水力学和桥涵水文复习资料

'《水力学与桥涵水文》复习资料第一章绪论二、有关名词解释1、“连续介质”概念对于液体的宏观运动来说，可以把液体视为由无数质点组成、没有间隙的连续体，并认为液体的各物理量的变化也是连续的。这种假设的连续体称为“连续介质”。可用连续函数表达液体中各物理量的变化关系。2、液体质点微观上充分大，宏观上充分小的液体微团，称为液体质点3、易流动性静止时，液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性4、粘滞性在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力5、液体内摩擦力剪切变形过程中，液体内部层流间出现成对的切力6、气化液体分子逸出液面向空间扩散的现象。7、表面张力沿液面自由表面，液体分子引力所产生的张力三、主要知识点1、为什么要学水力学与桥涵水文？水力学不但是桥涵孔径、管道渠道设计的基本理论，也是水文资料收集与整理的理论依据，水文分析与计算的结果则是桥涵水力学理论计算必不可少的数据，水力水文计算结果是桥涵布设与结构设计的依据。2、水力学的任务及应用（1）任务以水为模型研究液体的平衡与运动的规律，侧重于演绎推导及原理方法的应用。（2）应用（作用）在交通土建、市政工程、水利、环境保护、机械制造、石油工业等方面都有广泛应用。3、桥涵水文的作用依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵工程可能遭遇的未来水文情势，为桥涵设计提供设计依据。4、连续介质假说（1753年欧拉）假说内容：即认为液体和气体充满一个空间时，分子间没有间隙，是一种连续介质，其物理性质和运动要素都是连续分布的。5、理论分析方法的步骤①、对液体流动现象作物理描述，建立液体运动的力学模型。②、以液体质点作对象，运用机械运动的普通规律建立液体运动的质量守恒、动量定律等微分方程。③、求解，确定液体质点各水力要素（如压强、流速等）的空间分布。6、实验方法（常用的有）①、原型观测——实际工程建筑物②、模型试验——按一定比例缩小或放大建筑物 7、水密度变化情况及工程处理措施①、在标准大气压下，t=4ºC时水的密度最大，ρ=1000kg/m3;t=0ºC～30ºC,密度只减小0.4%，但当t=80ºC～100ºC，密度减少达2.8%～4%；（不同温度下水的物理性质表现见表1-1P4）[工程处理措施]：在温差较大的热水循环系统中应设膨胀接头或膨胀水箱以防管道或容器被水胀裂。②、在t=0ºC时，冰的体积比水约大9%。[工程处理措施]：路基、水管、水泵及盛水容器等在冬季均需加防冰冻破坏措施。8、密度与重度关系式γ=G/V=mg/V=ρg且有水的重度=·g=G/V=9800N/m3=9.8KN/m39、单位转换（课本P4表1-3）国际单位制，重度单位N/m3;工程单位制，重度单位kgf/m3例：质量1kgf=1kg×9.8m/s2=9.8N10、液体、气体的粘滞性与温度的关系a.液体的粘滞性随温度的升高而减小；b.气体的粘滞性随温度的升高而增大11、牛顿的内摩擦定律（1686年，平板实验见p5图1－1）式中：T——液体内摩擦切应力；μ——动力粘度，单位Pa·S有——液体的运动粘度，又称粘滞运动系数，单位m2/s水的运动粘度（泊肃叶公式）12、水力学中液体分成两类a.理想液体：没有粘滞性的液体b.