堤防工程设计波浪爬高分析与计算
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大口门海堤一、求平均波周期T ,平均波高H ,波长L ①th ①②th ②28.82200 5.59.810.103364340.102997790.582625220.524570870.59387二、求各累积频率波高(查表6.1.3)(一)规则波根据H/d 数值查表求H 2%及H 13%0.144846340.593872 1.538 1.187740010.91337206 1.891.79 1.1224143(二)不规则波根据H/d 数值查表求H 1%0.144846340.59387 2.18 1.29463661 1.82 1.08084341.540.9145598三、求波浪爬高R (备注:式中d 为平均水深)(一)求规则波的R1、不允许越浪①th ①②sh ②4.117.568 1.187740010.40.8 1.465619310.898738492.931238629.348755132、允许越浪①th ①②sh ②4.117.5680.913372060.40.8 1.465619310.898738492.931238629.34875513(二)求不规则波的R vT/L 查表取值4.117.5681.2946366128.8 3.419999092 5.60655589 1.280.751≤m≤5E0.2-1v/(gd)^0.5查表取值0.5 4.54115218 1.290.750<m<1系数Kv 斜坡坡度m糙渗系数K △查表得H 5%/HH 5%查表得H 13%/HH 13%系数Kv 糙渗系数K △d(m)L(m)H 1%v T 斜坡坡度m 计算过程d(m)L(m)H 13%斜坡坡度m 糙渗系数K △d(m)L(m)H 2%斜坡坡度m 糙渗系数K △计算过程H/d 平均波高H(m)查表得H 1%/H H 1%H 2%H 13%查表得H 4%/H查表得H 5%/H H/d 平均波高H(m)查表得H 2%/H 查表得H 13%/H H 4%风速V 风区长度F(m)平均水深d(m)重力加速度g(m/s 2)计算过程平均波高H(m)波长公式右边1相互比较3.4199990917.56817.5684530.00045317.5680.14484634 4.1m上0.4m下0.4Z平台1.0630273Δm 0Z潮 5.31当Δm=0me0.4|dw|当Δm>0me 0.4dw 当Δm<0me 0.4dw 小值大值H/d-小值内插值0.10.21.56 1.510.044846341.537576830.8610.14200472.939524270.007447091.25383988 1.191.024594220.5 5.3111.56539942.939524270.001943721.243600090.910.781478270.30 5.31①th ①②sh ②1.465619310.898738492.931238629.348755131.942855742.939524270.871635142.515232343.12605939角度角度修正相对爬高R 0E0.5查表取值潮位1.4 1.65 1.35安全超高R 1R 1%不允许波浪爬高R 允许波浪爬高R 计算过程M (R 1)m R(M)M (R 1)m R(M)R 1波浪爬高RM (R 1)m R(M)R 1波浪爬高RH 5%备注:红色为自动计算,蓝色为查表,黑色为手动输入,虚线边框内为计算过程。
水工设计中波高的计算方法探讨随着社会的发展,水利工程项目的数量和规模都不断的扩大,有效的水工设计是整个水利工程中的重要环节和部分。
水工设计质量的高低,会直接影响到整个水利工程的施工质量,因此,在水利工程设计阶段要做好科学的规划,主要包括对工程的材料、进度、成本、人员和工序等。
另外,水工设计中波高的计算对设计的可靠性影响比较大,因此,文章结合水工设计中重力坝和土石坝两种波高计算方法,做了具体的分析和比较,为水工设计中波高的计算提供了科学依据。
标签:水工设计;波高;计算方法引言在水利工程建设中,水工设计是一个重要的环节,对工程的质量有很大的影响。
在水中建筑物设计的过程中,明确重力坝、土坝等坝顶的高度中,需要考虑波高的影响。
一般在波浪中心线到静水位的高度(h2)使用波高来计算,在做浪压力计算的过程中,h也是一个比较重要的影响因素,因此,在水利工程的设计中,需要重点考虑波高的计算。
目前,大中型的水利水电工程中,风浪的随机波动比较频繁,不稳定,随机性比较大,所以,波高的保证率就是指一段时间内,大于某个具体波高的累积概率。
例如,在持续观测到的100个波高中,将这些波高按照大小顺序重新进行排列,在这个过程中,第一个拔高的最大保证率为1%,将波高标记为h1%,所以,以此类推,第n个波高的保证率就成为n%,具体的波高为hn%。
同时,另外一种方法是使用特征波高来进行波高h1/n的表示,一般由第1个波高到第33个波高的平均值计算,表示为h1/33来表示,这也被称为有效波高。
具体波高对应的保证率为13.5%。
1 计算方法的比较水工设计中,一般可以按照各种水中建筑物的设计规范来进行规范性的设计,同时,根据相关建筑物的不同级别进行波高保证率的选用。
具体的设计中,一般1级的水工设计中,建筑物的保证率为1%,2级建筑物的保证率为2%,3-5级建筑物的保证率为5%。
水工设计中,要根据具体工程的等级,选取一定的波高保证率,所以,需要在设计中对各种累积频率的波高进行计算[1]。
