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![[讲义]小桥涵水力计算经典讲义(71页 涵洞 倒虹吸)](https://img.taocdn.com/s1/m/c294f8b802d276a200292ee5.png)
水力学与桥涵水文复习《水力学与桥涵水文》复习资料第一章绪论二、有关名词解释1、“连续介质”概念对于液体的宏观运动来说，可以把液体视为由无数质点组成、没有间隙的连续体，并认为液体的各物理量的变化也是连续的。
这种假设的连续体称为“连续介质”。
可用连续函数表达液体中各物理量的变化关系。
2、液体质点微观上充分大，宏观上充分小的液体微团，称为液体质点3、易流动性静止时，液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性4、粘滞性在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力5、液体内摩擦力剪切变形过程中，液体内部层流间出现成对的切力6、气化液体分子逸出液面向空间扩散的现象。
7、表面张力沿液面自由表面，液体分子引力所产生的张力三、主要知识点1、为什么要学水力学与桥涵水文水力学不但是桥涵孔径、管道渠道设计的基本理论，也是水文资料收集与整理的理论依据，水文分析与计算的结果则是桥涵水力学理论计算必不可少的数据，水力水文计算结果是桥涵布设与结构设计的依据。
2、水力学的任务及应用（1）任务以水为模型研究液体的平衡与运动的规律，侧重于演绎推导及原理方法的应用。
（2）应用（作用）在交通土建、市政工程、水利、环境保护、机械制造、石油工业等方面都有广泛应用。
3、桥涵水文的作用依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵工程可能遭遇的未来水文情势，为桥涵设计提供设计依据。
4、连续介质假说（1753年欧拉）假说内容：即认为液体和气体充满一个空间时，分子间没有间隙，是一种连续介质，其物理性质和运动要素都是连续分布的。
5、理论分析方法的步骤①、对液体流动现象作物理描述，建立液体运动的力学模型。
②、以液体质点作对象，运用机械运动的普通规律建立液体运动的质量守恒、动量定律等微分方程。
③、求解，确定液体质点各水力要素（如压强、流速等）的空间分布。
6、实验方法（常用的有）①、原型观测——实际工程建筑物②、模型试验——按一定比例缩小或放大建筑物7、水密度变化情况及工程处理措施①、在标准大气压下，t=4oC 时水的密度最大，ρ=1000kg/m 3;t=0oC ～30oC, 密度只减小0.4%，但当t=80oC ～100oC ，密度减少达2.8%～4%；（不同温度下水的物理性质表现见表1-1 P4）[工程处理措施]：在温差较大的热水循环系统中应设膨胀接头或膨胀水箱以防管道或容器被水胀裂。
半压力流涵洞计算适用条件：1.2D<H<1.5D,h<D(H为进口水深，D为涵洞高，△Z=a.q2^2/(2g.φ^2.hs^2)-a.q2^2/(2g.hc2^2) 1.093 d1=σ0.hc2-hs-△Z0.880池深差：d1-d0.000 3）消力池长度计算：水跃长度Lj=6.9×(hc2-hc1)20.62斜坡段长度Ls=m×(P+d) 5.64消力池长度：Lsj=Ls+β.Lj21.10三、消力池底板厚度计算1.基本资料消力池进口处的单宽流量q(m3/s.m)17.692上游总水头H0(m) 6.748消力池底板计算系数k1(可采用0.15～0.20）0.15消力池底板安全系数k2(可采用1.1～1.3） 1.2消力池底板的饱和重度γb(kN/m3)24消力池跃前收缩水深hc1(m) 1.912消力池跃后水深hc2(m) 4.900消力池跃前收缩断面流速Vc(m/s)9.253 2.按抗冲要求计算消力池底板厚度t(m)1.02取消力池的底板厚度（等厚）为：t= 1.1 3.