实际液体：存在粘滞性的液体牛顿液体：凡与呈过原点的正比例关系的液体；非牛顿液体：不符合牛顿内摩擦定律的液体。13、液体气化产生条件：，即绝对压强≦气化压强①、气化压强当气化和凝结达到动态平衡时，液体的绝对压强称为气化压强或饱和蒸气压强，用Ps表示。②、预防气化 液体气化即在其内部会出现气体气泡，产生空化现象，可造成虹吸管真空条件破坏而中断流动，也可造成水泵工作破坏，对固体边壁产生破坏的气蚀现象及引起建筑物震动等。14、力的分类（1）按力的物理性质分类粘性力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等。（2）按力的作用特点区分质量力和表面力第二章水静力学二、有关名词解释：1、等压面液体中压强相等各点所构成的曲面。2、绝对压强Pabs以绝对真空起算零点的压强，成为绝对压强，即实际压强3、相对压强Pγ以工程大气压Pa作起算零点的压强，称为相对压强三、主要知识点：1、水静力学的核心问题：根据平衡条件建立压强分布规律，确定作用在建筑物表面上的静水总压力的大小、方向及其作用点。2、静水压强的特性（两大特性）（1）垂直指向作用面（2）同一点处，静水压强各向等值3、液体平衡微分方程X-，Y-,Z-又称为欧拉平衡微分方程结论：静水液体的平衡条件是单位质量力于其表面力相等。4、静水压强分布的微分方程dp=结论：静水压强分布取决于液体所受的单位质量力。5、等压面方程按定义：p=const,dp=oXdx+Ydy+Zdz=0即单位质量力的合力f及合位移ds，f·ds=O这表明等压面的质量力所作微功等于0，但f≠0，ds≠0，可见只有f和ds互相垂直。6、水静力学基本方程Z+ 7、压强单位的表示方法①、单位面积上的力，（定义），单位Pa1Pa=1N/m²KPa，MPa②、用液体高度表示，单位m（液柱）如P=98KN/m²则有P/γ=98/9.8=10m（水柱）=98/133.28=736mm（汞柱）③、用工程大气压Pa的倍数表示1个标准大气压=98KPa=10m水柱=736mm水银柱1个标准大气压=1.013×105Pa=760mm水银柱8、压强分类（绝对压强、相对压强、真空值）①、绝对压强Pabs以绝对真空起算零点的压强，成为绝对压强，即实际压强Pabs=Po+γh≧0。②、相对压强Pγ以工程大气压Pa作起算零点的压强，称为相对压强Pγ=Pabs-Pa=（Po+γh）-Pa自由表面取Po=Pa时，得Pγ=γh③、真空值Pv和真空度hvhv=Pv/γPv=|Pγ|=|Pabs-Pa|而Pabsx2>x3>…>xn2º统计各随机变量xi的频数fi及累频数m(x≥xi)=???.其中fi即实测记录中xi的个数。3º按维泊公式计算各实测值的累积频率P(x≥xi)4º将点（Pi,xi）点绘于坐标纸中，通过点据分布的平日趋趋势目估绘线，即可得经验累积频率曲线。6、统计参数---实测系列的平均数 Cv---实测系列的离系数Cs---实测系列的偏差系数，Cv,Cs----统称为统计参数7、水文计算的频率分析的目的是以水文现象（水位、流量、降水强度）实测值系列与经验累积频率关系作样本，以皮尔逊Ⅲ型曲线总体频率关系数学模型，选配一条与经验累积频率点据分布拟合情况最佳最佳理论设计值xp8、现行频率分析方法（1）、试错适线法步骤：计算经验累积频率，绘制经验频率曲线；计算平均数，拟定离差系数，试算偏差系数；选定三参数；根据确定的三参数，得出理论推算累积频率曲线，推算规定频率的流量（2）、三点适线法步骤：计算经验累积频率，绘制经验频率曲线；为理论频率曲线初选三参数；适线选定三参数；根据确定的三参数，推算规定频率的流量（3）、矩法第十一章桥涵设计流量及水位推算法二、有关名词解释：1、年经流量一年内通过河流某断面（如取水工程或桥涵所在断面等）的水量，称为这个断面以上流域的年经流量。