肯尼亚Muruny大坝消力池底部结构复核.docx
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肯尼亚Muruny大坝消力池底部结构复核
肯尼亚Muruny大坝消力池底部结构复核
（中国江西国际经济技术合作公司肯尼亚Muruny大坝项目部）
一、溢洪道进口过流量推算
实用堰，0.67＜δ/H＜2.5δ—堰的厚度；H—堰上作用水头
边墩形状：
直角1，八字形2，圆弧形3，流线形4.
闸墩形状：
矩形1，尖角形2，半圆形3，尖圆形4，流线形5.
边墩型
闸墩型
闸孔数
堰顶高程（m）
陂上水位（m）
下游水位（m）
堰宽（单孔）B（m）
Q（m3/s）
3
5
1
2716.00
2718.50
2713.69
20
170.30
堰静水头H（m）
Ho3/2
hs/H0
淹没系数δ
流量系数m
边墩系数
闸墩系数
侧收缩系数ε
2.50
3.95
0.000
1.000
0.495
0.7
0
0.983
流量公式
侧收缩系数
二、0+110桩号缓坡段水力学计算（简化为明渠均匀流）
渠道底宽b:
10.0（m）；渠道深度H:
6.0（m）；
渠道中水深h0:
1.92（m）；渠道边坡系数m1:
0；
渠道边坡系数m2:
0。
渠道类型:
清水渠道；水流运动状态:
均匀流。
计算目标:
；计算流量；断面类型:
矩形断面。
渠道的等值粗糙高度:
1.800（mm）；水的运动粘滞系数:
1.011×10^-6（m2/s）；计算谢才系数公式采用manning公式。
渠道底坡：
0.031818；
[糙率参数]糙率n:
0.025
[计算过程]
1、假定水流处于:
水力粗糙区。
渠道的过水断面面积：
19.200（m2）；渠道断面的湿周：
13.840（m）；渠道断面的水力半径：
1.387（m）；渠道断面的水面宽：
10.000（m）。
2、计算流量。
2.1、计算当量粗糙系数。
当量粗糙系数为：
0.02500
2.2、计算谢才系数。
采用的计算公式为：
manning公式
谢才系数为：
42.24294
2.3、计算渠道流量。
渠道流量为:
170.402（m3/s）,满足设计要求。
3、验算假定的水流区是否正确。
3.1、计算渠道流速。
渠道流速为：
8.875（m/s）
3.2、计算雷诺数。
雷诺数为：
48713247.133
所以，Re*K/（4R）等于：
15801.361
假定的水流状态正确。
计算结果:
底高程为2710.50,水位高程为2712.42m。
三、尾水河床水力学计算（假设下游河床过水断面）
[计算条件]
[基本参数]
渠道类型:
清水渠道
水流运动状态:
均匀流
计算目标:
计算流量
断面类型:
矩形断面
渠道的等值粗糙高度:
1.800（mm）
水的运动粘滞系数:
1.011×10^-6（m2/s）
计算谢才系数公式采用manning公式
是否验算不冲不淤流速:
不验算
渠道底坡：
0.01
[几何参数]
渠道底宽b:
15.000（m）；渠道深度H:
4.000（m）；
渠道中水深h0:
2.330（m）；渠道边坡系数m1:
0.000
渠道边坡系数m2:
0.000。
[糙率参数]糙率n:
0.03000。
[计算过程]
1、假定水流处于:
水力粗糙区。
渠道的过水断面面积：
34.950（m2）；渠道断面的湿周：
19.660（m）；渠道断面的水力半径：
1.778（m）；渠道断面的水面宽：
15.000（m）。
2、计算流量。
2.1、计算当量粗糙系数。
当量粗糙系数为：
0.03000
2.2、计算谢才系数。
采用的计算公式为：
manning公式
谢才系数为：
36.68789
2.3、计算渠道流量。
渠道流量为:
170.963（m3/s）
3、验算假定的水流区是否正确。
3.1、计算渠道流速。
渠道流速为：
4.892（m/s）
3.2、计算雷诺数。
雷诺数为：
34405428.205
所以，Re*K/（4R）等于：
8709.151
假定的水流状态正确。
计算结果:
底高程为2689.58m,水位高程为291.91m。
四、消力池复核
[综合式消力池断面简图]
[计算条件]
[基本参数]
消能工类型:
综合式消力池
计算目标:
设计尺寸：
上游底部高程:
2710.500（m）；
下游底部高程:
2689.580（m）；消力池首端宽度:
10.000（m）；
消力池末端宽度:
10.000（m）。
水流的动能校正系数:
1；泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:
0.950；坎后收缩断面处流速系数:
0.950；过坎水流的流量系数:
0.420；水跃淹没系数:
1.050；是否计算消力池前段长度:
交互；
自由水跃跃长计算系数:
6.900；水跃长度校正系数:
0.750。
是否计算消能工底板的厚度:
计算；消能工底板计算系数K1:
0.200；消能工底板安全系数K2:
1.3；消能工底板的饱和重度:
25.000（kN/m^3）；脉动压强系数:
0.050；海漫长度计算系数Ks:
10.0；河床土质允许不冲流速:
1.000（m/s）；
水位流量的组数:
序号单宽流量上游水位下游水位扬压力
（m3/s*m）（m）（m）（kPa）
117.0302712.4202691.9101.000
[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）
117.0304.01426.8540.7938.2512.330远离水跃
2、确定坎高。
计算公式：
c+H10=hc+（q^2）/（2*g*（φ^2）*（hc^2））
其中：
φ坎后水流收缩断面流速系数。
确定使下游形成临界水跃的坎高，即跃后水深等于下游水深。
序号佛汝德数跃前水深坎顶水头坎高
（m）（m）（m）
11.5304.0084.3770.651
设计流量所对应的坎高为：
0.651（m）。
为安全起见，实际采用的坎高可较算出值稍低一些，使坎后形成稍有淹没的水跃。
3、确定池深。
使池内形成稍有淹没的水跃。
计算公式：
σ*hc'=H1+c+S
其中：
σ水跃淹没系数（又称安全系数），c坎高，S池深；
H1=（q/（m*sqrt（2*g）））^（2/3）-（q^2）/（2*g*（σ*hc'）^2）
序号单宽流量总水头收缩断面水深跃后水深消力池深度
（m^3/s*m）（m）（m）（m）（m）
117.03031.0480.7358.6114.194
4、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）
154.3400.00040.755
计算得消能工长度为：
40.755（m）。
5、计算消力池底板厚度。
采用池深为4.194m，坎高为0.651m，池长为40.755m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）
11.00045.84330.9651.7560.000
经计算得所需消力池底板首端最大厚度为：
1.756（m）、末端厚度一般取首端厚度的一半为：
0.878（m）。
6、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）
120.51087.82116.403
计算得海漫长度为：
87.821（m）。
海漫末端河床形成的最大冲刷深度为：
16.403（m）。
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