消力池计算.docx
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消力池计算
**********************************************************************
计算项目：
消能工水力计算1
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----------------------------------------------------------------------
[消力池断面简图]
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[计算条件]
----------------------------------------------------------------------
[基本参数]
消能工类型:
下挖式消力池
计算目标:
设计尺寸
上游底部高程:
1.000（m）
下游底部高程:
0.000（m）
消力池首端宽度:
6.000（m）
消力池末端宽度:
6.000（m）
水流的动能校正系数:
1.000
泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:
0.950
消力池出流流速系数:
0.950
水跃淹没系数:
1.050
是否计算消力池前段长度:
交互
消力池前段长度:
0.000（m）
自由水跃跃长计算系数:
6.900
水跃长度校正系数:
0.750
是否计算消力池底板的厚度:
计算
消力池底板计算系数K1:
0.200
消力池底板安全系数K2:
1.300
消力池底板的饱和重度:
25.000（kN/m^3）
脉动压强系数:
0.050
海漫长度计算系数Ks:
10.000
河床土质允许不冲流速:
1.000（m/s）
水位流量的组数:
1
序号单宽流量上游水位下游水位扬压力
（m3/s*m）（m）（m）（kPa）
16.5003.0202.0201.000
----------------------------------------------------------------------
[计算过程]
----------------------------------------------------------------------
1、判断是否需要建消能工。
流速水头公式：
α*V^2/（2*g），V=q/T
其中：
q单宽流量（m^2/s），T上游水头（m），α水流动能校正系数。
计算收缩断面水深公式：
hc^3-T0*hc^2+α*q^2/（2*g*φ^2）=0
其中：
hc收缩断面水深（m），T0消力池底部以上的总水头（m），φ流速系数。
计算跃后水深公式（矩形断面扩散渠槽自由水跃）：
hc'=hc/2*（sqrt（1+（8*α*q^2）/（g*hc^3））-1）*（b1/b2）^0.25
其中：
hc'跃后水深（m），b1消力池首端宽度（m），b2消力池末端宽度（m）。
判断水跃型式的条件：
hc'＞ht，远离式水跃
hc'=ht，临界水跃
hc'＜ht，淹没式水跃
其中：
ht下游水深（m）。
若发生远离式水跃，则需要修建消能工，否则不需要。
序号单宽流量流速水头上游总水头收缩断面水深跃后水深下游水深水跃型式
（m^3/s*m）（m）（m）（m）（m）（m）
16.5000.5283.5480.9612.5542.020远离水跃
2、计算消力池池深。
计算消力池出口水面落差ΔZ公式：
ΔZ=（α*（q^2））/（2*g*（φ^2）*（ht^2））-（α*（q^2））/（2*g*（σ0^2）*（hc'^2））
计算消力池深度d公式：
d=σ0*hc'-ht-ΔZ
其中：
σ0水跃淹没系数（又称为安全系数）。
序号单宽流量总水头收缩断面水深跃后水深出口断面落差消力池池深
（m^3/s*m）（m）（m）（m）（m）（m）
16.5004.1090.8572.7720.3310.560
消力池深度为：
0.560（m）。
3、计算池长。
自由水跃跃长Lj计算公式：
Lj=6.9*（hc'-hc）
系数6.9可以根据需要更改。
消力池池长计算公式：
L=Ls+β*Lj
其中：
β水跃长度校正系数。
序号自由水跃跃长水跃前消能工长度消能工总长度
（m）（m）（m）
113.2120.0009.909
计算得消能工长度为：
9.909（m）。
4、计算消力池底板厚度。
采用池深为0.560m，池长为9.909m计算底板厚度。
满足抗冲要求的底板厚度t：
t=k1*sqrt（q*sqrt（ΔH））
其中：
k1底板计算系数，ΔH上下游水位差（m）。
满足抗浮要求的底板厚度t：
t=k2*（U-W±Pm）/γb
其中：
k2底板安全系数；
U作用在底板面的扬压力（kPa）；
W作用在底板上的水重（kPa）；
Pm作用在底板上的脉动压力（kPa），计算底板前半部时取"+"号，计算底板后半部时取"-"号；
γb底板的饱和重度（kN/m^3）。
序号扬压力水重脉动压力抗冲厚度首端抗浮厚度
（kPa）（kPa）（kPa）（m）（m）
11.00017.8013.3210.5100.000
经计算得所需消力池底板首端最大厚度为：
0.510（m）、末端厚度一般取首端厚度的一半为：
0.255（m）。
注意：
根据规范，消力池底板厚度不宜小于0.5m的构造厚度。
5、海漫计算。
计算海漫长度和海漫末端的河床冲刷深度。
海漫长度L计算公式：
L=Ks*sqrt（qs*sqrt（ΔH））
其中：
Ks海漫长度计算系数，qs消力池末端单宽流量（m^2/s），ΔH上下游水位差（m）。
公式的适用条件是：
sqrt（qs*sqrt（ΔH）=1~9。
海漫末端的河床冲刷深度dm计算公式：
dm=1.1*qm/v0-ht
其中：
qm海漫末端单宽流量（m^2/s），v0河床土质允许不冲流速（m/s）。
序号上下游水位差海漫长度海漫末端河床冲刷深度
（m）（m）（m）
11.00025.4955.130
