yD=210-158.8=51.2
溢流坝剖面主要特征点坐标 X Y
第三节 水力计算 一、开敞式溢流孔泄水能力计算 32 Q?mz??mB2ghz (7) A -4.5 2.41 O O O B 16.26 8.70 C 46.28 45.56 D 61.90 53.07 E 69.35 51.20 O／ 61.90 33.07 式中：Q—流量（m3/s）；
； hz—堰顶作用水头（m）
B—溢流堰净宽（m）；
mz—流量系数，当P/hz >3时，mz=m=0.47～0.49 当P/hz≤3时，m=0.44～0.47；
g—重力加速度（m/s2），g＝9.81 m/s2; ?—侧收缩系数可取，?=0.90～0.95；
?m—淹没系数，?m＝1。
定型设计水头HS情况下的流量系数m和其它作用水头Hz情况下的流量系数mz
的比值见下：(《水工设计手册》第六卷P6－175表27－2－1) Hz/Hs 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 mz/m 0.85 0.90 0.95 0.925 1.0 1.025 1.07 1）、校核情况： HZ=227.2-210=17.2m HS=0.95×17.2=16.34m Hz/Hs=17.2/16.34=1.0526
查表计算的mz/m＝1.013 ，m取0.48 mz=1.013×0.48=0.486
Q?0.486?0.95?1??15?19???2?9.81??17.232＝41555.2 m/s
123
q=Q/B=41555.2/345=120.45m3/s·m
21
69
B=20×3+15×19=345米 堰面流速系数??31?0.055
,流速比：KE?0.5KEqgs1.51
S1=227.2-158.8=68.4m
KE=120.45/（9.81/2×68.41.5）=0.0667 则φ=0.924
V=φ（2gs1）1/2=0.924×(2×9.8×68.4)1/2=33.88m/s V1=1.1V＝1.1×33.88=37.27m/s hc=q/v1=120.45÷37.27=3.23m 2）、设计情况
HZ=224.7-210=14.7m Hz/Hs=14.7/16.34=0.899
查表计算的mz/m取1.0，m＝0.48 mz=1.0×0.48=0.48
123
Q?0.48?0.95?1??15?19???2?9.81?=32427.5m/s
q=QB=32427.5÷345=94m3/s·m
速度比：KE=94/（9.81/2×66.11.5）=0.056 堰面流速系数φ=0.915
V=0.915×（2×9.8×66.1）1/2＝32.94 m/s V1=1.1V=1.1×32.94=36.23m/s hc=q/V1=94/36.23=2.59m
反弧半径Ro为（4～10）hc 这里取Ro=20.0m。
二、挑流冲刷坑的挑距计算
L?12V1sin?cos??V1cos?V12sin2??2g?h1?h2? (8) g??式中L—水舌挑距（m）;
g—重力加速度（m/s2），g＝9.81 m/s2; V1—坝顶水面流速（m/s）; θ—挑射角度,在此取θ=25°;
h1—坎顶平均水深hc 在铅直向的投影(m)， h1=hc×cosθ;
h2—坝顶至河床面的高差（m）。 a.校核情况 V1=32.27 m/s
h1=3.23×cos25°=2.93m h2=158.8-126.2=32.6m
1L?37.272sin25?cos25??37.27cos25?37.272sin225?2?9.81??2.93?32.6?
9.81＝159.99m
??
