闸室稳定计算(2014)

一、根据给定相关资二、1《水闸设计规范》2《水工建筑物抗震3《水闸》水利水电三、四、1水闸等级为4级，2345678系数:基9该地基土质属岩基五、1结构自重G =γV 式中：G ——结构自重γ——砼容重，25kN/m 3；V ——结构体积汤南干渠渠首进水闸闸室稳定计算2水重式中：W ——水重标准γ'——水的容10kN/m 3B 0——闸室总净3mh ——水深(m)，l ——闸门中线3水压力式中：P ——水压力标B ——水压力计6m；其它符号意义同4浮托力式中：U 1——浮托力标V ——底板体积h ——上游或下其它符号意义同5渗透压力式中：U 2——渗透压力'W Bhlγ=21'2P Bh γ=10'()U V hB γ=+21'2U hLBγ=∆Δh ——闸室上下L ——闸室长7m；其它符号意义同上6地震惯性力式中:F i ——作用在质点i 的水平a h ——水平向设计地震加速0.25G Ei ——集中在质点i 的重力αi ——质点i 的动态分布系g ——重力加速度。

9.81m/s 27地震动水压力式中:F——单位宽度动水压力标ρw ——水体质量密度标准1kN/m 3h——计算水深， 1.8m；其它符号意义同上六、1 基地压力计算ξ——地震作用的效应折减系数，取值为F=0.65a h ξρw h 2＝ 1.03kN/mξWMAG ∑∑±=max min σi h Ei F =a G ig αξA=BL式中：——闸室基底∑G——作用在闸∑M——作用在闸矩之和(kNA——底板面积W——闸室基底B——闸底板垂L——闸底板顺2闸室抗滑稳定式中：K c——沿闸室底f——闸室基底∑H——作用在闸∑G——作用在闸2闸室抗浮稳定式中：K f——闸室抗浮∑V——作用在闸∑U——作用在闸maxminσ∑∑=HGfKC∑∑=UVKfWMAG∑∑±=maxminσ216W BL=。

《水工建筑物》课程测验作业及课程设计一．平时作业（一）绪论1、我国的水资源丰富吗？开发程度如何？解决能源问题是否应优先开发水电？为什么？我国水资源总量丰富，但人均拥有量少，所以应选不丰富。

我国水资源开发利用程度接近25%，从全国而言，不完全一样，呈现“北高南低”，南方特别是西南，水资源丰富而利用量少，利用程度低，而北方尤其是西北干旱地区和华北地区利用程度高。

解决能源问题应优先开发水电，因为水能在可再生能源中是开发技术最成熟，开发经验最丰富，发电成本最经济。

2、什么是水利枢纽？什么是水工建筑物？与土木工程其他建筑物相比，水工建筑物有些什么特点？水利枢纽是修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体。