2、枯水经流量（最小年经流量）枯水期、地面径流小，主要靠地下水补给的河川径流，称为枯水径流量。三、主要知识点：1、设计洪水的内容：（设计洪水三要素）（1）投计洪水总量“量”（2）设计洪水过程线“过程”（3）设计洪峰流量“峰”2、形态调查方法实地考查历史上发生过的洪水位痕迹（简称洪痕），并通过河道地形、纵、、横断面、洪痕高程及位置等形态资的测量，再按水力学方法推算出历史洪峰流量，此法又称法又称为洪水调查方法。3、洪水调查工作包括：（1）河段踏勘（2）现场访问（3）形态断面及计算河段选择 （4）野外测量此外，还应收集有关地区的历罗文献及文物，考证辨认历史洪水痕迹发生的年代第十二章大中桥位勘测设计二、有关名词解释1、桥位勘测在桥位设计前，对桥位地区的治经济情况、自然地理情况及其它条件作详细调查与测量，统称为桥位勘测。2、桥下壅水高程是指设计水位以上的水位升高值，它包括因桥也压缩河宽旨起的水位壅高，波浪高度，水拱高度，河湾横比降超高，河床淤积高度等。常用表示。3、桥面标高桥面中心线上最胸点标高。它用以表示桥梁高度三、主要知识点1、大、中桥设计的一般规定（1）、避免桥前壅水过高危及农田村舍；(2）、对于桥下河床一般不加护砌，而是按容话冲刷程度确定桥下桥孔长度；(3)、桥台应布设在地质良好地带(4)、布设桥也应注意通航、潮汐、河流变迀等的影响，合理布孔。(5)、在流冰河流上建桥，布设桥孔应考虑流冰水位、冰块大小及破冰措施，适当加大流六、冰净跨。(6)、尽量减少梁跨、墩台及基础类型。(7)、无可靠水文资料时，也径宁宽勿窄，基础宜深勿浅，净也宜高勿低，适当留有余地。(8)、增建第二线或改建既有桥线时，其跨径和净空，应按新建的设计标准办理。2、桥位选择的一般要求（1）服从路线总方向及建桥的特殊要求(2)桥轴线为直线或曲率小的平滑曲线，纵坡较小。（3）少占农田，少拆迁，少淹没（4）有利于施工（5）适应市政规划，协调水运，铁路运输，满足国防、经济开发等的3、桥位调查三方面内容（1）、桥位测量（2）、水文调查（3）、工程地质勘测4、桥孔长度计算冲刷系数法、经验公式法5、河段分类根据河床变形征和河段稳定性，我国河段可分为峡谷性、稳定性、变迁性、游荡性、宽滩性和冲积漫流性七类。6、桥面标高计算的计算内容：（1）桥前最大壅水高度△Z 工程△Z=P28512-18式中η---指水流阻力系数(表12-6)Vm---桥下断面设计平均流速，（表12-7）Vo---桥前河道断面平均流速桥前△Z壅水曲线段全长，可按二次抛物线计：△Z=（2）桥下最大壅水高度△Z`，一般取△Z`=1/2△Z山区和半山区河流：△Z`=△Z平原河流：△Z`=0（3）波浪方程hL1º应用条件：当桥前为水库、湖泊、设计洪水持续很长时的河流时才考虑计入浪高。2º计算，可按12-19经验公式，也可查《公路桥经勘测设计规范》计算桥位标高时，通常以流高的三分之二计入。（4）水拱高h△常见于半山区或山前区狭谷山口，通常按现场调查决定。