缆力垂直分力的标准值； G γ——结构自重力的分项系数，取1.0；
第三章堤防工程基本知识 堤防是修建于江河、湖泊、海洋岸边以及水库、蓄滞洪区周边的挡水建筑物，随着使用位置及作用的不同、而划分为不同的种类，并根据其工作条件的不同需采取相应的防护措施；本章重点介绍堤防的种类、作用、各部位名称以及堤防的护岸工程。 第一节堤防种类、作用及各部位名称 一、堤防的种类 堤防工程有不同的分类方法，主要是按其修建位置、作用和修建材料的不同而划分的。 （一）按位置和作用分类 堤防是水利工程的重要组成部分，按其所在的位置和作用不同，通常分为防洪堤、海塘堤、渠堤。 1、防洪堤 防洪堤又分为江河堤、湖堤、库区堤、及蓄滞洪区围堤等，它们是沿江河、湖泊、库区、蓄滞洪区的岸边或周边修建的，其主要作用是：用于束范、输送洪水，防止洪水漫溢成灾；减少挡水或蓄滞洪区域的淹没范围。 2、海塘堤 海塘堤修建在海边，用以防御涨潮和风浪潮引起的危害，又称为海堤或防潮、防浪堤。海堤分为土海堤和护坡（直立式、斜墙式、混合式）海堤两大类。 3、渠堤 渠堤修建在渠道两侧，用于输送引水或排水。 （二）按建筑材料分类 依据修建堤防的建筑材料不同，堤防可分为土堤、土石混合堤、石堤（砌石挡土墙）、钢筋混凝土堤等。其中，土堤最为常见，在缺乏土料的山区也常采用土石混合堤。 二、堤防的作用 随着使用位置的不同，堤防的具体作用不同： （一）江河堤 在洪水位高于当地地面高程的江河岸边，顺水流方向修建的挡水建筑物，称为江河堤防，简称江河堤；江河堤一般为土堤或土石混合堤，也有的采用砌石或混凝土防浪墙；江河堤的主要作用有：约束江河水，束范洪水，防止洪水漫溢造成灾害。 （二）湖堤 在湖泊周围修建围堤，用以控制湖水水面，限制淹没范围，减少淹没面积，也可以通过修建围堤而抬高湖泊的蓄水水位，增加湖泊蓄水调洪能力，减轻江河防洪负担。 （三）海堤 沿海滩或海岸修建堤防（防浪墙），用以阻挡涨潮和风暴潮对沿海低洼地区的侵袭，确保防风浪潮安全，也能增加陆地面积、防止附近土地盐碱化。 （四）围堤 借助于修建于蓄滞洪区周围的堤防，可以抬高蓄洪水位，形成较大的蓄滞洪库容，以适应临时滞蓄超标准洪水的需要、并确保蓄滞洪区周遍地区的安全。 （五）库区堤 在水库回水区外沿修建堤防后，可以控制水库蓄水时的回水范围，减少淹没面积，降低淹没损失；通过修建库区围堤，可以在水库挡水大坝设计挡水能力范围内，抬高水库的蓄水水位，增加
赤峰市红山区城郊乡防洪工程 5.6稳定计算 5.6.1渗流及渗透稳定计算 1）渗流分析的目的 （1）确定堤身浸润线及下游逸出点位置，以便核算堤坡稳定。 （2）估算堤身、堤基的渗透量。 （3）求出局部渗流坡降，验算发生渗透变形的可能。 概括以上分析，对初步拟定的土堤剖面进行修改，最后确定土堤剖面及主渗，排水设备的型式及尺寸。 2）渗流分析计算的原则 （1）土堤渗流分析计算断面应具有代表性。 （2）土堤渗流计算应严格按照《堤防工程设计规范》（GB50286-981）第8.1.2条及本规范附录E的有关规定执行。 3）渗流分析计算的内容 （1）核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置，当在背水侧堤坡逸出时，应计算出逸点位置，逸出段与背水侧堤基表面的出逸比降。 （2）当堤身、堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗流量。 （3）设计洪水位降落时临水侧堤身内自由水位。 4）堤防渗流分析计算的水位组合 （1）临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。 （2）临水侧为设计洪水位，背水侧无水。 （3）洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利情况。 5）渗透计算方法 堤防渗流分析计算方法按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录E3的透水堤基均质土堤渗流计算即——渗流问题的水力学解法。
6）土堤渗流分析计算 计算锡泊河左岸（0-468）横断面，堤高 5.05米（P=2%），半支箭左岸（0+302.25）横断面，堤高6.46米（P=2%），该两段堤防均属于 2级堤防，堤防渗流计算断面采用1个断面计算即可。采用《堤防工程设计规范》中透水堤基均质土堤下游坡无排水设备或有贴坡式排水稳定渗流计算公式： T H L T H H D 88.0m k q q 11210 ++-+=）（ （E.3.1） H m m b 121+-+=）（H H L （E2.1-3） 111 1 2m m H L += ? （E2.1-4） 当K≤k 0时 h 0=a+H 2=q÷? ???? ?+++??????