按抗浮要求验算消力池底板顶面的水重（水深为跃后水深）：W=γ.hc249.00消力池底板上的脉动压力（跃前收缩断面流速水头的5%）2.18 Pm=0.05γ.Vc^2/(2g)消力池底板底面的扬压力：U=γ(hc2+t)60.00消力池底板安全系数： 2.00抗浮安全系数k2大于1.1～1.3,安全四、海漫长度计算基本资料消力池末端单宽流量qs=Q/B217.692上游总水头T0(m) 6.748海漫长度计算系数ks7当满足： 6.779246595海漫长度：47.45五、海漫长末羰沟槽冲刷深度及防冲槽计算基本资料海漫末端水深hm(m) 3.5沟槽土质允许不冲流速[V0]1渠槽末端宽度Bs(m)6海漫长末端单宽流量qm=Q/Bs7.667海漫长末端沟槽冲刷深度：dm=1.1qm/[V0]-hm 4.933公式来洞计算洞宽B源：《灌溉与适应计算备注例题黄色底纹标记为需要手动输入部分463.5300.002为半压力流 4.70.72.81.05点选进口型式八字墙自动选择0.67自动选择0.744.7+1.05*0.7^2/(2*9.81) 4.7346/(0.67*3.5*(2*9.81*(4.726+0.002*30-0.74*3.5))^0.5) 2.99。
桥涵水力水文学－总复习第一章 绪论1、液体主要物理性质 密度、重度、粘滞性2、连续介质假说和理想液体概念 第二章 水静力学1、静水压强、静水压强特性2、等压面3、静水压强的三种表示方法、压强单位的三种表示方法 一般测压计测得压强为相对压强。
4、水静力学的基本方程h p p γ+=0，另外一种表达式C pz =+γ5、静水压强分布图、压力体图的绘制 静水压强分布图、压力体图绘制 实压力体、虚压力体的判断6、平面静水总压力的计算（包括大小、方向、作用点） 图解法:b P Ω= 解析法A h A p P c c γ== 第三章水动力学基础1、分类、概念迹线、流线：、过水断面、流量、断面平均流速⎩⎨⎧非恒定流恒定流发生变化按运动要素是否随时间⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧急变流渐变流非均匀流均匀流发生变化随空间按运动要素是否沿程)(⎩⎨⎧无压流有压流按液流是否有自由表面2、水力学三大方程连续方程：2211A A v v =或者21Q Q =能量方程：理想液体元流能量方程：g u p z g u p z 2222222111++=++γγ 实际液体总流能量方程W h gvp z g v p z +++=++2222222111γγ 方程中每项的几何意义、能量意义、水力学意义。
动量方程：∑'-'=)v v (Q F 112ααρ 动量方程中的外力∑F 有：（1）两过水断面上动水压力；（2）隔离体液体的重力；（3）固体边界作用于液体上的反作用力R '，它与隔离体的液流对边界的作用力R 大小相等，方向相反。
3、总水头、测压管水头、水力坡度、测压管坡度总水头：gu pz H 22++=γ测压管水头：γpz H p +=水力坡度：总水头沿流程的降低值与流程长度之比dLh d dL )gu pz (d J W '=++-=22γ测压管坡度：测压管水头沿流程的降低值与流程长度之比dL )pz (d J p γ+-=毕托管：测流速装置。
《涵洞基础知识综合性概述》一、引言涵洞作为道路交通和水利工程中的重要组成部分，在连接不同区域、保障水流顺畅等方面发挥着关键作用。
它不仅是基础设施建设中的重要环节，也与人们的日常生活和经济发展息息相关。
本文将深入探讨涵洞的基础知识，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势，为读者提供一个全面而深入的了解。
二、涵洞的基本概念（一）定义涵洞是指在道路、铁路、渠道等工程中，为了让水流、车辆、行人等通过而设置的一种横向通道。
它通常由洞身、洞口、基础等部分组成，具有排水、通行等功能。