水工建筑物是控制和调节水流，防治水害，开发利用水资源的建筑物。

水工建筑物特点：工作条件的复杂性、设计选型的独特性、施工建造的艰巨性、失事后果的严重性。

3、水工建筑物有哪几类？各自功用是什么？挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或壅高水位。

如拦河坝、拦河闸。

泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。

如溢流坝、溢洪道、隧洞。

输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物。

如：引水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸等。

取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、进水闸等。

整治建筑物、专门建筑物。

整治建筑物（改善河道水流条件、调整河势、稳定河槽、维护航道和保护河岸）。

专门性水工建筑物（为水利工程种某些特定的单项任务而设置的建筑物）。

4、河川上建造水利枢纽后对环境影响如何？利弊如何？人们应如何对待？河流中筑坝建库后上下游水文状态将发生变化。

上游水库水深加大，流速降低，河流带入水库的泥沙会淤积下来，逐渐减少水库库容，这实际上最终决定水库的寿命。

较天然河流大大增加了的水库面积与容积可以养鱼，对渔业有利，但坝对原河鱼的回游成为障碍，任何过鱼设施也难以维持原状，某些鱼类品种因此消失了。

体积容重总重力臂力矩形心边墩28.825720 2.41728中墩27.3825684.5 2.41642.8齿墙28.4325710.75 2.962103.82闸底板68.37251709.25 2.965059.38闸门槽-2.4725-61.75 4.6-284.05水重32.479.81318.5307 5.551767.845合计4081.28112017.8上游力臂上游力矩4.2 2.7 2.35-2948.31下游力臂下游力矩1254.601518.483 1.35699.9521合计736.1179-2248.364.22.2力臂力矩渗透压力-853.473.31-2824.99力臂力矩浮托力-974.38 2.46-2396.97合计-1827.85-5221.961.224494f取0.4合计自重静水压力扬压力水平力736.12垂直力4081.28#######力矩#####################形心轴力矩-952.60-142.87836.40闸室基地面面积A87.00-0.1149722.9236528.879351.259806扬压力渗透压力闸前水深下游水深自重荷载静水压力上游水深下游水深上游静水压力下游静水压力上游形心轴-0.18下游形心轴0.16形心轴力臂偏心距e地基应力δmin地基应力δmin 不均匀系数0.98抗滑稳定系数KcP =1/2rHU =1/2γ"(H-" ℎ_形心轴力臂形心轴力矩0.21440.2136.90000-1.1872.8651.88598.8377-952.603形心轴力臂上游形心轴力矩-0.18-225.828162下游形心轴力矩形心轴力臂-836.40060-836.40060.1682.957284-142.870878形心轴力矩。