++++?T H a m T K H a m H m m K 44.0)(5.0)5.0()5.0(1220222 22 +H 2 ……………（E.3.2-2） 对于各种情况下坝体浸润线均可按下式确定 X=k·T ' q h y -+k '22 02q h y - ……………（E.3.2-6） 式中：q'= ）（021112 2 11 m 2m 2k h m H L h H -++-+0211010m k h m H L h H T -+-（E.3.2-7） k ——堤身渗透系数； k 0——堤基渗透系数； H 1——水位到坝脚的距离（m ）； H 2——下游水位（m ）； H ——堤防高度（m ）； q ——单位宽度渗流量（m 3/s·m ）； m 1——上游坡坡率，m 1=3.0；
2.1水系统管路阻力估算、管路及水泵选择 a)确定管径 一般情况下，按5℃温差来确定水流量（或按主机参数表中的额定水流量），主管道按主机最大能力的总和估算，分支管道按末端名义能力估算。根据能力查下面《能力比摩阻速查估算表》，选定管型。 b)沿程阻力计算 根据公式沿程阻力=比摩阻×管长，即H y=R×L，pa，计算时应选取最不利管路来计算：第一步：采用插值法计算具体的适用比摩阻，比如能力为，范围属于“6＜Q≤11”能力段，K r=，进行插值计算。 R=104+（）×= pa/m 第二步：根据所需管长计算沿程阻力，假设管长L=28m，则 H y= R×L=×28= pa= kpa c)局部阻力计算 作为估算，一般地，把局部阻力估算为沿程阻力的30-50%，当阀门、弯头、三通等管件较多的时候，取大值。实际计算采用如下公式： Hj=ξ*ρv2/2，ξ---局部阻力系数，ρv2/2---动压 ρv2/2动压查表插值计算，ξ局部阻力系数参考下表取值：
d)水路总阻力计算及水泵选型 水路总阻力包括：所有管道的沿程阻力、阀门、弯头、三通等管件的局部阻力、室外主机的换热器阻力（损失）、室内末端阻力（损失），后面两项与不同的主机型号和末端相关。计算式为： H q=H y+H j+H z+H m+H f H z——室外主机换热器阻力，一般取7m水柱 H m——室内末端阻力 H f——水系统余量，一般取5m水柱； 总阻力计算完成后，就可以根据总阻力选取流量满足要求的情况下能提供不小于总阻力扬程的水泵来匹配水系统。选取水泵时要根据“流量——扬程曲线”来确定，但扬程和流量不能超出所需太大（一般不超过20%），避免导致出现水力失调和运行耗能较高。 水系统的沿程阻力和局部阻力与系统水流量和所采用的管径相关，流量、管径及所使用各种配件的多少决定总阻力，流量取决于主机能力（负荷）及送回水温差，流量确定的情况下，管径越大，总阻力越小，水泵的耗能越小，但管路初投资会增大。 PE-RT地暖管的规格（参考）（红色字的为推荐使用规格、计算基准） ?计算例 现有项目系统图如下：
1流速与管径计算公式 水流速度取0.7 m/s，则管径计算值如下： D= 4×Q 3600×π×V = 4×6000 3600×3.14×0.7 =174 mm 空气管道的流速，一般规定为：干、支管为10~15m/s，通向空气扩散装置的竖管、小支管为4~5m/s。 2泵的选型 水管管路的水头损失=沿程水头损失+局部水头损失 沿途水头损失=(λL/d)*V^2/(2g)------------P150（层流、紊流均适用） 局部水头损失=ζ*V^2/(2g) 水管管路的水头损失=沿程水头损失+局部水头损失=(λL/d+ζ)*V^2/(2g) 式中：λ—管道沿途阻力系数；L—管道长度；ζ——局部阻力系数，有多个局部阻力系数，则要相加；d—管道内径, g—重力加速度，V—管内断面平均流速。沿途阻力系数λ和局部阻力系数ζ都可查水力学手册。 λ=64/Re 仅适用于圆管层流。对于紊流，由于运动的复杂性，其规律主要由试验确定，但可在理论上给以某些阐述。P171
沿程水头损失 （1）层流区Re＜2320（即lgRe＜3.36）λ=64/Re （2）层流转变为紊流过渡区2320＜Re＜4000（即3.36＜lgRe＜3.6），试验点散乱，流动情况比较复杂且范围不大，一般不作详细分析。 （3）紊流区Re＞4000（即lgRe＞3.6）分为紊流光滑区、紊流过渡区、紊流粗糙区。 ①紊流光滑区：不同相对粗糙度△/d试验点均落在直线cd上，说明λ与△/d无关。和层流情况相类似，λ值也仅仅与Re有关。可表示为λ=（Re），但与层流区所遵循的函数关系不同。
②紊流粗糙区：分界线ef右方，λ与Re无关，仅与△/d有关，可表示为λ=（△/d） ③紊流过度粗糙区λ=（△/d，Re）
