溢洪道的溢流堰通常用混凝土或砂浆块石建造。在非岩石地基上,一般采用宽顶堰型;在岩石地基上,特别是在岸坡较陡的情况下,为了增大流量系数,缩短溢流前沿,减少开挖量,往往采用实用断面堰。
溢流堰通常在平面上呈直线状布置。流向堰的水流应尽可能平滑和正交,溢洪道应在一条直线上或在平面上有小曲率。
一.负载
(a)堰体重量
(2)水压
1.梯形堰(图1)
图1梯形堰
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
其中γ0——水容量,t/m;
P01、P02——水平水压力,t/m;
W1、W2、w3——水的重量,t/m
其他符号如图8所示。
2.弯曲堰(图2)
图2弯曲堰
作用在溢流面和反弧段的水压力有利于堰体的稳定,但其数值不大,难以准确确定,可忽略不计。此时作用在堰上的力只考虑上游和下游的水压。
上游水压:(6)
下游水压:(7)
(3)扬压力(图3)
图3扬压力的计算
1.上浮力W4
W4=γ0h2B (8)
式中b——堰底宽度,m..
2.渗透压W5
(9)
扬压力(10)
其中η——作用面积和系数,即扬压力不作用于堰基的整个面积,而只作用于堰体与堰基结合不紧密的区域。η值的范围从大约0.7到1。只有施工质量好,保证堰体与堰基紧密结合,堰基岩石完整,η值才能小于1,一般工程设计中通常取η = 1。
堰基有排水设施时,渗压为折线(图4)。这时,
(11)
其中a-压力折减系数可为0.3 ~ 0.5。
图4带排水设施的渗压计算
(4)尾矿压力P3
(12)
式中P3——尾矿压力,t/m;
γ——尾矿的漂浮容重,t/m;
φ-尾矿的内摩擦角,;
h——堰上尾矿的高度,m
(5)地震力Q0
在考虑地震的地区,地震力的方向是下游最危险的水平力。
Q0=FμcW (13)
式中μc——水平设计地震系数,见表;
w-堰重;
f-地震惯性力系数,一般取f = 1.3。
地震角ε和地震系数μc
地震强度
七八九二、滑动稳定性计算
计算中一般只考虑滑动面上的摩擦力。当滑动面水平时:
(14)
式中k——抗滑安全系数,考虑地震力时取1.2,不考虑地震力时取1.3;
∑W——作用在1m长堰上的所有垂直荷载的代数和;
∑P-作用在1m长堰上的所有水平荷载的代数和;
f——堰体与岩土地基之间的摩擦系数,见相关资料。
当滑动面倾向于与上游水平面成θ角时(图5),则:
(15)
可以看出,堰基向上游倾斜可以增加抗滑稳定性。因此,堰基应开挖成水平或上游倾斜的台阶状,如图12所示。
图5堰基向上游倾斜。
三。堰基应力计算(图6)
图6堰基应力计算
(16)
(17)
(18)
其中σs和σx——堰基上下游边缘的压应力,压应力为正,拉应力为负;
∑W,∑P-与之前相同;
M0——堰底截面形心处所有荷载的力矩之和,t·m,顺时针为负,逆时针为正;
——堰底宽度,m
岩石地基允许堰上游边缘的拉应力不超过0.5kg/cm2,非岩石地基不允许。最大压应力通常发生在岩石地基的下游边缘,其值不应大于地基的容许承载力。同时,对于非岩石地基,应控制上下游边缘压力之比不要过大,一般不超过3,防止不均匀沉降。