.1.1 设计资料：根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节,平时来水量仅占全年来水量的10%；河水中泥沙含量较大特别是伴有洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适, 因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m.根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰,堰顶高程1852.40m,过闸水流流态为堰流. 汛期通过闸室的设计洪水流量Q =1088m3/s,校核洪水流Q =1368设校m3/s.因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数,取为1.0；m ---为流量系数, 因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；ε--为侧收缩系数,先假定为1.0；H--- 位总水头,初设阶段不考虑行进流速, 即假设的堰上水头；b—闸门净宽；来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部份共同承担,这样可减去一部份闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰.初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+ 〔0.2—0.3m〕=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m 采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位,用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量,二者相加等于实际流接近计算工作情况下的洪水流量时,该水位就为所求. 因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数,取为 1.0m ---为流量系数, 因为是前面无坎的宽顶堰所以 m=0.385；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰 m=0.3.ε--为侧收缩系数,先假定为 1.0；H--- 位总水头,初设阶段不考虑行进流速, 即假设的堰上水头. b — 闸门净宽计算结果如附表 1-1,1-2〔a 〕设计洪水情况下：洪水流量 Q=1018m 3/s.附表 1- 1 设计洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表〔b 〕校核洪水情况下：洪水流量 Q=1368m 3/s附表 1-2 校核洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表经过计算泄洪冲砂闸净宽 96m,溢流堰长度 95m,设计洪水位 1855.8m 校核洪 水位 1856.30m.泄洪冲砂闸净宽为 96m,每孔取净宽 8m,边墩宽 0.8m , 中墩宽 1.0m 缝墩 1m.1.2 泄洪冲砂闸地板渗透稳定计算1〕地板渗流计算2 / 9过堰总流量 〔m 3/s 〕1856.3 1251.7 118.6 1370.3实际总流量 〔m 3/s 〕过闸总流量 〔m 3/s 〕 〔m 〕水位过堰总流量 〔m 3/s 〕1018.9 实际总流量 〔m 3/s 〕过闸总流量 〔m 3/s>水位 <m>1855.835.1 10541、确定地基计算深度〔1〕计算Te水平投影长度L =10m,铅直投影长度S =1.5m ；0 0因为L 0 =6.67>5；所以T = 0.5 L =0.5 10=5m ；e 0所以地基不透水层的有效计算深度为 5.0m.〔2〕计算各段 Aa 阻力系数1 ：S=1.5m,T=5m ；2：L=0.75m,T=5m, S = S = 0 ；1 2L 0.7(S + S )= 1 2 = 0.15 X T3 ：S=0.5m,T=5m, = 3.1416 ；4 ：L=8.5m,S 1 =0.5m,T=5m, S 2= 0.5m ；L 0.7(S + S )= 1 2 = 1.36 X T5 ：S=0.5m,T=5m, = 3.1416 ；6 ：L=0.75m,T=5m, S = S = 0 ；1 2L 0.7(S + S )= 1 2 = 0.15 X T7 ：S=1.5m,T=5m ；<3>计算各段水头损失h i ：S.总水头损失编H =3.90m ；h = 飞 ； 在x 飞 = 3.234列表计算各段水头损失 h i ；附表 1-3 水头损失计算表：〔4〕进出口水头损失值的修正1 进口处修正系数B 1；1B = 1.21-112 (|( T T ' ))|2 + 2 T S+ 0.059；式中 S=1.5m,T=5m,T ' =5m;代入得B 1=1.01；B 1>1 所以不用进行修正；2 出口处修正系数 B2T ' =3.5m, T=5m, S=1.5m ；B =0.857〈1.0,所以出口处要修正. 2出口段水头损失减小值为： H =0.828 根 0.857=0.710m ；编h =0.828-0.710=0.118m ；H 6=0.181+0.118=0.299〔5〕计算各角隅点的渗压水头并列表：41.3601.64 30.1000.121 50.1000.121 10.6870.828 20.1500.181 60.1500.181 70.6870.828序 号飞ihi编H7i x 飞 i附表 1-5 各角隅点渗压水头h13.07 2 h22.8 91 h32.77 0 h41.13 0 h51.00 9 h60.71 0h7〔6〕绘制渗压水头分布图〔7〕闸底板水平段渗透坡降和渗流坡降的计算：1 闸底板水平段平均渗透坡降J ：x闸底板的轮廓线由 6 点至 11 点,水平投影L = 8.50m .J =H H6 11 = 1.64= 0. 