沉箱浮运拖带方案 一、沉箱浮运、拖带前的准备工作 (—)必须进行有关的技术计算与验算工作 1．吃水、压载、干舷高度计算及浮游稳定性验算 (1)吃水、压载、干舷高度计算及浮游稳定性验算按部颁重力式码头规范(JTJ215—87)进行。 (2)计算沉箱吃水时，应精确计人沉箱内残余养护水和混凝土残渣的重量及操作平台或封舱盖板的重量。 (3)沉箱压载宜创造条件采用砂、石、混凝土块等固体压载物，以减少自由液面对浮游稳定性的影响。如果用水压载，要按规范精确计算自由液面的影响，并适当提高m值。对于长途拖带沉箱宜采用固体压载物压载，以策安全。 (4)计算吃水、干舷高度及稳定性时，应分别计算空载、不同施工工艺条件及不同稳定要求时的数值，并将计算结果分发有关人员在实际操作中掌握使用。 (5)短途拖带时，为确定是否采用密封封舱措施，应进行干舷高度计算。干舷高度应符合下式要求： F=H-T≥（B／2）tanθ+(2h/3)+s 式中： F—沉箱的干舷高度(m)； H—沉箱高度(m)； T一沉箱吃水(m)； B一沉箱在水面处的宽度(m)； θ一沉箱倾角：沉箱在有掩护水域内拖带时，可采用6°～8°； h一波高(m)：在短途拖带时，h可取值为0.5～1.0m; S一沉箱干舷的富裕高度，短途拖带时一般取0.5～1.Om。 当F不满足上式要求时，要采取密封封舱措施。 凡长途拖带均应进行密封封舱。个别工程沉箱干舷较大，经过充分论证，可采用简易封舱，但需慎重对待，以确保安全。 (6)沉箱的定倾高度，应满足规范要求，沉箱在短途拖带时m≥20cm；在长途拖带时m>30cm，当航道水深富裕时，应尽可能提高m值，以利安全。
堤防稳定渗流形成条件分析 【摘要】本文从分析影响稳定渗流形成的因素入手，认为稳定渗流的形成和洪水水位历时、堤防填筑材料的渗流特性、堤防断面形式、堤基透水性等因素有关，同时认为在堤防稳定渗流计算时，典型洪水过程的选取与水库等工程的选取原则有不同之处，并初步提出一套确定能否形成稳定渗流形成的方法和思路，以及稳定渗流计算水位的确定，供大家共同探讨。 【关键词】稳定渗流;条件;水位;历时堤防稳定渗流计算是堤防工程设计的重要组成部分，依据《堤防工程设计规范》条文说明8.1.2、8.1.3“大江大湖堤防，汛期挡水时间长，能形成稳定渗流浸润线，海堤及有些江湖堤防挡水时间短，在汛期往往未能形成稳定渗流，因此，应根据实际情况按稳定渗流或不稳定渗流计算浸润线及渗流稳定性”。如何判断堤防能否形成稳定渗流，笔者就这一问题提出初步思路，以供探讨。 1.影响稳定渗流形成因素分析 1.1设计洪水过程 我国河流众多，其所处地理、气候条件差异很大，各次洪水成因及特性亦不相同。暴雨形成的洪水过程常为峰高、量大、涨水急剧、落水缓慢。此外，洪水过程线形状与流域产汇流条件密切相关，山区河流因坡陡流急，多出现峰高、量小、暴涨暴落的洪水，而大江大河多出现涨落平缓、历时很长的洪水。 在堤防断面形成稳定渗流的洪水，往往需要一定的历时（T=L/V，T为堤防断面某一特征水位形成稳定渗流所需时间，V为渗流速度，L为渗径），因此，能够在堤防断面形成稳定渗流的洪水，需要长历时、高水位的洪水过程，相应设计洪水过程线要选取相对峰型稍胖、峰值较高的过程。一般来说，大江大河的堤防工程易形成稳定渗流，山区河流堤防相对不易形成稳定渗流，另外蓄滞洪区堤防在大洪水期挡水时间较长，也容易形成稳定渗流。另外，对于设计洪水过程，其水位—历时呈反比函数关系，水位越大，历时越短，对于能够形成稳定渗流的堤防，由于所采用设计水位为峰值水位，持续时间很短，不易形成稳定渗流，而只有持续时间足够长的某一腰值水位及其以下水位，才会在堤防断面形成稳定渗流，设计时应考虑最不利情况，以能形成稳定渗流的最高水位最为计算水位，进行稳定渗流分析，当然，对《堤防工程设计规范》中另有规定的大江大湖的堤防或中小河湖重要堤段应按设计洪水位稳定渗流计算。 1.2堤基及堤防填筑料 一般来说，形成稳定渗流主要与堤基及堤防填筑材料的渗透系数ks有关，此外受孔隙率等条件影响，这些因素直接决定堤防渗流速度，依据达西定律（V=ks×J，ks--渗透系数，J--水力坡降），渗透系数越大，越容易形成稳定渗流。因此，对于由砂土、砂壤土等渗透系数较大的材料构筑的堤防，较粘土、壤土构筑的堤防形成稳定渗流容易，强透水性堤基较弱透水堤基易形成稳定渗流。 1.3堤防断面形式 堤防断面形式直接影响稳定渗流的形成。①堤顶宽度越大，比降越缓，渗径越长，越不容易形成稳定渗流；而堤防高度越大，说明该处地面较低，相应堤脚以上水位持续时间较长，形成稳定渗流的可能越大。②堤防上游坡的防渗情况亦很大程度决定着稳定渗流的形成，上游坡如果有良好的防渗措施，如防渗土工布铺设、粘土斜墙、基础截渗墙等，通过对水头的削减降低平均流速，使稳定渗流
