土石坝波浪雍高计算书

土石坝波浪雍高计算书
项目名称_____________日期_____________
设计者_____________校对者_____________
一、基本设计资料
1．依据规范及参考书目：
《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）
《堤防工程设计规范》（GB50286-98）
2．计算参数：
建筑物位置类型：平原滨海地区
建筑物等级：4级
正常蓄水位时，迎水面前水深H ＝27.000 m
设计洪水位时，迎水面前水深H d＝27.980 m
校核洪水位时，迎水面前水深H c＝28.320 m
正常蓄水位时，风区内水域平均水深H m＝27.000 m
风区长度D ＝1000.000 m
多年平均的最大风速v o＝10.000 m/s
风速的测量高度H c＝10.000 m
风向与坝轴线法向夹角β＝0.00 度
糙率及渗透性系数K△＝1.000
地震安全加高he ＝1.000 m
迎水面坡度类型为：单一坡度，坡比m ＝1.250
二、计算依据
按莆田实验站公式计算出平均波高h m（m）、平均波周期T m（s）：g×h m/v o2＝0.13×tanh[0.7×(g×H m/v o2)0.7]×
tanh{0.0018×(g×D/v o2)0.45/[0.13×tanh(0.7×(g×H m/v o2)0.7)]} T m＝4.438×h m2
式中：
h m——平均波高（m）；
T m——平均波周期（s）；
v o——计算风速（m/s）；
D ——风区长度（m）；
H m——水域平均水深（m）；
g ——重力加速度，取9.81m/s2；
平均波长与平均周期的关系：
L m＝g×T m2/2/π×tanh（2πH/L m）
三、设计洪水位加正常运用条件下的计算
1．计算条件：
建筑物等级为5级，设计洪水位条件下，安全超高A＝0.50 m
5级建筑物正常运用条件下，计算风速W＝1.5×v o＝15.00 m/s
风区内水域平均水深H m＝27.00＋27.98－27.00＝27.98 m
2．计算坝顶超高：
当风速测量高度hc＝10.00时，依据《碾压式土石坝设计规范》表A.1.1查得：风速高度修正系数Kz＝1.000，计算风速W＝1.000×15.00＝15.000 m/s 依据上述公式算得：
平均波长L m＝6.890 m，平均波高h m＝0.225 m
风壅水面高度可按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.10算得：
e ＝K×W2×D/2/g/H m×cosβ
式中：e ——计算点处的风壅水面高度，m；
K ——综合摩阻系数，取3.6×10-6；
β——计算风向与坝轴线法线的夹角，度。

e ＝3.6×10-6×15.002×1000.0/2/9.81/27.98×cos0.0°＝0.0015m
当W/（gH）1/2＝0.905时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-2查得：经验系数K w＝1.000
当m≤1.25时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高R m
按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.12-2算得：
R m＝K△×K W×Ro×h m
式中：
Ro ——无风情况下，平均波高h m＝1m时，光滑不透水面的爬高值，m；
当m＝1.250时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-3查得：
Ro ＝2.500
R m＝1.000×1.000×2.500×0.22 ＝0.562 m
5级建筑物设计波浪爬高值采用累计频率为5%的爬高值R5%
当h m/H＝0.008时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.13查得：
R p / R m＝1.840
R p＝1.840×0.562 ＝1.034
当β＝0.01度时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.15查得：
斜向来波折减系数Kβ＝1.000
R p＝1.000×1.034 ＝1.034
计算超高y＝R p＋e＋A＝1.034＋0.0015＋0.500＝1.535m
大坝计算总高H'＝H＋y＝27.980＋1.535＝29.515m
3．计算波浪压力：
最大压力强度Pz按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-1、A.1.16-2算得：Pz ＝K p×K1×K2×K3×γw×h s
K1＝0.85＋4.8h s/L m＋m（0.028－1.15h s/L m）
式中：Pz ——最大压力强度，kN/m2；
K p——频率换算系数，取1.35；
K2——系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得；
K3——相对强度系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得；
γw——水容重，kN/m3；
h s——有效波高，取累积频率为14%的波高h14%，m。

