理正岩土使用手册-水力学
第一章 功能概述
理正工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。
倒虹吸水力学计算模块可计算倒虹吸的过水能力、设计倒虹吸管径；
渠道水力学计算模块含有清水渠道均匀流的水力计算、清水渠道非均匀流的水力计算和挟沙水流渠道的水力计算；
水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰上的平板和弧形闸门，可计算水闸的泄流能力、设计闸孔宽度和确定闸门的开启度；
水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，对无压隧洞可计算洞的过流能力和设计断面尺寸，半有压隧洞可校核隧洞的过流能力，对于有压隧洞可计算隧洞在不同水位、不同闸门开度下的泄流量，并可在已知过流量条件下校核上游水位，还可绘制出总水头线和压坡线，形象的显示洞身各点有无负压；
消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式消力池、突槛式消力池（消力墙）和综合式消力池三种基本型式，可进行消力池尺寸设计计算和校核消能能力。挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。
五个计算模块最后都给出计算的图形结果、文字结果及图文并茂的计算书。
第二章 快速操作指南
2.1 操作流程
理正工程水力学计算软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。
图2.1-1 操作流程
2.2 快速操作指南
2.2.1 选择工作路径
设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括工程数据及计算书等）均保存在设置的工作目录下。
图2.2-1 指定工作路径
注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某单个计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。
2.2.2 增加计算项目
工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。用户可根据需要选择。
图2.2-2
当选好一个计算项目后，点击【工程操作】菜单中的“增加项目”或“增”按钮来新增一个计算项目（以水闸水力学计算为例）。
2.2.3 编辑原始数据
图2.2-4 数据交互对话框
注意：
1. 集中的参数交互界面，即把几乎所有的参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征；
2. 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。
2.2.4 当前项目计算
在数据交互对话框中设置好各项参数，点击“计算”按钮来进行当前题目的计算。
2.2.5 计算结果查询
图2.2-5 计算结果查询窗口
计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。
第三章 操作说明
3.1 关于计算例题的编辑
3.1.1 增加例题与删除当前例题
1．通过【工程操作】菜单的“增加项目”和“删除当前项目”来增加一个新的例题或删除当前的例题。
2．“增”或“减”按钮增加一个新的例题或删除当前的例题。
3.1.2 把典型例题加入例题模板库
实际工程中会有一些具有一般代表性的典型例题，当完成该例题的数据交互后，可通过【辅助功能】菜单中的“将此例题加入模板库”把该例题存为例题模板，从而在每次新增例题时可以重复调用该例题的数据，在此基础上修改少量的数据进行计算。
3.2 计算简图辅助操作菜单
在数据交互界面的左侧图形窗口单击鼠标右键，弹出图形显示快捷菜单，使用该菜单可有效的查看计算简图，可把计算简图存为DXF格式的文件，用AUTOCAD等图形编辑器进行编辑。
3.3 快速查询图形结果
3.3.1 通过辅助功能菜单查看图形结果
单击【辅助功能】菜单中的“查看计算图形结果”，可查看当前例题图形。
注意：在倒虹吸水力学计算中输出计算结果和水头线图，可通过在输出选项列表中选择水头线图来输出对应的图形结果。
3.3.2 图形查询辅助工具
1．图形查询工具栏
2．图形查询快捷菜单
在图形结果查询窗口单击鼠标右键，弹出图形查询快捷菜单，可以方便地查看图形。
3．【图形查询】菜单
3.4 计算书的编辑修改
文字结果输出较为完整的计算书，主要包括以下信息：
1. 计算项目名称；
2. 计算简图；
3. 计算条件（录入的各种原始参数）；
4. 计算过程。计算过程依照计算项目不同而有所变化。
文字结果可以使用文字编辑菜单进行编辑，也可以用其它文本编辑器进行编辑。
3.5 各模块适用范围
倒虹吸管的截面有圆形和矩形两种。
进行渠道水力学计算时，软件提供了六种断面类型可供选择：复式、圆形、抛物线形、弧形坡脚梯形、弧形底梯形、梯形。常用的矩形断面可以通过复式断面转化得到，U形断面可通过弧形底梯形断面转化。
水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰。
水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，隧洞中的水流流态有无压流、半有压流和有压流三种。
消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式、突槛式（消力墙）和综合式消力池，挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。