一、 喷嘴选型 根据要求查雾的池内样本，选10个除磷喷嘴3/8 TDSS 40027kv-lcv(15°R)。 参数：喷角区分40°，额定压力5MPa ，喷量27.7L/min ，喷嘴右倾15°。 二、水泵选型计算 1、水泵必须的排水能力 Q B =20 16.2242024max ?=Q = 19.44 m 3/h 其中，系统需要最大流量16.2）601027.7（10-3max =???=Q m 3/h 2、水泵扬程估算 H=K （H P +H X ）= 1.3 ?（178+2）=234 m 其中：H P ：排水高度，160+18=178m ；（16mPa ，扬程取160m ） H X ：吸水高度，2m ； K ：管路损失系数，竖井K=1.1—1.5，斜井?＜20°时K=1.3～1.35，?=20°～30°时6K=1.25～1.3，?＞30°时K=1.2～1.25，这里取1.3。 查南方泵业样本，故选轻型立式多级离心泵CDL42-120-2，扬程238m ，流量42 m 3/h ，功率45kW ，转速2900r/min 。 三、管路选择计算 1、管径：泵出水管道86.2290042'900'=?== ππV Q d n mm 泵进水管道121.91 90042'900'=?== ππV Q d n mm 其中： Qn ：水泵额定流量； 'V 经济流速m/s ；'Vp =1.5～2.2m/s ；='Vx 0.8～1.5m/s ；'dx ='dp +0.025 m ，这里泵进水管流速为1m/s ，泵出水管流速为1.5m/s 。 查液压手册，选泵出水管道内径89mm ，泵进水管道内径133mm 2、管壁厚计算 泵进水口
管径选择与管道压力降计算 第一部分管径选择 1．应用范围和说明 1.0.1本规定适用于化工生产装置中的工艺和公用物料管道，不包括储运系统的长距离输送管道、非牛顿型流体及固体粒子气流输送管道。 1.0.2对于给定的流量，管径的大小与管道系统的一次投资费(材料和安装)、操作费(动力消耗和维修)和折旧费等项有密切的关系，应根据这些费用作出经济比较，以选择适当的管径，此外还应考虑安全流速及其它条件的限制。本规定介绍推荐的方法和数据是以经验值，即采用预定流速或预定管道压力降值(设定压力降控制值)来选择管径，可用于工程设计中的估算。 1.0.3当按预定介质流速来确定管径时，采用下式以初选管径： d=18.81W0.5 u-0.5ρ-0.5(1.0.3—1) 或d=18.81V00.5 u-0.5(1.0.3—2) 式中 d——管道的内径，mm； W——管内介质的质量流量，kg／h； V0——管内介质的体积流量，m3／h； ρ——介质在工作条件下的密度，kg／m3； u——介质在管内的平均流速，m／s。 预定介质流速的推荐值见表2.0.1。 1.0.4当按每100m计算管长的压力降控制值(⊿Pf100)来选择管径时，采用下式以初定管径： d＝18.16W0.38ρ-0.207 μ0.033⊿P f100–0.207(1.0.4—1) 或d＝18.16V00.38ρ0.173 μ0.033⊿P f100–0.207(1.0.4—2) 式中 μ——介质的动力粘度，Pa·s； ⊿P f100——100m计算管长的压力降控制值，kPa。 推荐的⊿P f100值见表2.0.2。 1.0.5本规定除注明外，压力均为绝对压力。
① CX1型沉箱 以沉箱仓格中心为计算圆点 A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=82.92 kN·m 需要后三仓加水,加水深度t {(3.6×3.65-0.22×2)×t-0.22×(3.45+3.4)}×3×1.025×3.9=⊿Mx×2.5 13.06×t-0.274=17.285 t=1.35 m B 加水后1.4m的浮游稳定性 加水的重力及对沉箱底的重量距 g={(3.6×3.65-0.22×2)×1.4-0.22×(3.45+3.4)}×3×1.025=55.38 kN ⊿My=g×1.2=66.46 kN·m 沉箱总重量 G=∑V×2.5+g=1089.06 kN 重心高度 Yc=(My+⊿My)/G= 4.914 m 排水体积 V=G/1.025=1062.495 m3 前后趾排水体积 v=13.806 m3 沉箱吃水 T=(V-v)/A=7.244 m
浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=3.579 m 重心到浮心距离 a=Yc-Yw=1.336 m 定倾半径ρ=(I-∑i)/V=1.628 m 定倾高度 m=ρ-a=0.292>0.2 满足浮游稳定要求 ② CX2型沉箱 以沉箱仓格中心为计算圆点 A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=134.735 kN·m 需要后三仓加水,加水深度t {(3.65×4.5-0.22×2)×t-0.22×(3.45+4.3)}×3×1.025×4.75=⊿M×2.5 16.35×t-0.31=23.0612 t=1.43 m B 加水后1.5m的浮游稳定性 加水后的重力及对沉箱底的重量距 g={(4.5×3.65-0.22×2)×1.5+0.22×(3.45+4.3}×3×1.025=74.438 kN ⊿My=g×1.25=93.048 kN·m
