1、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 a520，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 U 型渠道衬砌超
2、高 a1和渠堤超高 a 值表加大流量(m 3/s) 0.5 0.51.0 1.010 1030a1(m)a(m)0.10.150.20.30.150.20.30.40.20.350.40.60.350.50.60.8注 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 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 a r、 B、 H圆心角 r、 B、 H圆弧段高度 h1 r、 a圆弧段以上水深 h2 r、 a、 h水深 h r、 a、
3、 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 圆弧以上水深 h2和圆弧半径 r 有以下经验关系：(4-57)式中 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 U 型渠道断面尺寸的经验关系r(cm) 1530 3060 6
4、0100 100150 150200 200250a() 56 68 812 1215 1518 1820N0 0.650.35 0.350.30 0.300.25 0.250.20 0.200.15 0.150.10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 (4-58)(2) 求圆弧的半径 r 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：(4-59)或(4-60)式中 圆弧的圆心角，rad；Q渠道的设计流量，m 3/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(1sin a)=r(
5、Na+1sin a) (4-61)(4) 校核渠道流速 计算过水断面面积：(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】 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=10N0=0.3。则 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)-0.6570.174=0.197(m)该流速值能满足不冲不淤要求。