（5）河湾横比降超高Z<凹岸高，凸岸低>可近似按下式计算P=Ph=z（6）河床淤积高度在决定桥下净空时应予考虑，通常均由调查实测确定。7、桥面标高的影响因素应满足泄流、通航、流冰、流水的要求并考虑桥产壅水高度、波浪高度、水拱高度、河湾水位超高河床淤积影响。8、桥面标高的计算公式（1）非通航河流Hmin=Hp+（2）通航河流H9、调治构造物作用调治构造物的作用是调节水流、整治河道，使通过桥孔的水流均匀顺畅，防止桥位附近河床和河岸产生不利变形，以确保附近农田免糟水害，确保桥梁墩台和桥头孔道的正常运用。10、调治构造物分类按其对水流的作用，可分为三类（1）导流构造物（2）挑流构造物 （3）底流调治构造物第十三章桥梁墩台冲刷计算二、有关名词解释1、河床自然冲刷河床在水力作用下及泥沙运动等因素的影响下，自然发育过程造成的冲刷现象，称为河床自然冲刷2、桥下断面一般冲刷桥一河床全断面发生的冲刷现象3、一般冲刷深度通常取一般冲刷停止时的桥下最大铅垂水深，以符号hp表示4、墩台局部冲刷桥下河床全断面发生的冲刷现象为一般冲刷；而水流因受墩台阻挡，在墩台附近发生的冲刷现象5、墩台局部冲刷深度冲刷坑最大深度常用符号hb表示6、桥下河槽最低冲刷线桥梁墩台处河床自然演变等因素冲刷深度△h，一般冲刷深度hp及局部冲刷深度hb三者全部完成后的最大水深线，称为桥下河槽最低冲刷线三、主要知识点1、墩台冲刷现象的类型（1）河床自然演变冲刷（2）桥下断面一般冲刷（3）墩台局部冲刷2、桥下断面一般冲刷深度计算常用的经验公式有64-1公式与64-2公式以及包尔达可夫公式。3、墩台局部冲刷深度计算公式（1）、65-1公式（1991）P304（2）、65-2公式（1991）（3）、包尔达可夫公式4、桥下河槽最低冲刷线计算hs=hp+hb+△hHs=Hp-hsHN=Hs-△chs—桥下综合冲刷最大深Hp—设计水位Hs—桥下最低冲刷线高程△c—基础埋深安全值5、桥位设计应收集的水文资料及有关计算项目：答：（一）应收集的水文资料 （1）历年实测洪峰流量，桥梁类别及等级（2）桥位河床断面图及河段平面图（3）水位流量关系曲线，水位面积曲线及水位流速曲线，洪水泛滥边界及宽度；（4）河床泥砂组成及不均粒径，滩、槽糙率（5）河段类型（6）河流含沙量、风向、风速气温、降水、冰凌，冰雪覆盖深度，航道等级。船舶净空要求及附近桥梁和水工建筑物资料等。（二）有关计算项目（1）孔径计算---桥长计算（2）各种水面升高值及桥面标高计算；（3）桥梁墩台冲刷计算，桥下最低冲刷线及其础埋置高程计算。第十四章小桥涵勘测设计二、主要知识点：1、小桥涵设计原则（1）安全、适用、经济、美观（2）因地制宜，就地取材，便于施工养护（3）密切配合当地农田水利，满足家男排灌要求。2、设涵位置及辅助措施（1）平原区涵位1º沟心涵2º灌溉涵3º改沟涵（图14-2）（2）山岭地区涵位1º顺沟设涵2º变坡点设涵3º高地山内侧截水沟及路基排水边沟出口应设涵。（图14-4）4º陡坡急弯处5º岸坡涵6º并沟设涵7º改涵为明沟8º在河湾处设涵3、小桥涵勘测水文计算方法（1）暴雨径流法由降水资料推求设计流量与水位（2）形态调查法由现场勘测推求设计流量与水位（3）直接类比法按类比确定设计流量与水位，按已成桥的经验确定小桥涵孔径。