U型渠道水力计算报告

<p>U型断面的水力计算U型断面接近水力最优断面，具有较大的输水输沙能力，占地较少，省工省料，而且由于整体性好，抵抗基土冻胀破坏的能力较强。因此，U型断面受到普遍欢迎，在我国已广泛使用，多用混凝土现场浇筑。图4-31为U型断面示意图，下部为半圆形，上部为稍向外倾斜的直线段。直线段下切于半圆，外倾角a5°20°，随渠槽加深而增大。较大的U型渠道采用较宽浅的断面，深宽比H/B=0.650.75，较小的U型渠道则宜窄深一点，深宽比可增大到H/B=1.0。U型渠道的衬砌超高a1和渠堤超高a(堤顶或岸边到加大水位的垂直距离)可参考表4-19确定。表4-19&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;U型渠道衬砌超高a1和渠堤超高a值表加大流量(m3/s)&lt;0.50.51.01.0101030a1(m)a(m)0.10.150.20.30.150.20.30.40.20.350.40.60.350.50.60.8注&nbsp; 衬砌体顶端以上土堤高一般用0.20.3m。U型断面有关参数的计算公式见表4-20。表4-20 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;U型断面有关参数计算公式名称符号已知条件计算式过水断面Ar、a、h2湿周Pr、a、h2水力半径RA、P上口宽Br、a、H直线段外倾角ar、B、H圆心角r、B、H圆弧段高度h1r、a圆弧段以上水深h2r、a、h水深hr、a、h2衬砌渠槽高度Hh、a1U型断面水力计算的任务是根据已知的渠道设计流量Q、渠床糙率系数n和渠道比降i求圆弧半径r和水深h。由于断面各部分尺寸间的关系复杂，U型断面的设计，需要借助某些尺寸间的经验关系，如公式(4-57)和表4-21给出的经验关系。设计步骤如下：(1) 确定圆弧以上的水深h2&nbsp; 圆弧以上水深h2和圆弧半径r有以下经验关系：&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (4-57)式中&nbsp; Na直线段外倾角为a时的系数。a=0时的系数用N0表示。直线段的外倾角a和N0值都随圆弧半径而变化，见表4-21。表4-21&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; U型渠道断面尺寸的经验关系r(cm)1530306060100100150150200200250a(°)5668812121515181820N00.650.350.350.300.300.250.250.200.200.150.150.10为了保持圆心以上的水深与a=0时相同，则应遵守以下关系：Na= N0+sina&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (4-58)(2) 求圆弧的半径r&nbsp; 将已知的有关数值代入明渠均匀流的基本公式，就可得到圆弧半径的计算式：&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (4-59)或&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (4-60)式中&nbsp; 圆弧的圆心角，rad；Q渠道的设计流量，m3/s；r圆弧半径，m；a直线段的倾斜角，(°)。(3) 求渠道水深hh=h1+h2=h2+r(1sina)=r(Na+1sina)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (4-61)(4) 校核渠道流速&nbsp; 计算过水断面面积：&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (4-62)计算断面平均流速：该断面平均流速应满足不冲不淤要求。【例4-7】&nbsp; 某斗渠拟采用混凝土U型断面，Q=0.8m3/s，n=0.014，i=1/2000，计算过水断面尺寸。解根据经验估计r=6080cm，查表4-21，选择a=10°N0=0.3。则&nbsp;&nbsp;&nbsp; Na= N0=+sina=0.3+sin10°=0.474=180°-20°=160°=2.793(rad)h=r(Na+1-sina)=0.657(0.474+1-sin10°)=0.854(m)h1=r(1-sina)=0.657(1-sin10°)=0.543(m)h0=h2-rsina)=(h-h1)-rsina=(0.854-0.543)-0.657×0.174=0.197(m)该流速值能满足不冲不淤要求。</p>