3.6 关于数据和结果文件
数据和结果文件位于用户设定好的工作目录下。倒虹吸计算模块的数据文件格式为*.SLA，水工渠道计算模块的数据文件格式为*.SLB，水闸计算模块的数据文件格式为*.SLC，水工隧洞计算模块的数据文件格式为*.SLD，消能工计算模块的数据文件格式为*.SLE，图形文件格式*.DXF，计算书格式为*.RTF。
第四章 编制原理
4.1 倒虹吸水力学计算
4.1.1 编制说明
4.1.1.1 编制依据
本部分是倒虹吸水力学计算的技术条件，介绍软件编制所采用的基本理论和软件中约定的规则。
本软件的编制依据如下：
国家标准：
⑴ 灌溉与排水工程设计规范（GB 50288-99）
参考文献：
⑴《水工设计手册》。华东水利学院主编，水利电力出版社，1983年10月。
⑵《水力计算手册》。武汉水利电力学院水力教研室编，水利出版社，1980年12月。
⑶《水力学》。华东水利学院编，科学出版社，1983年2月。
⑷《水力学》。成都科技大学水力学教研室编，高等教育出版社，1979年8月。
⑸《水利水电工程PC-1500程序集（88版）》。水电部水利水电规划设计院主编。
4.1.1.2 适用范围
倒虹吸水力学计算模块适用于圆形和方形断面的倒虹吸管的快速方案设计。
1．已知断面尺寸及布置形式时校核倒虹吸管的过水能力；
2．已知流量条件下根据适宜流速计算倒虹吸管截面尺寸；
3．绘出总水头线和测压管水头线；
4．输出了图文并茂的计算书。
4.1.2 基本概念介绍
4.1.2.1 雷诺数
雷诺数表征液流惯性力与粘滞力的比值。
（4.1.2-1）式中：
R e——雷诺数；
v——平均流速（m/s）；
D——管径（m），由用户交互；
ν——水的运动粘滞系数（m2/s），由用户交互。
4.1.2.2 水流分区
依据：《水工设计手册》基础理论的第三章第四节压力水道中的恒定流，表3-4-1。
根据实际雷诺数的大小，水流可以分为四种状态：层流、紊流光滑摩阻区、紊流过渡区、紊流平方摩阻区。判别方法如下：
条件R e
流态层流紊流光滑摩阻区紊流过渡区紊流平方摩阻区
其中：
R e——实际雷诺数；
R ecr——临界雷诺数，程序取为2320；
D——管径（m）；
K——管壁的等值粗糙度（mm），由用户交互。
4.1.2.3 局部水头损失
4.1.2.3a 局部阻力系数
局部阻力系数随局部摩阻的性质而异。重要的工程应经过水工模型试验确定。
本程序中除直管没有局部阻力系数外，其它结构段都有局部阻力系数，或由用户交互或软件自动计算。
4.1.2.3b 局部水头损失计算
（4.1.2-2）
h w局——局部水头损失；
Σξ——各阻力系数求和得到的总局部阻力系数；
v——管道断面平均流速（m/s）。
4.1.2.4 沿程水头损失
沿程水头损失是液流克服沿程阻力而引起的单位重量液体的能量损失。
4.1.2.4a 沿程阻力系数
倒虹吸中的水流一般为紊流，沿程阻力系数随水流状态及管壁粗糙程度而异。
程序中提供了三个计算紊流平方摩阻区沿程阻力系数的公式：
a．普朗特—尼古拉兹公式：
（4.1.2-3）b．希夫林松公式
（4.1.2-4）c．规范公式
（4.1.2-5）谢才系数C计算：
1．manning公式：
（4.1.2-6）2．巴夫洛甫斯基公式：
（4.1.2-7）
（4.1.2-8）式中：
λ——沿程阻力系数；
D——管径（m），由用户交互；
K——管壁的等值粗糙度（mm），由用户交互；
n——倒虹吸管壁的粗糙系数，由用户交互。
注意：
1. 对于非圆形断面的倒虹吸管，用四倍的水力半径代替公式中的直径D；
2. 计算沿程阻力系数时管径和管壁等值粗糙度的单位要一致。
4.1.2.4b 沿程水头损失
（4.1.2-9）式中：
h w沿——沿程水头损失；
l——倒虹吸管总长度（m）；
R——水力半径（m）；
v——管道断面的平均流速（m/s）；
g——重力加速度（m/s2），程序取9.8m/s2。
4.1.3 流量计算
依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-99）附录N倒虹吸水力计算。
（4.1.3-1）式中：
Q——流量（m3/s）；
A——倒虹吸管的过水断面面积（m2）；
g——重力加速度（m/s2），程序取9.8m/s2；
Z——上、下游水位差（m）；
μ——流量系数，按下式计算：
（4.1.3-2）式中：
λ——沿程阻力系数；
l——倒虹吸总长（m）；
D——圆管取为管的直径，非圆形断面取为4倍的水力半径（m）；
Σξ——局部阻力系数之和。
4.1.4 设计断面
4.1.4.1 基本原理
圆管断面或方形断面的大小主要以通过设计流量时要求的控制流速而定，其他基本公式相同，不再赘述。程序中提供了挟沙水流不淤极限流速的计算，供用户参考。
4.1.4.2 挟沙流速
计算公式如下：
（4.1.4-1）式中：
ρ——挟沙水流中的含沙量（以重量百分比计算），由用户交互；
Q np——倒虹吸管内通过的流量（m3/s）；
d75——挟沙粒径（mm），小于该粒径的沙占75%，由用户交互；
ω0——泥沙沉降速度（cm/s），与粒径有关，按下面的方法计算：
粒径等于或小于0.1毫米时：
（4.1.4-2）粒径在0.1~1.5毫米之间：
（4.1.4-3）粒径大于1.5毫米：
（4.1.4-4）式中：
γs——泥沙颗粒容重（g/cm3），由用户交互；
γw——水的容重（g/cm3），由用户交互；
d——泥沙颗粒直径（mm），由用户交互；
μ——水的动力粘滞系数（g.s/cm2），由用户交互；
t0——水的温度（℃），由用户交互。
4.1.5 进出口渐变段水位变化
4.1.