计算得海漫长度为：
25.495（m）。
海漫末端河床形成的最大冲刷深度为：
5.130（m）。
重力式挡土墙验算[执行标准：
水利]
计算项目：
重力式挡土墙1
计算时间：
2011-07-1418:
44:
09星期四
------------------------------------------------------------------------
原始条件:
墙身尺寸:
墙身高:
4.150（m）
墙顶宽:
1.000（m）
面坡倾斜坡度:
1:
0.000
背坡倾斜坡度:
1:
0.400
采用1个扩展墙址台阶:
墙趾台阶b1:
0.400（m）
墙趾台阶h1:
0.500（m）
墙趾台阶与墙面坡坡度相同
墙踵台阶b3:
0.500（m）
墙踵台阶h3:
0.500（m）
墙底倾斜坡率:
0.000:
1
物理参数:
圬工砌体容重:
23.000（kN/m3）
圬工之间摩擦系数:
0.400
地基土摩擦系数:
0.400
墙身砌体容许压应力:
2100.000（kPa）
墙身砌体容许剪应力:
110.000（kPa）
墙身砌体容许拉应力:
150.000（kPa）
墙身砌体容许弯曲拉应力:
280.000（kPa）
挡土墙类型:
浸水地区挡土墙
墙后填土内摩擦角:
35.000（度）
墙后填土粘聚力:
0.000（kPa）
墙后填土容重:
19.000（kN/m3）
墙背与墙后填土摩擦角:
17.500（度）
地基土容重:
18.000（kN/m3）
修正后地基土容许承载力:
500.000（kPa）
地基土容许承载力提高系数:
墙趾值提高系数:
1.200
墙踵值提高系数:
1.300
平均值提高系数:
1.000
墙底摩擦系数:
0.400
地基土类型:
土质地基
地基土内摩擦角:
30.000（度）
墙后填土浮容重:
9.000（kN/m3）
地基浮力系数:
0.700
土压力计算方法:
库仑
坡线土柱:
坡面线段数:
2
折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）换算土柱数
13.3001.9000
25.0000.0000
坡面起始距离:
0.000（m）
地面横坡角度:
30.000（度）
墙顶标高:
0.000（m）
挡墙内侧常年水位标高:
-2.700（m）
挡墙外侧常年水位标高:
-3.050（m）
浮力矩是否作为倾覆力矩加项:
是
=====================================================================
第1种情况:
一般情况
[土压力计算]计算高度为4.150（m）处的库仑主动土压力
按实际墙背计算得到:
第1破裂角：
28.560（度）
Ea=111.965Ex=86.641Ey=70.918（kN）作用点高度Zy=1.491（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：
第2破裂角=16.765（度）第1破裂角=32.200（度）
Ea=114.297Ex=70.737Ey=89.778（kN）作用点高度Zy=1.592（m）
墙身截面积=7.995（m2）重量=183.874kN
地下水作用力及合力作用点坐标（相对于墙面坡上角点）
X分力（kN）Y分力（kN）Xc（m）Yc（m）
墙面坡侧:
6.05-2.40-0.20-3.78
墙背坡侧:
-10.51-6.552.61-3.67
墙底面:
-0.0029.991.36-4.15
墙背与第二破裂面之间土楔重=17.066（kN）重心坐标（1.895,-1.101）（相对于墙面坡上角点）
（一）滑动稳定性验算
基底摩擦系数=0.400
滑移力=75.199（kN）抗滑力=107.874（kN）
滑移验算满足:
Kc=1.435>1.300
（二）倾覆稳定性验算
相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=1.393（m）
相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=2.580（m）
相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=1.592（m）
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=148.007（kN-m）抗倾覆力矩=526.902（kN-m）
倾覆验算满足:
K0=3.560>1.500
（三）地基应力及偏心距验算
基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力
作用于基础底的总竖向力=269.685（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=378.895（kN-m）
基础底面宽度B=3.360（m）偏心距e=0.275（m）
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.405（m）
基底压应力:
趾部=119.685踵部=40.842（kPa）
最大应力与最小应力之比=119.685/40.842=2.930
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.275<=0.250*3.360=0.840（m）
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=119.685<=600.000（kPa）
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=40.842<=650.000（kPa）
地基平均承载力验算满足:
压应力=80.263<=500.000（kPa）
（四）基础强度验算
基础为天然地基，不作强度验算
（五）墙底截面强度验算