4、小桥涵分类 ①、按材料分（1）砖涵（2）石涵（3）砼涵（4）钢筋砼涵（5）其它材料涵②、按构造型式分类（1）管涵（直径0.5-1.5m）（2）盖板涵（适用于低填土路基，可做成明涵）（3）拱涵（就地取材，易于施工）（4）箱涵（适用于软土地基，施工困难，造价高）③、按洞顶填土情况分类：（1）明涵：洞顶填土小于0.5m.（2）暗涵：洞顶填土大于0.5m④、按水力性能分类（图14-11P320）（1）无压涵洞（洞内水流具有自由表面）（2）半压涵洞（3）有压涵洞⑤、按涵洞洞身型式分类（1）平置式（2）平置式阶梯涵（3）斜置式坡涵5、小桥涵适应用性（1）小桥的适用性跨越流量大，漂浮物多，有泥石、冲积堆、深沟陡岸、填土过高的河沟。（2）涵洞的适用性。流量小、漂浮物少，不受填土高度限制的河沟6、常见的涵洞类型及其特性（1）石拱桥涵1º优点：可就地取材，造价低，易施工，结构坚固寿命长。2º缺点：建筑高度大，难以限制施工，难修复，工期长，地基要求高。3º适应性：适应于地基基础较好的地形。（3）钢筋砼盖板涵1º优点：建筑高度小，不要填土高度限制。可预制拼装，施工简便，对基础要求不高，易于修复。2º缺点：钢材用量大，造价高。3º适应性：适用于高速公路，改建道路，流量大，填土高度受限制地段。（常用）（4）钢筋砼箱法1º特点：造价高，施工困难2º较少用，适用于软弱地基（5）钢筋砼圆管涵1º优点：力学性能好、构造简单、工期小、工程量小、施工方便 2º缺点：清淤困难，流量少。3º适应性：适应于L在0.5-1.5，Q<10m³/s,小型涵洞常用类型。7、小桥与大中桥孔径计算有什么不同（1）、大中桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，容许桥下河床发生一定的冲刷，采用天然河槽断面平均流速作为桥孔设计流速，并按自由出流条件，由计算的过水面积推求桥孔长度。（2）、小桥孔径计算以冲刷系数作控制条件，河床不容许发生冲刷，但容许有较大的桥前壅水高度，须考虑，桥孔的出流状态，按此确定桥孔长度。8、小桥涵孔径设计的一般要求。（1）、孔径计算通常考虑护砌，水力计算的容许不冲刷流速作控制。（2）、孔径必须保证安全泄洪，满足交通，灌溉，便于施工与养护。（3）、孔径由水力计算提出基本尺寸，并经综合考虑流域水文特征，沟槽形态、地质特点，冲淤情况及人类活动影响等因素选定。（4）、尽量采用标准跨径。（5）、孔径型式在同一区段内应力求简化，便于施工养护。（6）、涵洞一般应设计成无压流，以防渗漏危及路堤。（7）、涵洞可设计成单孔或双孔，不宜采用多孔形式。（防止流量分配不均匀超过设计标准）（8）、为便于养护维修，按《桥规规定》hd=1m时，L≤15m(hd---净高)hd=1.25m时，L≤25mhd=1.5m时，长度不受限制灌溉上的涵洞，可采用hd=0.75mhd<1m时，L≤10mhd≥1m时，L≤15m9、小桥桥孔长度计算（1）自由出流1º桥孔长度计算公式：（14-11）P325多孔桥长：L=Bk+2m△h+NdL=B+2m△h+Nd单孔桥长Lj=B+2m△h2º桥下为矩形断面时：单孔桥长：Lj=B多孔桥长：Lj=B+Nd.(2)淹没出流P3261º过水断面平均宽计算（14-12）单孔桥长：Lj=+2m(1/2ht+△h)多孔桥长：L=+2m(1/2ht+△h)+Nd2º桥下为矩形断面时 单孔桥长：Lj=多孔桥长：L=L+Nd10、长涵与短涵的标准（1）概念：洞长不影响泄水能力的涵洞，称为“短涵”洞长对泄水能力有影响的涵洞称为“长涵”（2）标准Lk=(64-163m)HL≥Lk时长涵L