5.1 进口渐变段
（4.1.5-1）式中：
ΔZ1——由上游渠道进入进口渐变段水面降落（m）；
ξ1——进口渐变段的局部阻力系数，由用户交互；
v1——进口渐变段始端流速（m/s），由用户交互；
v2——进口渐变段末端流速（m/s），由用户交互。
4.1.
5.2 出口渐变段
（4.1.5-2）式中：
ΔZ2——出口处水位壅高（m）；
ξ2——出口渐变段的局部阻力系数，由用户交互；
v——出口渐变段始端流速，可取管中流速（m/s），由用户交互；
v3——出口渐变段末端流速（m/s），由用户交互。
4.1.6 出口水位及渠底高程的确定
4.1.6.1 出口处水位
（4.1.6-1）Z1——上游水位（m），由用户交互；
ΔZ1——进口渐变段的水面降落（m）；
ΔZ——总水头损失（m）。
4.1.6.2 出口处底部高程
（4.1.6-2）Z——出口处水位（m）；
D——管径（m）；
v3——出口渐变段末端流速（m/s）。
4.1.6.3 下游渠道水位
（4.1.6-3）Z——出口处水位（m）；
ΔZ2——出口处水位壅高（m）。
4.2 水工渠道水力学计算
4.2.1 编制说明
4.2.1.1 编制依据
本部分是水工渠道水力学计算的技术条件，介绍软件编制所采用的基本理论和软件中约定的规则。
本软件的编制依据如下：
国家标准：
⑴渠道防渗工程技术规范（SL 18-91）
⑵灌溉与排水工程技术规范（GB 50288-99）
参考文献：
⑴《水工设计手册》。华东水利学院主编，水利电力出版社，1983年10月。
⑵《水力计算手册》。武汉水利电力学院水力教研室编，水利出版社，1980年12月。
⑶《水力学》。华东水利学院编，科学出版社，1983年2月。
⑷《水力学》。成都科技大学水力学教研室编，高等教育出版社，1979年8月。
⑸《水利水电工程PC-1500程序集（88版）》。水电部水利水电规划设计院编。
⑹《水力计算》。罗全胜、张耀先著，中国水利水电出版社。
4.2.1.2 适用范围
水工渠道水力学计算模块适用于梯形、圆形、复式、抛物线形、弧形坡脚梯形、弧形底梯形断面的清水渠道和部分地区梯形断面的挟沙水流渠道，可计算渠道的输水能力、设计渠道断面、对非棱柱体渠道计算水面曲线，并给出计算的图形结果和文字结果及图文并茂的计算书。
下面分别介绍其计算原理。
4.2.2 清水渠道均匀流的水力计算
清水渠道均匀流计算主要有三个方面：校核输水能力、设计渠道断面、梯形渠道实用经济断面设计。
4.2.2.1 不同断面水力要素的计算
4.2.2.1a 梯形断面
过水断面面积：
（4.2.2-1）湿周：
（4.2.2-2）水面宽：
（4.2.2-3）
式中各参数的意义见简图。
4.2.2.1b 复式断面
过水断面面积：
（4.2.2-4）湿周：
（4.2.2-5）水面宽：
（4.2.2-6）式中各参数的意义见简图。
4.2.2.1c 圆形断面
过水断面面积：
（4.2.2-7）湿周：
（4.2.2-8）水面宽：
（4.2.2-9）式中各参数的意义见简图。
4.2.2.1d 抛物线形断面
过水断面面积：
（4.2.2-10）湿周：
（4.2.2-11）
（4.2.2-12）水面宽：
（4.2.2-13）式中各参数的意义见简图。
4.2.2.1e 弧形坡脚梯形断面
过水断面面积：
（4.2.2-14）湿周：
（4.2.2-15）水面宽：
（4.2.2-16）式中各参数的意义见简图。
4.2.2.1f 弧形底梯形断面
过水断面面积：
（4.2.2-17）湿周：
（4.2.2-18）水面宽：
（4.2.2-19）式中各参数的意义见简图。
注意：所有水力要素包括过水断面ω、湿周x、水面宽B及水力半径R都将随着水深变化而变化。
4.2.2.2 当量粗糙系数的计算
渠道湿周各部分的粗糙系数不同时，可采用下述方法求得当量粗糙系数n当作为全断面统一的粗糙系数，进行水力计算。
设总湿周x的各组成部分x1、x2…x N所对应的粗糙系数分别为n1、n2…n N其中最大的粗糙系数为n max，最小的粗糙系数为n min，其当量粗糙系数的计算公式如下：
当n max/n min≤2时
（4.2.2-20）当n max/n min>2时
（4.2.2-21）
4.2.2.3 谢才系数的计算
当水流处于不同的水力状态时有不同的计算公式。
4.2.2.3a 水力粗糙区
本程序模块提供了4个公式供用户选择。
1．manning公式
（4.2.2-22）R——水力半径（m）；
n——当量粗糙高度。
2．巴甫洛夫斯基公式
（4.2.2-23）
（4.2.2-24）注意：巴甫洛夫斯基公式的适用范围是：0.10m≤R≤3.00m和0.011≤n≤0.040；当计算出的R和n不满足范围时，程序提示用户注意，按巴甫洛夫斯基公式继续计算，但可能导致结果不正确。