坝底高程,m 79.679.6水库淤积高程,m 80计算水位,m 97.2197.42风区末端水深,m 22.5坝址到风区末端河道比降1:m`17.094017117.42627351.基本数据基本风速W,m/s 34.523风区长度D,m 260260库区平均水深Hm ,m 9.6059.96坝前水深H, m 17.2117.42坝坡坡比m 22糙率及渗透系数KA 0.90.9风向与水域中线的夹角,度002.计算结果平均波高h2%,m 1.763950990.9601706平均波周长Tm ,s 5.894277184.3487205(初步计算值)平均波长Lm ,m 6.855806794.57053786平均波长Lm ,m 6.855806794.57053786hm/H 0.183649240.096402671、2、3级坝0.79100941(<0.1)0.43056976(<0.1)0.828146(0.1`0.2)0.45078431(0.1`0.2)4、5级坝 1.76395099(<0.1)0.83961104(<0.1)1.54863303(0.1`0.2)1.00524901(0.1`0.2)W/SQRT(gH)2.655181151.75941892Kw 1.22(查表填入)1.08(查表填入)1.14350337(m=1.5~5.0)0.609799(m=1.5~5.0)0R0(查表)0R0(查表)0(m<=1.25)0(m<=1.25)1.84(查表A.1.13填入)2.66(查表A.1.13填入)2.1040462(<0.1)1.62206525(<0.1)(0.1`0.2)(0.1`0.2)>0.3>0.3风雍水面高度e, m 0.005911770.0025338安全超高值A, m 0.5(查表填入)0.3(查表填入)最终结果坝顶超高 y, m 2.609957971.9245991水位97.21输入值97.42输入值要求坝顶高程99.81995899.3445991设计波浪hp5%波浪爬高Rm, m 波浪爬高Rp,5% m 正常运用非常运用波浪hm(均值)需要输入2.005。
波浪爬坡高度波浪爬坡高度wave run-up on slope波浪爬坡高度是波浪沿斜面爬升的垂直高度,简称波浪爬高。
波浪爬高的大小直接影响土石坝坝顶高程的确定。
波浪爬高波浪爬高的数值与波浪要素(波高及波长)、斜面坡度、护面材料、水深及风速等因素有关,需通过计算确定。
其计算方法有规则波法与不规则波法两类,前者把波浪及其爬高作为大小不变的均匀系列;后者则将它们看作大小不等的随机系列,并采用其统计特征值来表示。
过去工程设计中多采用规则波法,用比较简单的经验公式进行计算,但结果比较粗略。
不规则波法的计算原理是:考虑到波浪要素在时段内的变化,找出其统计分布规律,按土石坝的不同级别,分别采用不同累积概率(工程中也称保证率)时的爬高值作为设计波浪爬高。
土坝坝顶高程确定时, 要考虑波浪爬高,当防浪墙作为坝体挡水,坝坡和直墙组合时,波浪爬高如何计算?我觉得按土石坝设计规范的公式确定波浪爬高,不考虑防浪墙的作用。
规范要求要考虑防浪墙的影响吗?直墙和坝坡结合时,肯定会减小波浪爬高,不过规范也没有说要考虑影响,我觉得就当做安全于度考虑。
这个问题可能大少更有体会,还请大少发表高见!高见谈不上,说一下个人的理解,不一定正确,希与大家交流。
碾压式土石坝的坝顶超高的确定规范上讲得很明确,仔细看看规范就可以了。
我想既然规范不要求考虑防浪墙的影响,主要是土石坝的防浪墙一般不会做得太高:第一,防浪墙的结构尺寸应根据稳定、强度计算确定,太高了断面大可能并不经济;第二,对那些在上游坝面设置防渗体的坝型(如混凝土面板坝、沥青混凝土面板坝等),防浪墙底部高程一般宜高于水库正常蓄水位,防止坝顶防渗体与防浪墙间水平缝破坏形成经常性渗漏通道,从而对坝体构成威胁(沟后水库失事的"导火线"就是从混凝土板和防浪墙的接缝处漏水)。
附上国内部分混凝土面板坝坝顶结构情况统计表,供大家下载参考。
摘录于《混凝土面板堆石坝设计》(水规总院赵增凯编)。
附录C 波浪计算C.1 波浪要素确定C.1.1 计算风浪的风速、风向、风区长度、风时与水域水深的确定,应符合下列规定:1 风速应采用水面以上10m 高度处的自记10min平均风速。
2 风向宜按水域计算点的主风向及左右22.5°、45°的方位角确定。
3 当计算风向两侧较宽广、水域周界比较规则时,风区长度可采用由计算点逆风向量到对岸的距离;当水域周界不规则、水域中有岛屿时,或在河道的转弯、汊道处,风区长度可采用等效风区长度Fe,Fe可按下式计算确定:式中ri——在主风向两侧各45°范围内,每隔Δα角由计算点引到对岸的射线长度(m);αi——射线ri与主风向上射线r0之间的夹角(度),αi=i×Δα。
计算时可取Δα=7.5°(i=0,±1,±2,…,±6),初步计算也可取Δα=15°(i=0,±1,±2,±3),(图C.1.1)。
图C.1.1 等效风区长度计算4 当风区长度F小于或等于100km 时,可不计入风时的影响。
5 水深可按风区内水域平均深度确定。
当风区内水域的水深变化较小时,水域平均深度可按计算风向的水下地形剖面图确定。
C.1.2 风浪要素可按下列公式计算确定:式中——平均波高(m);——平均波周期(s);V——计算风速(m/s);F——风区长度(m);d——水域的平均水深(m);g——重力加速度(9.81m/s2);tmin——风浪达到稳定状态的最小风时(s)。
C.1.3 不规则波的不同累积频率波高Hp与平均图C.1.1 等效风区长度计算波高之比值Hp/可按表C.1.3-1确定。
表C.1.3.1 不同累积频率波高换算不规则波的波周期可采用平均波周期表示,按平均波周期计算的波长L 可按下式计算,也可直接按表C.1.3-2确定。
表C.1.3.2 波长~周期~水深关系表L=f(T,d)续表 C.1.3.2C.1.4 设计波浪推算应符合下列规定:1 对河、湖堤防,设计波浪要素可采用风速推算的方法,并按本附录第C.1.2条计算确定。