解析堤防稳定计算方法 摘要：随着经济的发展，国家对水利工程的重视程度越来越高，河道整治工程是水利工程关键的组成部分之一。在河道整治工程中，堤防稳定计算是重要的设计内容，堤防稳定计算为新建、加固堤防确定断面尺寸提供了可靠的理论依据，它不仅是保障堤防安全的基础，也是使工程取得经济效益的重要因素。本文结合淮河入海水道二期工程提防计算，对堤防稳定计算做出了解析。 关键词：河道整治，堤防，稳定性，计算，解析 1、堤防稳定计算的内容 河道整治是一项复杂而繁琐的工作，整治的过程中需要进行大量的堤防稳定计算，堤防稳定计算包括渗流计算、渗透稳定计算和抗滑稳定计算。渗流计算主要应计算在设计洪水持续时间内浸润线的位置、背水侧出逸点的位置、堤基表面的出逸比降和渗流量，根据渗流计算成果进行堤防的渗透稳定分析，判断该堤防渗透变形的类型。抗滑稳定计算主要是计算路堤的荷载，渗透压和路堤稳定性以及其他荷载。如果采用重力式挡土墙，除了要抗滑稳定计算以外，也要进行抗倾覆稳定计算并核算堤基的允许承载力。 2、计算假定及边界条件 2.1 工程概况 淮河入海水道与苏北灌溉总渠平行，紧靠其北侧，西起洪泽湖二河闸，东至滨海县扁担港注入黄海，全长163. 5km。淮河入海水道现状设计排洪流量2270m3/ s，强迫行洪流量2890m3/ s。入海水道二期工程通过全线扩挖深槽、扩建各枢纽泄洪建筑物、加高加固入海水道南北堤防，配合入江水道及灌溉总渠和分淮入沂等工程，使洪泽湖防洪标准达到300 年一遇，有效降低了100 年一遇洪泽湖洪水位。现状南堤主要由苏北灌溉总渠北堤加高培厚而成，北堤为新筑堤防。根据堤防安全运行需要，南北堤均需要按照设计堤顶高程进行加高培厚。因总渠侧无复堤空间，南堤复堤从现状南堤南堤肩起向河内复堤，部分南泓根据需要进行填滩处理；北堤从现状北堤南堤肩起向堤外复堤。根据《淮河入海水道二期河道工程地质勘察报告》，入海水道线路较长，跨越不同地质构造及地貌单元，地层变化也比较复杂，自西向东可分为三个工程段: 第一段为硬土段，自淮安枢纽至渔滨河，长28～29km( 桩号为29+000～57+900)；第二段为软土段，自渔滨河至丁字河，长50.4～50.9km(桩号为57 +900～108+200)，桩号76+000～91+000堤段③－1、③－1’层软土分布深厚，称为“深软土段”，其中桩号85+500～90+500堤段③－1层土质尤软，称为“特软段”; 第三段为少黏性土段，自丁字河至海口，长55.3～55.7km(桩号为108+200～163+500)。 2.2参数选取
天然气由气田或气体处理厂进入输气干线，其流量和压力是稳定的。在有压缩机站的长输管道两站间的管段，起点与终点的流量是相同的，压力也是稳定的，即属于稳定流动。长输管道的末段，有时由于城镇用气量的不均衡，要承担城镇日用气量的调峰，则长输管道末段在既输气又储气、供气的条件下，它的起点和终点压力，以及终点流量二十四小时都是不同的，属不稳定流动(流动随时间而变)。天然气的温度在进入输气管时，一般高于(也可能低于)管道埋深处的土壤温度。并且随着起点到终点的压力降，存在焦耳-汤姆逊节流效应产生温降，但由于管道与周围土壤的热传导，随着天然气在管道的输送过程，天然气的温度会缓慢地与输气管道深处的地层温度逐渐平衡。所以天然气在输气干管中流动状态，也不完全是等温过程，为便于理解，我们先给出稳定流动下的水力计算基本公式，再介绍沿线温度分布规律和平均温度。 计算公式随地形条件差异而不同。 在平坦地带，由于气体密度低，对于输气管道任意两点间的相对高差小于200 m的管道，可视为水平输气管段。在稳定输送状态下，管道输送量与管道起、终点压力的函数关系如下： 式中Q——管道标准状态下的体积流量，m3/s； C——常数，按此处所取各参数单位时，C值为··s/kg； p1——计算管段起点压力，Pa； p2——计算管段终点压力，Pa； λ——水力摩阻系数； d——管道内直径，m； L——管道计算段长度，m； △*——天然气相对密度； T——管道中天然气平均温度，K； Z——管输平均压力与平均温度下天然气压缩系数。 在地形起伏较大地带，当输气管道沿线任意两点高差大于200m，位差对输气管道流量的影响就不能忽略不计了。在稳定输送状态下，非水平输气管段的基本流量公式为：