3．佛赫海默公式
（4.2.2-25）
（4.2.2-26）4．库力冈公式
（4.2.2-27）
4.2.2.3b 水力光滑区
（4.2.2-28）R e——雷诺数。
4.2.2.3c 水力过渡区
（4.2.2-29）K——等值粗糙高度（mm）。
4.2.2.4 水流状态的判断
根据实际雷诺数，判断水流的水力区。判断标准如下：
当时，水流状态为水力光滑区；
当时，水流状态为水力过渡区；
当时，水流状态为水力粗糙区。
式中：
R e——雷诺数；
R——水力半径（m）；
K——等值粗糙高度（mm）。
4.2.2.5 校核输水能力
流量公式：
（4.2.2-30）式中：
Q——渠道通过的流量（m3/s）；
ω——过水断面面积（m2）；
C——谢才系数（m0.5/s）；
R——水力半径（m）；
i——渠道底坡坡度。
4.2.2.6 设计渠道断面
根据流量公式，已知渠道的其他水力要素，可以求解任何一个未知的水力要素。
其计算原理与计算公式与流量计算相同。
4.2.2.7 梯形清水渠道实用经济断面设计
适用于：已知流量、底坡、糙率、边坡系数；
断面类型：对称梯形；
谢才系数：manning公式计算。
4.2.2.7a 水力最优断面
1．水深计算
（4.2.2-31）式中：
h m——水力最优断面的水深（m）；
n——糙率；
m——边坡系数；
y——manning公式中的指数。
其他各项参数的意义同前。
2．底宽计算
（4.2.2-32）
b m——底宽（m）。
4.2.2.7b 实用经济断面
1．水深计算
某一断面与水力最优断面的水力要素之间的关系公式为：
（4.2.2-33）h——实用经济断面水深（m）；
α——比值。
（4.2.2-34）注意：α值的选择应根据设计中对h的要求和经济的观点确定。程序中选择
了α为1.00、1.01、1.02、1.03、1.04五个值进行计算，以便用户进行对比。
2．底宽计算
（4.2.2-35）b——实用经济断面底宽（m）。
4.2.2.8 渠道的不冲不淤流速
渠道的水力计算需要校核不冲不淤流速。用户交互不冲流速和不淤流速值．
如果v不淤 否则，不满足不冲不淤流速，建议用户调整断面尺寸重新计算。 4.2.3 清水渠道非均匀流水面曲线推求 渠道非均匀流计算主要是求出沿程各断面的水深，即水面曲线。 4.2.3.1 棱柱形渠道水面曲线的计算 4.2.3.1a 水面曲线的定性分析 棱柱形渠道水面曲线的基本微分方程： （4.2.3-1）式中： h——水深（m）； l——流程长度（m）； J——水力坡度； Fr——佛汝德数。 水面曲线的型式根据不同的底坡情况和不同流态有如下十二种：（其中：h0为正常水深，h k为临界水深）。 1．缓坡（ih k） h>h0>h k：型壅水曲线 软件操作技巧及常见问题 边坡 一：操作培训 1． 5.0版新增内容的演示；（详见“岩土5.0版增加及修改内容”相关条目）2．复杂边坡形状------从AUTOCAD读入图形或从渗流软件接入图形；3．一些常被忽视的软件细节问题 辅助功能（镜像、读入dxf图、读渗流数据、图上改数） 快速录入锚杆或土工布 剩余下滑力时，可以弧形滑面 水下C、Φ要注意给值 抗剪指标可以给τ值 4．挡墙的整体稳定采用边坡计算的方法。 5．搜索中常见问题 （1）脱坡问题 （2）有台阶时的问题（例题说明） （3）大边坡如何快速找到最小极值 二：常见问题问答 1．软件如何考虑水平地震荷载？ 答：软件是按照《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89，P18第3.1.5条规定计算的。 边坡、挡土墙、软基、抗滑桩软件均按此规定计算。 2．在边坡稳定分析中，土体中的孔隙水压力有几种计算方法，他们的区别是什么？ 答：两种，分别为近似方法计算、渗流方法计算。 区别是： 前者认为孔隙水压力等于静水压力，是一种近似方法； 后者是精确计算孔隙水压力。需要通过读入渗流软件计算结果才能实现。 3．边坡软件中，如何考虑锚杆作用？ 答：软件要求输入锚杆抗拉力、锚杆总长、锚固段长度、锚固段周长、粘结强度等参数，当锚杆穿过圆弧滑动面时，则锚杆的有效作用力=min{锚杆抗拔力、锚杆抗拉力} 锚杆抗拔力=圆弧滑动面外锚杆锚固段长度*锚固段周长*粘结强度 锚杆抗拉力=锚杆抗拉力 4．土工布或锚杆的抗拉力和水平间距的关系是什么？ 答：软件是先用交互的抗拉力除以水平间距，得出单位宽度的抗拉力，以单位宽度的抗拉力带入计算。 如果土工布时满铺的，水平间距要输入1，抗拉力输入单位宽度土工布的抗拉力。5．边坡软件出现滑动面总在坡的表皮时，怎样处理？ 