地下水作用力及合力作用点坐标（相对于墙面坡上角点）
X分力（kN）Y分力（kN）Xc（m）Yc（m）
墙面坡侧:
6.05-2.40-0.20-3.78
墙背坡侧:
-10.51-6.552.61-3.67
验算截面以上，墙身截面积=7.995（m2）重量=183.874kN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=1.393（m）
相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=2.423（m）
相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=1.592（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于验算截面的总竖向力=299.673（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=431.580（kN-m）
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.440（m）
截面宽度B=3.360（m）偏心距e1=0.240（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.240<=0.300*3.360=1.008（m）
截面上压应力:
面坡=127.385背坡=50.992（kPa）
压应力验算满足:
计算值=127.385<=2100.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-14.623<=110.000（kPa）
（六）台顶截面强度验算
[土压力计算]计算高度为3.650（m）处的库仑主动土压力
按实际墙背计算得到:
第1破裂角：
29.550（度）
Ea=90.864Ex=70.313Ey=57.553（kN）作用点高度Zy=1.288（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：
第2破裂角=16.251（度）第1破裂角=32.910（度）
Ea=92.348Ex=57.802Ey=72.022（kN）作用点高度Zy=1.383（m）
墙身截面积=6.515（m2）重量=149.833kN
地下水作用力及合力作用点坐标（相对于墙面坡上角点）
X分力（kN）Y分力（kN）Xc（m）Yc（m）
墙面坡侧:
1.800.000.00-3.45
墙背坡侧:
-4.51-2.652.46-3.33
墙底面:
-0.0014.971.48-3.65
墙背与第二破裂面之间土楔重=15.113（kN）重心坐标（1.845,-0.992）（相对于墙面坡上角点）
[强度验算]
地下水作用力及合力作用点坐标（相对于墙面坡上角点）
X分力（kN）Y分力（kN）Xc（m）Yc（m）
墙面坡侧:
1.800.000.00-3.45
墙背坡侧:
-4.51-1.812.33-3.33
验算截面以上，墙身截面积=6.315（m2）重量=145.234kN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=0.916（m）
相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=1.907（m）
相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=1.383（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于验算截面的总竖向力=234.173（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=232.296（kN-m）
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=0.992（m）
截面宽度B=2.460（m）偏心距e1=0.238（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.238<=0.300*2.460=0.738（m）
截面上压应力:
面坡=150.454背坡=39.931（kPa）
压应力验算满足:
计算值=150.454<=2100.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-14.580<=110.000（kPa）
=================================================
各组合最不利结果
=================================================
（一）滑移验算
安全系数最不利为：
组合1（一般情况）
抗滑力=107.874（kN）,滑移力=75.199（kN）。
滑移验算满足:
Kc=1.435>1.300
（二）倾覆验算
安全系数最不利为：
组合1（一般情况）
抗倾覆力矩=526.902（kN-M）,倾覆力矩=148.007（kN-m）。
倾覆验算满足:
K0=3.560>1.500
（三）地基验算
作用于基底的合力偏心距验算最不利为：
组合1（一般情况）
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.275<=0.250*3.360=0.840（m）
墙趾处地基承载力验算最不利为：
组合1（一般情况）
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=119.685<=600.000（kPa）
墙踵处地基承载力验算最不利为：
组合1（一般情况）
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=40.842<=650.000（kPa）
地基平均承载力验算最不利为：