1 流速与管径计算公式 水流速度取0.7 m/s，则管径计算值如下： D=√4×Q 3600×π×V =√ 4×6000 3600×3.14×0.7 =174 mm 空气管道的流速，一般规定为：干、支管为10~15m/s，通向空气扩散装置的竖管、小支管为4~5m/s。 2 泵的选型 水管管路的水头损失=沿程水头损失+局部水头损失 沿途水头损失=(λL/d)*V^2/(2g)------------P150（层流、紊流均适用） 局部水头损失=ζ*V^2/(2g) 水管管路的水头损失=沿程水头损失+局部水头损失=(λL/d+ζ)*V^2/(2g) 式中：λ—管道沿途阻力系数；L—管道长度；ζ——局部阻力系数，有多个局部阻力系数，则要相加；d—管道内径, g—重力加速度，V—管内断面平均流速。沿途阻力系数λ和局部阻力系数ζ都可查水力学手册。 λ=64/Re 仅适用于圆管层流。对于紊流，由于运动的复杂性，其规律主要由试验确定，但可在理论上给以某些阐述。P171
沿程水头损失 （1）层流区 Re＜2320（即lgRe＜3.36）λ=64/Re （2）层流转变为紊流过渡区 2320＜Re＜4000（即3.36＜lgRe＜3.6），试验点散乱，流动情况比较复杂且范围不大，一般不作详细分析。 （3）紊流区 Re＞4000（即lgRe＞3.6）分为紊流光滑区、紊流过渡区、紊流粗糙区。 ①紊流光滑区：不同相对粗糙度△/d试验点均落在直线cd上，说明λ与△/d无关。和层流情况相类似，λ值也仅仅与Re有关。可表示为λ=（Re），但与层流区所遵循的函数
关系不同。 ②紊流粗糙区：分界线ef右方，λ与Re无关，仅与△/d有关，可表示为λ=（△/d） ③紊流过度粗糙区λ=（△/d，Re）
王鹏开:以某客运码头工程为实例详解沉箱浮游稳定性计算 h 删Mi'i 删 以某客运码头工程为实例详解沉箱浮游稳定性计算 王鹏开 (山东港通工程管理咨询有限公司，山东烟台264000) 摘 要:在重力式码头中，以沉箱式结构作为墙身的应用比较广泛，主要是因为沉箱式码头结构稳定性高、施工工艺较为成熟、 可适用各类施工条件等。而在《重力式码头设计与施工规范》中第5. 2. 4条规定，沉箱靠自身浮游稳定时,必须先验算以定倾高 度表示的浮游稳定性。本文以某客运码头工程为实例，详细解析了沉箱浮游稳定性的计算方式，并列出相应计算结果，以供 参考。 关键词:沉箱出运;浮游稳定性;定倾半径;定倾高度 中图分类号:U656. 1 文献标识码：A 文章编号：1673-5781(2019)01-0011-03 0引 言 某客运码头工程为沉箱重力式码头结构。本工程共计34 个沉箱，按照尺寸类型分两种，其中A 型沉箱长宽高为：13mX 12. 475m X 12. 7m, B 型沉箱长宽高为 13m X 12. 475m X 11. 7m o 本文以客运码头工程为实例，详细解析如何计算这两 种沉箱的浮游稳定性。 1沉箱尺寸及结构 1.1沉箱尺寸 本工程沉箱结构形式共分为两种，如图1所示。根据图纸 会审记录,设计单位将沉箱实际尺寸变更为:A 型沉箱长宽高 为 13mX12. 475mX12. 7m, E 型沉箱长宽高为 13mX12. 475m Xll. 7m o 本文以该两种实际沉箱尺寸为计算依据。 图1沉箱纵面图 1.2沉箱结构图 本工程A 、E 型沉箱均为3X3的仓格形式，仓格尺寸为 3. 3mX3. 79m,其中横隔墙厚度为200mm,侧墙厚度为 350mm,详细尺寸如图2所示。 图2沉箱平面图 2沉箱详细尺寸参数 根据图纸，列出a 、e 型沉箱计算详细参数，见表1。 表1沉箱计算尺寸参数 序号沉箱设计参数 A 型E 型1前壁板厚/m 0. 350. 352后壁板厚/m 0. 350. 353底板厚/m 0. 50. 54隔墙厚/m 0. 20. 25侧壁板厚/m 0. 350. 356前趾前高/m 0. 50. 57前趾后高/m 0. 80. 88前趾宽/m 119后踵前高/m 0. 50. 510后踵后高/m 0. 80. 811后踵宽/m 1112沉箱宽度/m 131313沉箱长度/m 12. 47512. 47514沉箱高度/m 12. 711.715墙内加强角尺寸/m 0. 20. 216底加强角/m 0. 20. 217横向仓格数3318纵向仓格数 3319 仓格尺寸/m 3. 3X3. 79 3.3X3.79 收稿日期：2018-11-15 ；修改日期：2018-01-09 作者简介:王鹏开(1986 —),男，山东蓬莱人，山东港通工程管理咨询有限公司工程师. 《工程与建设》2019年第33卷第1期 11