22 69
b.设计情况 V1=36.23 m/s
h1=2.59×cos25°=2.35m h2=32.4m L=172.7m
c.最大冲坑水垫厚度估算：
tk?aq12H0.25 (9)
式中：tk-水垫厚度 ，自水面算至坑底，（m）；
3
q-单宽流量，m/（s·m) H-上下游水位差，（m）
a—冲坑系数，对坚硬完整的基岩a=0.9～1.2,坚硬但完整性较差的基岩a=1.2～1.5，软弱破碎、裂隙发育的基岩取a=1.5～2.0。在此取值为a=1.5。
1）校核情况：
H=227.2-156.8=70.4m
tk=1.5×120.450.5×70.400.25=47.69m 坑深tk′=tk-(156.8-126.2)=17.09m L/tk′=159.99/17.09=9.36＞2.5～5.0 2）设计情况：
H=224.7-152.0=72.7m tk=1.5×940.5×72.70.25=42.5m tk′=tk-(152.0-126.2)=42.5-25.8=16.7m L/tk′=172.7/16.7=10.34＞2.5～5.0
根据经验，当冲坑上游侧与挑坑未端的距离大于2.5-5.0倍冲坑深度时，将不影响建筑物的安全，经验证，均满足要求。
三、真空验算
为避免溢流坝溢流时，堰项产生过大的负压而引起空蚀 破坏按《规范》规定： 1）常遇洪水位闸门全开时，不得出现负压；
2）核核洪水位闸门全开时，出现负压不得超过3～6m（水柱）；
3）正常蓄水位或常遇洪水位闸门局部开启时，可容许有不大的负压值，应在下表范围之内：定型设计水头HS=15.48m 。 Hs/Hzmax 0.75 0.775 0.80 0.825 0.85 0.875 0.9 0.95 1.0 最大负压值（m） 0.5Hs 0.45Hs 0.4Hs 0.35Hs 0.3Hs 0.25Hs 0.2Hs 0.1Hs 0.0Hs 最大负压值0.2Hs=0.2×15.48=3.96m＜3～6m（水柱） 在允许真空度以内，满足《规范》要求。 四、闸墩尺寸拟定
1）闸墩的布置有：边墩、中墩
2）闸墩尺寸设定：闸墩的断面形式应使水流平顺，减小孔口水流的侧收缩。根据潘家口水库工程的具体情况，我们按照经验，闸墩选用半圆曲线。
其中，闸墩厚度取为3m，《规范》规定闸墩厚度为孔宽的1/5～1/7。
本工程采用弧形闸门，无检修闸门，不设门槽，地震较频繁，设计烈度为8度，为提高侧向刚度，闸墩及边墩的宽度取3m是合理的。
23 69
第四章 挡水坝的应力计算及稳定分析
荷载组合可分为基本组合和特殊组合两类。基本组合属设计情况或正常情况，特殊组合属校核情况或非常情况。本计算书按设计要求，只计算基本组合的正常蓄水位情况和特殊组合的地震情况。
第一节 基本荷载组合的稳定分析及应力计算
一、荷载计算
1.垂直作用于坝体表面的静水压力
P=rH (10)
式中：H—计算的水深（m）；
r—水的容重， 2．水平泥沙压力
rh?Pn?nntg2(45??) (11)
222式中：rn—泥沙的浮容重（t/m3）
hn—坝前泥沙的淤积高度。
φ—泥沙的内摩擦角（ο）。 3．浪压力
? PL?2LL?2hL?h0? (12)
4式中：2LL-波长（m），2LL =10.4（2hL）0.8;
2hL-浪高（m），2hL ＝0.0166V5/4D1/3;
ho-波浪中心线至水库静水位的高度（m），其值为： ho=4×3.14（2hL）2/2LL 。
4、地震荷载：（水平向地震惯性力和竖向地震惯性力，采用拟静力法）
Q0=KHCZFW (13)
式中：KH-水平向地震系数，为地面水平最大加速度的统计平均值与重力加速度的比值，当设计烈度为7、8、9度时， KH分别取0.1、0.2和0.4；
CZ-综合影响系数，可取1/4;
F-地震惯性力系数，可查表《水工建筑物》表3-1求得； W-产生地震惯性力的建筑物总重量，kN，详见计算表。 Q0=0.2×0.25×1.5×10400.79=780.06t
沿重力坝高度作用于质点i的水平地震惯性力Pi为
24
69
n ∑ Pi=Wi△iQ0/ Wi△i (14) i=1
式中：△i-地震惯性力分布系数；
Wi-集中在质点i上的重量，kN； n—建筑物划分的质点总数。
计算竖向地震惯性力时，应以竖向地震系数Kv代替KH。据统计：竖向地震加速度的最大值约为水平地震加速度最大值的2/3，即Kv≈2/3KH。当同时计入水平和竖向地震惯性力时，竖向地震惯性力还应乘以遇合系数0.5。竖向地震惯性力系数，仍可查表《水工建筑物》表3-1求得。
V0= 0.5(2KH/3)CZFW ＝0.5×（2/3）×0.2×0.25×1.5×10400.79=260.02t 各分块的竖直向地震惯性力Vi：Vi= V0 5.地震动水压力
地震时，坝前、坝后的水也随着震动，形成作用在坝面上的激荡力。在水平向地震作用下，直立坝面水深y处的地震动水压力强度：
py=KHCZfyγoHo (15)
式中：fy—水深y处的地震动水压力分布系数，可取0.65； 查《水工建筑物》表3－2 y/H0 fy 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0.43 0.58 0.68 0.74 0.76 0.76 0.75 0.71 0.68 0.67 Wi△i
∑Wi△i
γO—水的容重，kN/m3； HO—水深（m）
25
69