（二）分类1. 按构造形式可分为圆管涵、盖板涵、拱涵和箱涵等。
- 圆管涵：由圆形钢筋混凝土管或铸铁管组成，施工方便，造价较低。
- 盖板涵：由盖板和涵台组成，盖板可采用钢筋混凝土板或预制板。
- 拱涵：以拱形结构为主要承载部分，具有较大的承载能力和稳定性。
- 箱涵：由钢筋混凝土箱形结构组成，整体性好，适用于较大跨度和较高荷载的情况。
2. 按用途可分为排水涵、交通涵、灌溉涵等。
- 排水涵：主要用于排除道路、铁路、渠道等周边的积水，防止水浸破坏。
- 交通涵：供车辆、行人等通行，连接不同区域。
- 灌溉涵：用于农田灌溉，将水源引至需要灌溉的地区。
（三）组成部分1. 洞身：是涵洞的主体部分，承担着水流或车辆、行人等的通过任务。
洞身的形状和尺寸根据具体的使用要求和工程条件确定。
2. 洞口：包括进口和出口，用于连接洞身和上下游的渠道或道路。
洞口的形式多样，常见的有八字墙洞口、端墙洞口等。
3. 基础：为涵洞提供稳定的支撑，防止涵洞下沉或变形。
基础的类型有刚性基础和柔性基础等。
三、涵洞的核心理论（一）水力计算1. 流量计算：根据涵洞的形状、尺寸、坡度等参数，采用相应的水力计算公式，确定涵洞的过水流量。
常用的公式有曼宁公式、谢才公式等。
2. 水位计算：在确定涵洞的过水流量后，通过水力计算可以确定涵洞上下游的水位变化情况，以保证涵洞的正常运行。
放水涵洞水利计算说明书放水洞的水力计算1、闸孔出流计算根据闸孔出流公式计算闸门开度：Q =μ2gH 0式中：Q ——下泄流量，为2.0m 3/s；μ——闸孔出流流量系数，μ=ε2ϕ-ε2取0.62；b——闸孔宽度，为1.2m ； e——闸门开度；H0——闸前水头，为13.02m ；试算得闸门开度e=0.181m时，下泄流量为2.0 m3/s。
（1）涵洞临界底坡 q =3Q 2==1. 67mB 1. 2e其中ψ取0.95；ε2H 02*1. 67h k ==0. 669. 8x k =0. 66⨯2+1. 2=2. 52mA k =0. 66⨯1. 2=0. 79m 2R k =0. 79=0. 31m 2. 5211C k =⨯0. 36=54. 95m0. 01522=0. 0068 i k =220. 79⨯54. 95⨯0. 31i=0. 01>i k =0. 0068根据计算结果，涵洞纵坡大于临界底坡，涵洞为陡坡，按短洞考虑。
（2）涵洞正常水深涵洞正常水深计算公式如下：12(1++m h ) nQ ) h =(m b 1+h b22535oioitHoi涵洞的过水流量Q=2 m3/s,涵洞底板宽度b 本工程取1.2m 。
由以上已知条件可求得: h0=0.57m。
（3）闸孔收缩断面水深计算计算公式：hc=eε=0.62*0.18=0.12m式中：hc──闸孔收缩断面水深；e──闸门开度, 为0.18m ；ε——垂直收缩系数，0.62。
（4）涵洞水面线计算涵洞水面线计算按明渠水面线计算方法计算，采用分段求和法计算。
由于hc ＜h0＜hk ，故洞内水面线型式为c 2型壅水曲线。
因此水面线应从起始端开始向下游计算。
基本公式如下：计算结果见表4-9⎛v i 2⎛⎛v i 2+1⎛h i +⎛- h i +1+⎛ ⎛ 2g ⎛⎛2g ⎛⎛⎛=i -J =∆l（5）波动及掺气水深计算⎛v 2⎛∆ h +2g ⎛⎛⎛⎛∆l深孔闸后洞内无压流的流速很大，一般都要考虑因水流掺气而增加的水深，已得到设计涵洞的高度。
涵洞设计
1）涵洞水力计算
涵洞选取用钢筋砼管，底坡1：100，坝下涵洞为无压流，涵洞的流量按明渠均匀流公式计算：
Ri ωC Q =
式中：Q —涵管流量，m 3/s ；ω—涵洞横断面过水面积，m 2，对于圆形)sin (8
2θθω-=d ； d —管径，m ；θ—水面线与圆心的夹角（当水面线大于半径时大于180°，水面线小于半径时小于180°），
θ以弧度计；C —谢才系数，611R n