赤峰市红山区城郊乡防洪工程 稳定计算 渗流及渗透稳定计算 1）渗流分析的目的 （1）确定堤身浸润线及下游逸出点位置，以便核算堤坡稳定。 （2）估算堤身、堤基的渗透量。 （3）求出局部渗流坡降，验算发生渗透变形的可能。 概括以上分析，对初步拟定的土堤剖面进行修改，最后确定土堤剖面及主渗，排水设备的型式及尺寸。 2）渗流分析计算的原则 （1）土堤渗流分析计算断面应具有代表性。 （2）土堤渗流计算应严格按照《堤防工程设计规范》（GB50286-981）第条及本规范附录E的有关规定执行。 3）渗流分析计算的内容 （1）核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置，当在背水侧堤坡逸出时，应计算出逸点位置，逸出段与背水侧堤基表面的出逸比降。 （2）当堤身、堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗流量。 （3）设计洪水位降落时临水侧堤身内自由水位。 4）堤防渗流分析计算的水位组合 （1）临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。 （2）临水侧为设计洪水位，背水侧无水。 （3）洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利情况。
5）渗透计算方法 堤防渗流分析计算方法按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录E3的透水堤基均质土堤渗流计算即——渗流问题的水力学解法。 6）土堤渗流分析计算 计算锡泊河左岸（0-468）横断面，堤高米（P=2%），半支箭左岸（0+）横断面，堤高米（P=2%），该两段堤防均属于 2级堤防，堤防渗流计算断面采用1个断面计算即可。采用《堤防工程设计规范》中透水堤基均质土堤下游坡无排水设备或有贴坡式排水稳定渗流计算公式： T H L T H H D 88.0m k q q 11210++-+=）（ （） H m m b 121+-+=）（H H L （） 1111 2m m H L +=? （） 当K≤k 0时 h 0=a+H 2=q÷? ?????+++??????++++?T H a m T K H a m H m m K 44.0)(5.0)5.0()5.0(122022222+H 2 ……………（） 对于各种情况下坝体浸润线均可按下式确定 X=k·T '0q h y -+k '22 02q h y - ……………（） 式中：q'= ）（021112 0211m 2m 2k h m H L h H -++-+0211010m k h m H L h H T -+-（） k ——堤身渗透系数； k 0——堤基渗透系数；
基坑边坡稳定性计算 根据基槽路段统计表，槽深最深处不超过7.5m。本工程按照三种槽深2.5m、5.0m、7.5m 分别进行边坡稳定计算。开挖坡度1:1，平台设置宽度1.5m。 采用软件：理正岩土边坡稳定系统6.0 采用规: 建筑边坡工程技术规(50330--2002) 一、2.5m深基坑稳定计算 计算项目：复杂土层土坡稳定计算1 ------------------------------------------------------------------------ [计算简图] [控制参数]: 采用规: 建筑边坡工程技术规(50330--2002) 计算目标: 安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法 [坡面信息] 坡面线段数2 坡面线号水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 2.500 2.500 0 2 2.000 0.000 1 超载1 距离0.010(m) 宽2.000(m) 荷载(20.00--20.00kPa) 270.00(度) [土层信息] 坡面节点数3 编号X(m) Y(m) 0 0.000 0.000 -1 2.500 2.500 -2 4.500 2.500
附加节点数7 编号X(m) Y(m) 1 -6.000 -5.000 2 9.000 -6.000 3 8.000 2.000 4 20.000 -6.000 5 15.000 3.000 6 25.000 5.000 7 -8.000 0.000 不同土性区域数3 区号重度饱和重度粘结强度孔隙水压节点 (kN/m3) (kN/m3) (kpa) 力系数编号 1 18.000 20.000 120.000 --- ( 0,7,1,2,3,) 2 18.000 20.000 120.000 --- ( 2,4,5,3,) 3 18.000 20.000 120.000 --- ( 0,3,-1,) 区号粘聚力摩擦角水下粘聚水下摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 15.000 13.000 10.000 25.000 2 17.000 17.000 10.000 25.000 3 17.000 17.000 10.000 25.000 区号十字板τ强度增十字板τ水强度增长系 (kPa) 长系数下值(kPa) 数水下值 1 --- --- --- --- 2 --- --- --- --- 3 --- --- --- --- [水面信息] 采用有效应力法 孔隙水压力采用近似方法计算 考虑渗透力作用 不考虑边坡外侧静水压力 水面线段数1 水面线起始点坐标: (0.000,-0.500) 水面线号水平投影(m) 竖直投影(m) 1 1.000 0.500 [计算条件] 圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 1.000(m)