答：此现象主要发生在边坡坡面部分为无粘性土的情况。 处理方法：（1）适当输入较小的粘聚力，再计算； （2）在建模时，把坡地表层加一个薄区域，模拟面层处理 （3）用“给定圆弧出入口范围搜索危险滑面”方法计算 软基 一：操作培训 1．5.0版新增内容的演示；（详见“岩土5.0版增加及修改内容”相关条目）（1）竖向排水体的分区设置； （2）筋带指定范围布置； 理正岩土隧道衬砌说明 第一章功能概述理正岩土隧道衬砌计算软件采用衬砌的边值问题及数值解法：将衬砌结构的计算化为非线性常微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，并结合水工隧洞的洞型和荷载特点，以计算水工隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力、位移及抗力分布。无须假定衬砌上的抗力分布，程序经迭代计算自动得出。一、衬砌断面类型：⑴圆形⑵拱形⑶圆拱直墙形⑷圆拱直墙形⑸圆拱直墙形⑹马蹄形⑺马蹄形⑻马蹄形⑼高壁拱⑽渐变段⑾矩形⑿圆拱直墙形⒀直墙三心圆拱形⒁三心圆拱形二、支座类型⑴固定⑵简支⑶弹性三、荷载情况⑴围岩压力⑵自重⑶灌浆压力⑷外水压力⑸内水压力四、输出的结果计算书 及图形结果：⑴轴力图⑵剪力图⑶弯矩图⑷变形图⑸切向位移图⑹法向位移图⑺转角位移图⑻抗力分布图等第二章快速操作指南操作流程水工隧洞衬砌分析软件的操作流程如图，每一步骤都有相对应的菜单操作。图操作流程快速操作指南选择工作路径设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件均保存在设置的工作目录下。图指定工作路径注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。增加计算项目点击【工程操作】菜单中的【增加项目】菜单或“增”按钮来新增一个计算项目。图工程操作界面编辑原始数据图数据交互对话框注意： 1. 集中的参数交互界面，即把几乎所有的 参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征。 2. 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。当前项目计算在数据交互对话框中设置好各项参数，点击【计算】按钮来进行当前题目的计算；或者单击[辅助功能]菜单的“计算”。计算结果查询图计算结果查询界面计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。第三章操作说明关于计算例题的编辑增加例题与删除当前例题1．通过【工程操作】菜单的“增加项目”和“删除当前项目”来增加一个新的例题或删除当前的例题。2．“增”或“删”按钮增加一个新的例题或删除当前的例题。点击“算”按钮打开当前模块的交互界面。数据的读写通过【辅助功能】菜单的“读入数据文件”可以将原来保存好的数据 第一章 功能概述 理正工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。 倒虹吸水力学计算模块可计算倒虹吸的过水能力、设计倒虹吸管径； 渠道水力学计算模块含有清水渠道均匀流的水力计算、清水渠道非均匀流的水力计算和挟沙水流渠道的水力计算； 水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰上的平板和弧形闸门，可计算水闸的泄流能力、设计闸孔宽度和确定闸门的开启度； 水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，对无压隧洞可计算洞的过流能力和设计断面尺寸，半有压隧洞可校核隧洞的过流能力，对于有压隧洞可计算隧洞在不同水位、不同闸门开度下的泄流量，并可在已知过流量条件下校核上游水位，还可绘制出总水头线和压坡线，形象的显示洞身各点有无负压； 消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式消力池、突槛式消力池（消力墙）和综合式消力池三种基本型式，可进行消力池尺寸设计计算和校核消能能力。挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。 五个计算模块最后都给出计算的图形结果、文字结果及图文并茂的计算书。 第二章 快速操作指南 2.1 操作流程 理正工程水力学计算软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。 