C =； R —涵洞横断面的水力半径，m ，圆管)θ
sin θ-
(14d R =，θ以弧度计； i —涵管比降，取1/100；
n —糙率，取0.017。
为检修方便，涵管管径应不小于0.80m ，为了保证洞内水流呈明流状态，涵洞内水深应不大于涵洞总高度的75%。
2）涵洞结构设计
涵管为钢筋混凝土圆形结构，砼管座，为预制安装构件，管接头处采用钢筋混凝土套管连接。
涵管与套管间预留１cm 宽缝隙，用沥青油麻填塞。
为防止涵管壁集中渗流情况，设计延涵洞长每10m 设一道节水环，节水环厚60cm ，伸出洞壁50cm ，涵管基用砼浇筑。
涵管管壁厚12cm ，管垫厚30cm ，管垫肩宽20cm ，。
涵洞水力计算
附录P 涵洞（或隧洞）水力计算
P.0.1 涵洞水流流态可按以下情况进行判别：圆形、拱形涵洞进口水深h1≤1.1D（洞高）或矩形涵洞h1≤1.2D时，为无压力流；圆形、拱形涵洞h1>1.1D或矩形涵洞
h1>1.2D，且洞长L≤l0（洞内回水曲线长度）+2.7D时，为半压力流；圆形、拱形或矩形涵洞h1>1.5D，且L>l0+2.7D 时，为压力流。
P.0.2 无压力流可按下列情况进行判别：
1 淹没流与非淹没流的判别：
0≤i（洞底坡降）≤ik（洞底临界坡度），且涵洞出口水深h2≤（1.2～1.25）h k（洞内临界水深）或h2≤
（0.75～0.77）H0（计及流速水头的涵洞进口水头）时，为非淹没流；反之，则为淹没流。
I>i k，且L≤（8～15）h1时，仍可按上述标准判别涵洞是否淹没。
2 长洞与短洞的判别：
i≈0时，且L ≤（52～64）h1或L ≤（86～106）h k 时，为短洞；反之，则为长洞。
0＜i≤i k，且L ≤（52～83）h1或L ≤（86～138）h k时，为短洞；反之，则为长洞。
，i＞i k且L≥4h1时，均按短洞进行水力计算。
P.0.3 无压力流过水能力可按下列公式计算：
1 涵洞为短洞时：
式中 Q——涵洞设计流量（m3/s）；
m——无压力流时的流量系数；
B——矩形涵洞底宽（m），涵洞为非矩形断面时，按公式（P.0.3-3）计算；
g——重力加速度（m/s2）；
H0——计及流速水头的涵洞进口水头（m）；
m0——进口轮廓形状系数，可根据进口型式，由表P.0.3查得；
A h——相应于涵洞进口水深的过水断面面积（m2）；
A j——进洞水流的过水断面面积（m2）；
A k——相应于临界水深的过水断面面积（m2）；
h k——洞内临界水深（m）；
h1——涵洞进口水深（m）；
α——流速分布系数，可取1.05～1.10；
V1——涵洞进口断面平均流速（m/s）。
表P.0.3 涵洞进口轮廓形状系数
2 涵洞为长洞时：
（P.0.3-5）
矩形断面σn＝f（h c/H0）
（P.0.3-6）
非矩形断面σn＝f（A hc/A h0）
（P.0.3-7）
式中σn——淹没系数，可由图P.0.3查得；
h c——进口段收缩断面水深（m），当洞身较长，且底坡0＜i＜i k时，h c≈h0（正常水深）；
A hc——相应于h c的过水断面面积
（m2）；
A h0——相应于h0的过水断面面积（m2）。
P.0.4 半压力流过水能力可按下列公式计算：
（P.0.4）
式中 m1——半压力流时的流量系数，由表 P.0.4 查得；
表P.0.4 流量系数和修正系数
图P.0.3 σn～f（h c/h0）
[或σn＝f（A bc/A b0）]关系曲线
P.0.5 压力流过水能力可按下列公式计算：1 非淹没流时：
（P.0.5-1）
（P.0.5-2）
式中 m2——压力流时的流量系数；
i——洞底坡降；
L——涵洞长度（m）；
β2——修正系数，可取0.85；
Σξ——局部水头损失系数的总和，包括拦污栅、闸门槽、进口、出口、转弯段、渐变段等损失系数；
C——谢才系数（m1/2/s）；
R——水力半径（m）。
2 淹没流时：
（P.0.5-3）
式中 h2——涵洞出口水深（m）。