关于平台工艺管路设计（三） 本节主题：1.管道管径的计算 2. 管内流速的选择 1.概述 管径的计算在很多资料中都有叙述，一般过程是这样的：首先根据工艺条件明确:管内介质和流量，选择合适的介质流速，然后就可以计算管径了。管径计算公式很简单，其核心问题是正确选择管内流速以及压降的计算，还有管径选择的经济性分析。本节我们只介绍管径的计算和流速的选择，对于管道摩阻将专题做介绍。本节的目标是能够根据项目的不同需求选择合理的管径。 2.管道管径的计算 计算公式：d=式2.1 其中：d——管子内径m; Q——流量m3/s; V——流速m/s; 根据式2.1,只要确定其中的两个参数，就能推导出第三个变量。 3．管内流速的选择 流速的选择要考虑管材质、流体性质、系统使用寿命、使用频率。对于海洋平台上的管路流速，管子流速一般在1～5m/s 之间，如果流速小于1m/s, 液体中的砂或其他固体可能沉积下来。若大于5m/s, 会对一些部位如控制阀，管件等产生喷射冲刷。在此流速范围内，一般摩阻很小。 下面分为液、气、油气混输三种情况介绍： 3．1液体 （1）对于铜镍合金管推荐流速 ≤2” 1.6m/s 4” <2.2m/s 6” <2.5m/s ≥8” <3.0m/s （2）碳钢管内液体推荐流速和压降
3．2 气体 可参见下图选择 3．3油气混输 油气两相流在管内的流动特点不同于单相流，其情况较为复杂。具有流体流态不稳定、流型变化多、管路中常有气液滑脱和积液现象等特点。 一般油气混输管路管内流速介于最小流速和冲蚀流速之间。 （1）最小流速 如果可能，气液两相流管路中的最小流速应该是大约3m/s,这样可以减少分离设备中的段塞流，这样对于有标高变化的长管路尤其重要。 （2）冲蚀流速 当超过冲蚀速度时，由于流体对管壁的撞击而产生冲蚀，其结果是对弯头和三通等会造成损害。由于流体中含砂等固体，是冲蚀问题变得更加复杂。 为了减少流体的冲蚀作用，就要限定流体在管内的流速，依照API RP14E标准，用下面经验公式可计算气液两相流的冲蚀流速： )-0.5 式3.1 Vc=C(ρ m 其中：Vc ——冲蚀流速m/s; C ——经验常数152（用于间断作业）；122（由于连续作业） ρm ——在操作情况下气液混合物密度kg/m3; 注意：如果流体中有固体（砂），则流速应该相应减少。 (本节结束，未完待续)整理日期：August 16,2002 Changshilong
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 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B 0计算公式 根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸的闸孔净宽B 0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算： 2 3 02H g m Q B σε= （A.0.1-1） 单孔闸 40 01171.01s s b b b b ???? ? ?--=ε （A.0.1-2） 多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时 N N b Z εεε+-= )1( （A.0.1-3） 4 00 1171.01Z Z Z d b b d b b +???? ? ? +- -=ε （A.0.1-4） 4 00 00221171.01b d b b b b b Z b Z b ++???? ??????++--=ε （A.0.1-5） 4 .000131.2???? ? ?-=H h H h s s σ （A.0.1-6） 式中 0B ——闸孔总宽度（m ）； Q ——过闸流量（m 3/s ）； 0H ——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/s 2）； m ——堰流流量系数，可采用0.385； ε——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；