组合1（一般情况）
地基平均承载力验算满足:
压应力=80.263<=500.000（kPa）
（四）基础验算
不做强度计算。
（五）墙底截面强度验算
[容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为：
组合1（一般情况）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.240<=0.300*3.360=1.008（m）
压应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
压应力验算满足:
计算值=127.385<=2100.000（kPa）
拉应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
拉应力验算满足:
计算值=0.000<=150.000（kPa）
剪应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
剪应力验算满足:
计算值=-14.623<=110.000（kPa）
（六）台顶截面强度验算
[容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为：
组合1（一般情况）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.238<=0.300*2.460=0.738（m）
压应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
压应力验算满足:
计算值=150.454<=2100.000（kPa）
拉应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
拉应力验算满足:
计算值=0.000<=150.000（kPa）
剪应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
剪应力验算满足:
计算值=-14.580<=110.000（kPa）
重力式挡土墙验算[执行标准：
水利]
计算项目：
重力式挡土墙1
计算时间：
2011-07-1418:
50:
34星期四
------------------------------------------------------------------------
原始条件:
墙身尺寸:
墙身高:
3.030（m）
墙顶宽:
0.600（m）
面坡倾斜坡度:
1:
0.000
背坡倾斜坡度:
1:
0.400
采用1个扩展墙址台阶:
墙趾台阶b1:
0.400（m）
墙趾台阶h1:
0.500（m）
墙趾台阶与墙面坡坡度相同
墙踵台阶b3:
0.500（m）
墙踵台阶h3:
0.500（m）
墙底倾斜坡率:
0.000:
1
物理参数:
圬工砌体容重:
23.000（kN/m3）
圬工之间摩擦系数:
0.400
地基土摩擦系数:
0.400
墙身砌体容许压应力:
2100.000（kPa）
墙身砌体容许剪应力:
110.000（kPa）
墙身砌体容许拉应力:
150.000（kPa）
墙身砌体容许弯曲拉应力:
280.000（kPa）
挡土墙类型:
浸水地区挡土墙
墙后填土内摩擦角:
35.000（度）
墙后填土粘聚力:
0.000（kPa）
墙后填土容重:
19.000（kN/m3）
墙背与墙后填土摩擦角:
17.500（度）
地基土容重:
18.000（kN/m3）
修正后地基土容许承载力:
500.000（kPa）
地基土容许承载力提高系数:
墙趾值提高系数:
1.200
墙踵值提高系数:
1.300
平均值提高系数:
1.000
墙底摩擦系数:
0.400
地基土类型:
土质地基
地基土内摩擦角:
30.000（度）
墙后填土浮容重:
9.000（kN/m3）
地基浮力系数:
0.700
土压力计算方法:
库仑
坡线土柱:
坡面线段数:
2
折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）换算土柱数
15.2003.0000
25.0000.0000
坡面起始距离:
0.000（m）
地面横坡角度:
30.000（度）
墙顶标高:
0.000（m）
挡墙内侧常年水位标高:
-2.300（m）
挡墙外侧常年水位标高:
-2.530（m）
浮力矩是否作为倾覆力矩加项:
是
=====================================================================
第1种情况:
一般情况
[土压力计算]计算高度为3.030（m）处的库仑主动土压力
按实际墙背计算得到:
第1破裂角：
36.180（度）
Ea=70.728Ex=54.731Ey=44.799（kN）作用点高度Zy=1.029（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：
第2破裂角=12.994（度）第1破裂角=37.990（度）
Ea=70.574Ex=47.229Ey=52.441（kN）作用点高度Zy=1.130（m）
墙身截面积=4.054（m2）重量=93.246kN
地下水作用力及合力作用点坐标（相对于墙面坡上角点）
X分力（kN）Y分力（kN）Xc（m）Yc（m）
墙面坡侧:
1.250.000.00-2.86
墙背坡侧:
-2.66-1.261.84-2.79
墙底面:
-0.0010.810.93-3.03
墙背与第二破裂面之间土楔重=17.106（kN）重心坐标（1.410,-0.780）（相对于墙面坡上角点）
（一）滑动稳定性验算
基底摩擦系数=0.400
滑移力=48.643（kN）抗滑力=61.294（kN）
滑移验算不满足:
Kc=1.260<=1.300
（二）倾覆稳定性验算
相对于墙趾点，墙
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