当h m/H m＝0.008时，从《堤防设计规范》表C.1.3-1查得：
h14%/h m＝1.606，hs＝1.606×0.225＝0.361 m
K1＝0.85＋4.8×0.361/6.890＋1.250×（0.028－1.15×0.361/6.890）
＝1.061
当L m/h s＝19.089时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得：
K2＝1.273
当h s＝0.361时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得：
K3＝3.700
Pz＝1.350×1.061×1.273×3.700×9.81×0.361＝23.89 kN/m2
最大压力强度距水面的距离Z z按《碾压式土石坝设计规范》
式A.1.16-3、A.1.16-4、A.1.16-5算得：
Z z＝A＋1/m2×[1－（2m2＋1）1/2]×（A＋B）
A ＝h s×（0.47＋0.023×L m/h s）×（1＋m2）/m2
B ＝h s×[0.95－（0.84×m－0.25）×h s/L m]
A ＝0.361×（0.47＋0.023×6.890/0.361）×（1＋1.2502）/1.2502
＝0.538
B ＝0.361×[0.95－（0.84×1.250－0.25）×0.361/6.890]
＝0.328
Z z＝0.538＋1/1.2502×[1－（2×1.2502＋1）1/2]×（0.538＋0.328）
＝-0.033 m
《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16中斜面上各计算点到点Z的距离按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-6算得：
S ＝m ×L m / （m2－1）1/4
S ＝1.250×6.890/（1.2502－1）1/4＝9.945 m
L1＝0.0125 ×S ＝0.0125 ×9.945 ＝0.124 m
L2＝0.0325 ×S ＝0.0325 ×9.945 ＝0.323 m
L3＝0.0265 ×S ＝0.0265 ×9.945 ＝0.264 m
L4＝0.0675 ×S ＝0.0675 ×9.945 ＝0.671 m
根据《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16算得浪压力F ＝11.698 kN
四、正常蓄水位加正常运用条件下的计算
1．计算条件：
建筑物等级为5级，正常蓄水位条件下，安全超高A＝0.50 m
5级建筑物正常运用条件下，计算风速W＝1.5×v o＝15.00 m/s
风区内水域平均水深H m＝27.00 m
2．计算坝顶超高：
当风速测量高度hc＝10.00时，依据《碾压式土石坝设计规范》表A.1.1查得：风速高度修正系数Kz＝1.000，计算风速W＝1.000×15.00＝15.000 m/s 依据上述公式算得：
平均波长L m＝6.890 m，平均波高h m＝0.225 m
风壅水面高度可按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.10算得：
e ＝K×W2×D/2/g/H m×cosβ
式中：e ——计算点处的风壅水面高度，m；
K ——综合摩阻系数，取3.6×10-6；
β——计算风向与坝轴线法线的夹角，度。

e ＝3.6×10-6×15.002×1000.0/2/9.81/27.00×cos0.0°＝0.0015m
当W/（gH）1/2＝0.922时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-2查得：
经验系数K w＝1.000
当m≤1.25时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高R m
按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.12-2算得：
R m＝K△×K W×Ro×h m
式中：
Ro ——无风情况下，平均波高h m＝1m时，光滑不透水面的爬高值，m；
当m＝1.250时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-3查得：
Ro ＝2.500
R m＝1.000×1.000×2.500×0.22 ＝0.562 m
5级建筑物设计波浪爬高值采用累计频率为5%的爬高值R5%
当h m/H＝0.008时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.13查得：R p / R m＝1.840
R p＝1.840×0.562 ＝1.034
当β＝0.01度时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.15查得：
斜向来波折减系数Kβ＝1.000
R p＝1.000×1.034 ＝1.034
计算超高y＝R p＋e＋A＝1.034＋0.0015＋0.500＝1.535m
大坝计算总高H'＝H＋y＝27.000＋1.535＝28.535m
3．计算波浪压力：
最大压力强度Pz按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-1、A.1.16-2算得：Pz ＝K p×K1×K2×K3×γw×h s
K1＝0.85＋4.8h s/L m＋m（0.028－1.15h s/L m）
式中：Pz ——最大压力强度，kN/m2；
K p——频率换算系数，取1.35；
K2——系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得；
K3——相对强度系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得；
γw——水容重，kN/m3；
h s——有效波高，取累积频率为14%的波高h14%，m。