图2.1-1 操作流程 2.2 快速操作指南 2.2.1 选择工作路径 设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括工程数据及计算书等）均保存在设置的工作目录下。 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某单个计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 增加计算项目 工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。用户可根据需要选择。 图2.2-2 当选好一个计算项目后，点击【工程操作】菜单中的“增加项目”或“增”按钮来新增一个计算项目（以水闸水力学计算为例）。 第一章功能概述 挡土墙是岩土工程中经常遇到的土工构筑物之一。为了满足工程技术人员的需要，理正开发了本挡土墙软件。该软件一完成，就受到岩土工程技术人员的欢迎。在软件升级过程中，我们也在不断地完善挡土墙软件。下面介绍挡土墙软件的主要功能： ⑴包括13种类型挡土墙――重力式、衡重式、加筋土式、半重力式、悬臂式、扶壁式、桩板式、锚杆式、锚定板式、垂直预应力锚杆式、装配式悬臂、装配式扶壁、卸荷板式； ⑵参照公路、铁路、水利、市政、工民建等行业的规范及标准，适应各个行业的要求；可进行公路、铁路、水利、水运、矿山、市政、工民建等行业挡土墙的设计。 ⑶适用的地区有：一般地区、浸水地区、抗震地区、抗震浸水地区； ⑷挡土墙基础的形式有：天然地基、钢筋砼底板、台阶式、换填土式、锚桩式； ⑸挡土墙计算中关键点之一是土压力的计算。本软件依据库仑土压力理论，采用优化的数值扫描法，对不同的边界条件，均可快速、确定地计算其土体破坏楔形体的第一、第二破裂面角度。避免公式方法对边界条件有限值的弊病。尤其是衡重式挡土墙下墙土压力的计算，过去有延长墙背法、修正延长墙背法及等效荷载法等，在理论上均有不合理的一面。本软件综合考虑分析上、下墙的土压力，接力运行，得到合理的上、下墙的土压力。保证后续计算结果的合理性； ⑹除土压力外，还可考虑地震作用、外加荷载、水等对挡土墙设计、验算的影响； ⑺计算内容完善――土压力、挡土墙的抗滑移、抗倾覆、地基强度验算及墙身强度的验算等一起呵成。且可以生成图文并茂的计算书，大量节省设计人员的劳动强度。 第二章快速操作指南 2.1 操作流程 图2.1-1 操作流程 2.2快速操作指南 2.2.1 选择工作路径 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 选择行业及挡墙形式 1．适用于公路、铁路、水利及其它行业。 2．挡土墙的计算项目有十三种供选择：重力式、衡重式、加筋土式、半重力式、悬臂式、扶壁式、桩板式、锚杆式、锚定板式、垂直预应力锚杆式、装配式悬臂、装配式扶壁及卸荷板式挡土墙。 第一章功能概述 边坡失稳破坏是岩土工程中常遇到的工程问题之一。造成的危害及治理费用均非常可观。因此，客观的、正确的评估边坡稳定状况，是摆在工程技术人员面前的一道难题。为满足工程技术人员的需要，编制了“理正边坡稳定分析”软件。 该软件具有下列功能： ⑴本软件具有通用标准、《堤防工程设计规范GB50286-98》、《碾压式土石坝设计规范SDJ218-84》、《碾压式土石坝设计规范SL274-2001》、《浙江省海塘工程技术规定》五种标准，以满足不同行业的要求； ⑵本软件提供三种地层分布模式（等厚地层、倾斜地层、复杂地层），可满足各种地层条件的要求； ⑶本软件可计算边坡的稳定安全系数及剩余下滑力； ⑷本软件提供多种方式计算边坡的稳定安全系数； ⑸本软件提供的自动搜索最小稳定安全系数的方法，是理正技术人员研制、开发、应用到软件中，并取得良好的效果。一般情况下，都可以得到最优解。但是对于较复杂的地质条件，建议先指定区域搜索、分不同精度进行分析，逐步逼近最优解，这样才能既快又准； ⑹对于圆弧滑动稳定计算，本软件提供三种方法：瑞典条分法、简化Bishop法、及Janbu法；对于折线滑动稳定计算，本软件提供三种方法：简化Bishop法、简化Janbu法、摩根斯顿-普赖斯法。用户可以根据不同的要求采用不同的方法。 ⑺本软件针对水利行业做了大量工作，除水利的堤防、碾压土石坝规范外，还有海堤规范；可按不同工况——施工期、稳定渗流期、水位降落期计算堤坝的稳定性（包括总应力法及有效应力法）； ⑻软件可考虑地震作用、外加荷载及锚杆、锚索、土工布等对稳定的影响；详细考虑水的作用，包括堤坝内部、外部水的作用；尤其方便的是可以将渗流软件分析的流场数据直接应用到稳定分析，使计算结果更逼近真实状况； ⑼具有图文并茂的交互界面、计算书；具有对计算过程的信息查询及计算过程图形显示功能，可视化程度高；并有及时的提示指导，帮助用户使用软件； 本软件适用于水利、公路、铁路等行业岩土在工程建设中遇到的边坡（主要是土质边坡、岩石边坡可参考）稳定分析。 