193 [0.22 ~ 0.28]；xL 8.52 出口处得出逸坡降J ：出口处既 11 点至 12 点,渗透距离为S ' = 1.50m .J = H H 11 12 = 0.71 = 0.47 <[0.50 ~ 0.55]；0 S ' 1.5[J ] [J ]、 x 参见 SL265—2001 《水闸设计规 X 》所以满足允许渗透比降.1.3 泄洪冲砂闸地板抗滑稳定计算计算单元的确定根据 《水闸设计规 X 》SL265——2001 闸室稳定计算宜取相邻顺水流向永久 缝之间的闸段为计算单元,选取中间两孔闸室作为计算单元.附图 1-4 计算单元选取示意图：6 / 9承载力计算自重荷载：根据《水工钢筋混凝土结构学》中钢筋混凝土按线性分布荷载为25KN/m 3. 根据水闸的基本尺寸设计对其进行荷载计算.作用在水闸上的自重荷载有：底板： G = [10 根1.0 + 2 根 (0.5 根1.5 根 0.5)]根 25 = 268.75KN闸墩： G = [(0.5 根 5.4)+(0.5 根 4.5)]根10 根 25 = 1237.5KN闸门：根据《水闸》闸门为弧形露顶式 B 共 10m,所以G = K K B 0.33H H 0.42c b sHs ——设计水头；Kc ——材料系数,本工程取 1；Kb ——孔门宽度系数,本工程 Kb=0.472；H ——孔口高度；闸门： G = K K B 0.33H H 0.42 = 1.0 根 0.472 根 80.33 根 2.9 根 4. 10.42 = 4. 16(吨)c b sG=4.16×10=41.6KN工作桥,交通桥与其梁： G = 19 根 4 根 0.3根 25 + 5 根19 根 0.3根 0.5 根 25 = 926.25KN根据算 出的 闸门 的数据 参考《 闸 门与启闭设 备 》采用双 吊 点卷扬式6 根 37 +1 - 0 24 - 160 型启闭机,该启闭机的自重为 2.55 吨.启闭机： G=2.55*10=25.5KN根据 SL265—2001 《水闸设计规 X 》中应该选取不同的荷载组合作为不同的 工况对闸室的稳定进行验算看闸室是否安全.第一种工况选为完建无水的状况附表 1-6 泄洪闸荷载计算成果表〔完建无水期〕力矩 M <KN ·M>荷载名 称垂直力 M<KN>力臂 L<M>- 〔顺时针〕 5106.253712.5 2316.25926.2541.625.5 10738.35完建无水工况下的闸室稳定计算根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》中地基承载力公式：Pmax式中 min —完建无水期基底压力的最大和最小值,kPa ；G —作用在闸室上的全部竖向荷载, 〔包括基础底面的上的扬压力〕 KN ；M —作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩〔kN.m 〕；A —闸室基底的面积〔m 2〕；W — 闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩〔m 3〕；地基承载力不均匀性验算公式： ν = p max [ν]pmin根据计算结果,判断是否满足要求.根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》野云沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、 砾砂与少量的粉土,粉砂胶结而成,所以属于中等坚实ν 取 2.0所以满足要求0.00 0.00 0.001852.50.000.00 1852.5底 板闸 墩 工作桥交通桥闸 门启闭机∑+ 〔逆时针〕0 0 ↑0.00 0.00 0.000.000.000.00 083.251 2450.450 0 2.5222 926.25 ↓第二种工况为上游为正常引水为下游无水的工况〔此工况为最不利工况〕 正常当水期荷载计算与抗滑稳定验算：附图 1—5 水闸稳定计算水重作用力意图：S = 2.7 3.9 + 0.8 2.3 0.5 = 11.45m 2水水重： G = 11.45 16 10 = 1832KN附图 1-6 水闸稳定计算水平压力作用力意图：水平压力：渗透压力： W = (3.07 + 0.71)10 / 2 19 10 = 3591KN浮托力： W = (10 1 + 2 0.375) 9.5 10 = 1045KN计算结果列于表:附表 1-7 泄洪闸闸室荷载计算成果表<正常挡水期>根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》中地基承载力公式：Pmax式中 min —完建无水期基底压力的最大和最小值,kPa ；G —作用在闸室上的全部竖向荷载, 〔包括基础底面的上的扬压力〕 KN ；水平力 P <kN>← →力臂 <m>力矩 M0 <kNm>+〔逆时针〕 － 〔顺时针〕27481581.8498.8652748 1680.711067.30垂直力 M 〔kN 〕 ↓10738.3518321045359112570.35 46367934.35 荷载名称闸室水重上游水压力浮托力渗透压力合计1216.876.051.51.3 1292.851292.851.3↑M —作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩〔kN.m〕；A —闸室基底的面积〔m2〕；W —闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩〔m3〕；地基承载力不均匀性验算公式：根据计算结果,判断是否满足要求.不均匀系数验算故满足要求.闸室基底面的抗滑稳定计算：根据SL265-2001 《水闸设计规X》中的闸室抗滑稳定计算公式：式中：f —闸室与地基的磨擦系数；由X 世儒《水闸》查表7-8.G —作用在闸室上的全部竖向荷载,kN；P —作用在闸室上的全部水平荷载,kN；根据喀拉沟渠首的不同运行工况选最不利工况〔上游为设计引水为时〕对闸室抗滑稳定进行验算.因为喀拉沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、砾砂,再根据SL265-2001 《水闸设计规X》表f 取0.4.因为喀拉沟渠首工程水闸为3 级,根据SL265-2001 《水闸设计规X》在基本荷载工况下抗滑稳定安全系数为[K ]= 1.25 .cK = 2.45 >[K ]= 1.25 所以,满足抗滑稳定要求.c c。