当h m/H m＝0.008时，从《堤防设计规范》表C.1.3-1查得：
h14%/h m＝1.606，hs＝1.606×0.225＝0.361 m
K1＝0.85＋4.8×0.361/6.890＋1.250×（0.028－1.15×0.361/6.890）＝1.061
当L m/h s＝19.094时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得：K2＝1.273
当h s＝0.361时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得：
K3＝3.700
Pz＝1.350×1.061×1.273×3.700×9.81×0.361＝23.88 kN/m2
最大压力强度距水面的距离Z z按《碾压式土石坝设计规范》
式A.1.16-3、A.1.16-4、A.1.16-5算得：
Z z＝A＋1/m2×[1－（2m2＋1）1/2]×（A＋B）
A ＝h s×（0.47＋0.023×L m/h s）×（1＋m2）/m2
B ＝h s×[0.95－（0.84×m－0.25）×h s/L m]
A ＝0.361×（0.47＋0.023×6.890/0.361）×（1＋1.2502）/1.2502
＝0.538
B ＝0.361×[0.95－（0.84×1.250－0.25）×0.361/6.890]
＝0.328
Z z＝0.538＋1/1.2502×[1－（2×1.2502＋1）1/2]×（0.538＋0.328）
＝-0.033 m
《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16中斜面上各计算点到点Z的距离按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-6算得：
S ＝m ×L m / （m2－1）1/4
S ＝1.250×6.890/（1.2502－1）1/4＝9.945 m
L1＝0.0125 ×S ＝0.0125 ×9.945 ＝0.124 m
L2＝0.0325 ×S ＝0.0325 ×9.945 ＝0.323 m
L3＝0.0265 ×S ＝0.0265 ×9.945 ＝0.264 m
L4＝0.0675 ×S ＝0.0675 ×9.945 ＝0.671 m
根据《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16算得浪压力F ＝11.696 kN
五、校核洪水位加非常运用条件下的计算
1．计算条件：
平原、滨海地区5级建筑物，校核洪水位条件下，安全超高A＝0.30 m
5级建筑物非常运用条件下，计算风速W＝v o＝10.00 m/s
风区内水域平均水深H m＝27.00＋28.32－27.00＝28.32 m
2．计算坝顶超高：
当风速测量高度hc＝10.00时，依据《碾压式土石坝设计规范》表A.1.1查得：风速高度修正系数Kz＝1.000，计算风速W＝1.000×10.00＝10.000 m/s 依据上述公式算得：
平均波长L m＝4.400 m，平均波高h m＝0.144 m
风壅水面高度可按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.10算得：
e ＝K×W2×D/2/g/H m×cosβ
式中：e ——计算点处的风壅水面高度，m；
K ——综合摩阻系数，取3.6×10-6；
β——计算风向与坝轴线法线的夹角，度。

e ＝3.6×10-6×10.002×1000.0/2/9.81/28.32×cos0.0°＝0.0006m
当W/（gH）1/2＝0.600时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-2查得：经验系数K w＝1.000
当m≤1.25时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高R m
按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.12-2算得：
R m＝K△×K W×Ro×h m
式中：
Ro ——无风情况下，平均波高h m＝1m时，光滑不透水面的爬高值，m；
当m＝1.250时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-3查得：
Ro ＝2.500
R m＝1.000×1.000×2.500×0.14 ＝0.359 m
5级建筑物设计波浪爬高值采用累计频率为5%的爬高值R5%
当h m/H＝0.005时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.13查得：
R p / R m＝1.840
R p＝1.840×0.359 ＝0.661
当β＝0.01度时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.15查得：
斜向来波折减系数Kβ＝1.000
R p＝1.000×0.661 ＝0.661
计算超高y＝R p＋e＋A＝0.661＋0.0006＋0.300＝0.962m
大坝计算总高H'＝H＋y＝28.320＋0.962＝29.282m
3．计算波浪压力：
最大压力强度Pz按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-1、A.1.16-2算得：Pz ＝K p×K1×K2×K3×γw×h s
K1＝0.85＋4.8h s/L m＋m（0.028－1.15h s/L m）
式中：Pz ——最大压力强度，kN/m2；
K p——频率换算系数，取1.35；
K2——系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得；
K3——相对强度系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得；
γw——水容重，kN/m3；
h s——有效波高，取累积频率为14%的波高h14%，m。

当h m/H m＝0.005时，从《堤防设计规范》表C.1.3-1查得：
h14%/h m＝1.607，hs＝1.607×0.144＝0.231 m
K1＝0.85＋4.8×0.231/4.400＋1.250×（0.028－1.15×0.231/4.400）＝1.062
当L m/h s＝19.038时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得：K2＝1.271
当h s＝0.231时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得：
K3＝3.700
Pz＝1.350×1.062×1.271×3.700×9.81×0.231＝15.28 kN/m2
最大压力强度距水面的距离Z z按《碾压式土石坝设计规范》
式A.1.16-3、A.1.16-4、A.1.16-5算得：
Z z＝A＋1/m2×[1－（2m2＋1）1/2]×（A＋B）
A ＝h s×（0.47＋0.023×L m/h s）×（1＋m2）/m2
B ＝h s×[0.95－（0.84×m－0.25）×h s/L m]
A ＝0.231×（0.47＋0.023×4.400/0.231）×（1＋1.2502）/1.2502
＝0.344
B ＝0.231×[0.95－（0.84×1.250－0.25）×0.231/4.400]
＝0.210
Z z＝0.344＋1/1.2502×[1－（2×1.2502＋1）1/2]×（0.344＋0.210）＝-0.021 m
《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16中斜面上各计算点到点Z的距离按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-6算得：
S ＝m ×L m / （m2－1）1/4
S ＝1.250×4.400/（1.2502－1）1/4＝6.351 m
L1＝0.0125 ×S ＝0.0125 ×6.351 ＝0.079 m
L2＝0.0325 ×S ＝0.0325 ×6.351 ＝0.206 m
L3＝0.0265 ×S ＝0.0265 ×6.351 ＝0.168 m
L4＝0.0675 ×S ＝0.0675 ×6.351 ＝0.429 m
根据《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16算得浪压力F ＝4.781 kN
六、正常蓄水位加非常运用条件加地震加高条件下的计算
1．计算条件：
平原、滨海地区5级建筑物，正常蓄水位加非常运用条件下，安全超高A＝0.30 m
5级建筑物非常运用条件下，计算风速W＝v o＝10.00 m/s
风区内水域平均水深H m＝27.00 m
2．计算坝顶超高：
当风速测量高度hc＝10.00时，依据《碾压式土石坝设计规范》表A.1.1查得：风速高度修正系数Kz＝1.000，计算风速W＝1.000×10.00＝10.000 m/s 依据上述公式算得：
平均波长L m＝4.400 m，平均波高h m＝0.144 m
风壅水面高度可按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.10算得：
e ＝K×W2×D/2/g/H m×cosβ
式中：e ——计算点处的风壅水面高度，m；
K ——综合摩阻系数，取3.6×10-6；
β——计算风向与坝轴线法线的夹角，度。