理正岩土系列软件使用问题解答 1、浸水地区挡墙设计中，浮力系数如何输入？ 答：该参数只在公路行业《公路路基设计手册》（第二版）中有定义表格p739,其他行业可直接取1.0.(以下表格序号为规范中序号) 常见问题 边坡 1．边坡软件中，如何考虑锚杆作用？ 答：软件要求输入锚杆抗拉力、锚杆总长、锚固段长度、锚固段周长、粘结强度等参数，当锚杆穿过圆弧滑动面时，则锚杆的有效作用力=min{锚杆抗拔力、锚杆抗拉力} 锚杆抗拔力=圆弧滑动面外锚杆锚固段长度*锚固段周长*粘结强度 锚杆抗拉力=锚杆抗拉力 2．土工布或锚杆的抗拉力和水平间距的关系是什么？ 答：软件是先用交互的抗拉力除以水平间距，得出单位宽度的抗拉力，以单位宽度的抗拉力带入计算。 如果土工布时满铺的，水平间距要输入1，抗拉力输入单位宽度土工布的抗拉力。 3．软件是否考虑锚杆力法向分力产生的抗滑力？ 答：软件可以考虑锚杆力法向分力产生的抗滑力，但要注意在“加筋”表中有个参数“法向力发挥系数”，该值输0则表示不考虑法向分力产生的抗滑力。 4．通常情况下认为：“简化Bishop法不适用于折线滑动法”，软件为何采用？ 答：传统意义上经典简化Bishop法确实只能应用在圆弧滑面上，但是在岩土力学杂志的论文中有学者提出了扩展简化Bishop法，可以用于非圆弧滑面安全系数的求解，理正软件正是参考了这种算法。 5．软件如何设置，才能用传递系数法计算安全系数？ 答：计算目标设置成“剩余下滑力计算”，剩余下滑力计算目标设置成“计算安全系数”。安全系数使用方法设为“扩大自重下滑力”时，使用的是传递系数法中的KT模型；安全系数使用方法设为“降低抗剪强度”时，使用的是传递系数法中的R/K模型。 6．软件中用的传递系数法和《公路路基设计规范》JTG D30-2004中63页所用的方法是否是相同的？ 答：和安全系数使用方法设为“扩大自重下滑力”时是相同的，都是传递系数法中的KT模型。 7．计算结果中，筋带力输出的“材料抗拉力”和加筋界面上输入的抗拉力不相等，为什么？ 答：出现这种情况，是因为锚杆的水平间距不为1，软件计算时用输入的抗拉力除以锚杆的水平间距，换算成每延米的筋带力带入计算，因此输出的计算书中的筋带力表上的材料抗拉力=抗拉力/锚杆的水平间距，锚固抗拔力同理。 8．传递系数法有两种模式，分别是“隐式解法”和“显式解法”，软件如何考虑？ 答：“隐式解法”就是R/K法，在软件中安全系数使用方法设为“降低抗剪强度”时就是这种解法； “显式解法”就是KT法，在软件中安全系数使用方法设为“扩大自重下滑力”时就是这种解法； 由于显式解法是为了简化计算，而将隐式解法做了简化“假设Fs=1”，所以Fs≠1且偏离1越大是，误差越大。因此专家推荐采用隐式解法（R/K法）。 9．折线滑动，指定滑面计算安全系数时，选择“是否进行局部极值搜索”，安全系数为何不同？ 理正软件使用手册 一、渗流计算 1.打开Auto CAD 绘图软件，将断面图修正简化，或将所需分析的图形直接画 出，通过移动将黄海高程系调整到和绘图的纵坐标一致，并将图形放在原点附近，绘图时以米为单位，线与线之间要连接精确，确保各分区为封闭单元。 图形画完后以DXF文件保存在工作路径文件夹下。 2.打开理正岩土计算——渗流分析计算——渗流问题有限元法——在界面选择 “增”工具栏——系统默认例题——辅助功能——读入DXF文件自动形成坡面、节点和图层数据。 3.通过移动、放大图形界面找到左下坡脚的节点编号输入坡面起始节点号，坡 面数为从迎水面坡脚到背水面坡脚之间的线段数。点击确定，首先粗略的查看所显示的图形和数据是否基本正确，主要查看闭合区域的个数和线段、节点的个数。 4.若为稳定流分析，输入第一上游水位和下游水位，第二上游水位和下游水位 取-1000。若为非稳定流分析要输入上游第二水位数据。（这个只是图形显示需要，除了流态其它参数对计算完全不起任何影响，） 5.进入面边界条件界面，输入左边边界条件和右边的边界条件，包括已知水头， 可能的浸出面。在非稳定流分析中会有第一项水头随时间变化曲线工具栏，点击它并输入上游水位变化曲线。此时要保证图形界面显示的图形正确；输 入点边界条件，上下游必须要存在边界条件，可以是面边界条件，也可以是点边界条件。 6.输入土层参数，注意渗透系数单位。 7.在输出结果里的理正边坡分析接口文件输入文件名。若为非稳定流分析还需 输入渗流分析的第几步，此时所保存的数据即为此步渗流场的计算数据，这些数据用于边坡稳定分析中计算水位降落期的最小安全系数。