e ＝3.6×10-6×10.002×1000.0/2/9.81/27.00×cos0.0°＝0.0007m
当W/（gH）1/2＝0.614时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-2查得：经验系数K w＝1.000
当m≤1.25时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高R m
按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.12-2算得：
R m＝K△×K W×Ro×h m
式中：
Ro ——无风情况下，平均波高h m＝1m时，光滑不透水面的爬高值，m；
当m＝1.250时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.12-3查得：
Ro ＝2.500
R m＝1.000×1.000×2.500×0.14 ＝0.359 m
5级建筑物设计波浪爬高值采用累计频率为5%的爬高值R5%
当h m/H＝0.005时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.13查得：
R p / R m＝1.840
R p＝1.840×0.359 ＝0.661
当β＝0.01度时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.15查得：
斜向来波折减系数Kβ＝1.000
R p＝1.000×0.661 ＝0.661
计算超高y＝R p＋e＋A＋he＝0.661＋0.0007＋0.300＋1.000
＝1.962 m
大坝计算总高H'＝H＋y＝27.000＋0.962＝27.962m
3．计算波浪压力：
最大压力强度Pz按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-1、A.1.16-2算得：Pz ＝K p×K1×K2×K3×γw×h s
K1＝0.85＋4.8h s/L m＋m（0.028－1.15h s/L m）
式中：Pz ——最大压力强度，kN/m2；
K p——频率换算系数，取1.35；
K2——系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得；
K3——相对强度系数，由《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得；
γw——水容重，kN/m3；
h s——有效波高，取累积频率为14%的波高h14%，m。

当h m/H m＝0.005时，从《堤防设计规范》表C.1.3-1查得：
h14%/h m＝1.607，hs＝1.607×0.144＝0.231 m
K1＝0.85＋4.8×0.231/4.400＋1.250×（0.028－1.15×0.231/4.400）＝1.062
当L m/h s＝19.042时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-1查得：K2＝1.271
当h s＝0.231时，从《碾压式土石坝设计规范》表A.1.16-2查得：K3＝3.700
Pz＝1.350×1.062×1.271×3.700×9.81×0.231＝15.28 kN/m2
最大压力强度距水面的距离Z z按《碾压式土石坝设计规范》
式A.1.16-3、A.1.16-4、A.1.16-5算得：
Z z＝A＋1/m2×[1－（2m2＋1）1/2]×（A＋B）
A ＝h s×（0.47＋0.023×L m/h s）×（1＋m2）/m2
B ＝h s×[0.95－（0.84×m－0.25）×h s/L m]
A ＝0.231×（0.47＋0.023×4.400/0.231）×（1＋1.2502）/1.2502
＝0.344
B ＝0.231×[0.95－（0.84×1.250－0.25）×0.231/4.400]
＝0.210
Z z＝0.344＋1/1.2502×[1－（2×1.2502＋1）1/2]×（0.344＋0.210）＝-0.021 m
《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16中斜面上各计算点到点Z的距离按《碾压式土石坝设计规范》式A.1.16-6算得：
S ＝m ×L m / （m2－1）1/4
S ＝1.250×4.400/（1.2502－1）1/4＝6.351 m
L1＝0.0125 ×S ＝0.0125 ×6.351 ＝0.079 m
L2＝0.0325 ×S ＝0.0325 ×6.351 ＝0.206 m
L3＝0.0265 ×S ＝0.0265 ×6.351 ＝0.168 m
L4＝0.0675 ×S ＝0.0675 ×6.351 ＝0.429 m
根据《碾压式土石坝设计规范》图A.1.16算得浪压力F ＝4.781 kN。