文件自动保存工作路径下。 8.在计算参数界面中输入参数，对非稳定渗流取填入时间分段数，初始渗流的 稳定方法一般取稳定渗流的计算方法。 9.点击计算，在主界面图形查询——显示简图为DXF文件，将显示的图形保存， 修改后，供打印使用。 10.若显示计算失败，可在计算参数界面中将有限元网格剖分长度减小，或者将 判断误差增大。或将最大迭代次数减少（不推荐）。 二边坡稳定分析 11.打开理正边坡分析软件——边坡稳定分析——复杂土层稳定计算——“增” 工具条——系统默认例题——辅助功能——读入理正渗流软件数据。 12.在参数选择中选择计算方法。 13.输入土层参数，根据实际情况选用特定剪切试验的试验指标，根据具体情况 选择有效应力法或总应力法，如有需要输入下游坝坡低水位，输入加筋材料。 14.计算，在主界面图形查询——显示简图为DXF文件，将显示的图形保存，修 改后供打印使用。 注意：因为滑坡之计算左边的边坡，如果要计算右边坡，要在辅助功能里镜像原始数据，选文件名保存，然后读入此文件计算即可。 第一章 功能概述 渗流分析计算软件主要分析土体中的渗流问题。适用于勘察、设计等单位进行土堤、土坝的渗流分析、闸坝地基的渗流分析、堤防的渗流分析、基坑降水的流场分析等。并可以将流场的数据传递到稳定分析软件，以便分析考虑流场的稳定问题。 ⑴ 渗流的分析方法：公式方法和有限元方法。 ⑵ 公式方法依据《堤防工程设计规范》提供的计算公式。适用于下列情况： 一般稳定渗流计算； 双层地基稳定渗流计算； 水位上升过程中不稳定渗流计算； 水位降落过程中不稳定渗流计算。 ⑶ 有限元方法是依据非饱和土理论、根据基本的渗流理论――达西定律等，采用有限元方法分析稳定流及非稳定流中多种边界条件、多种材料的堤坝、或土体的渗流分析。但有限元法分析渗流问题是以线性达西定律为基础，因此不适应非线性达西定律的流场分析及不满足达西定律的流场分析。 第二章 快速操作指南 2.1 操作流程 图2.1-1 操作流程 2.2 快速操作指南 2.2.1 选择工作路径 图2.2-1 指定工作路径 此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 计算项目选择 选择渗流计算所采用的方法（有限元分析法与公式法）： 图2.2-2 计算项目选择 2.2.3 增加计算项目 点击【工程操作】菜单中的【增加项目】菜单或“增”按钮来新增一个计算项目。 2010-5-2606渗流分析（一二三） 图2.2-3 增加计算项目界面 2.2.4 编辑原始数据 录入或选择渗流分析所需的各种原始数据，有限元法和公式法交互窗口分别如图2.2-4和2.2-5。 图2.2-4 有限元数据交互对话框 图2.2-5 公式法数据交互对话框 1. 集中的参数交互界面，即把几乎所有的参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征。 2. 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。 2.2.5 计算结果查询 第一章功能概述 理正岩质边坡（稳定）分析软件主要功能是分析计算简单平面、复杂平面、简单三维楔体岩质边坡的稳定计算及相关的分析。 考虑的因素包括：岩体结构的结构面、裂隙、裂隙水、外加荷载、锚杆及结构面的抗剪强度、地震作用等。 简单平面稳定问题： 1）利用极限平衡法及莫尔－库仑准则进行分析，计算岩体的稳定安全系数、设计锚杆、及反分析滑面的抗剪强度指标； 2）可分析坡角、坡高、裂隙水等与安全系数的关系曲线； 3）可按几种不同方法计算岩石压力等。 复杂平面稳定问题： 1）对于不加锚杆、不加外部荷载的情况可采用Sarma法计算安全；对于有锚杆、有外部荷载的情况只能采用通用方法（扩展Sarma法）计算安全系数，这是理正依据Sarma法改进的公式计算安全系数； 2）分析计算临界地震加速度系数； 3）分析计算临界地震加速度系数与安全系数的关系曲线等。 简单三维楔体稳定问题： 1）利用空间张量法分析空间三维楔体的形状，并分析三维楔体在体积力、锚杆力、地震作用、外加荷载等作用，考虑结构面的抗剪强度，计算三维楔体的稳定系数； 2）分析在给定安全系数的条件下，计算锚杆的最小拉力等。 第二章快速操作指南 2.1 操作流程 理正岩质边坡稳定分析软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。 图2.1-1 操作流程 2.2 快速操作指南 2.2.1 选择工作路径 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 选择岩质边坡型式 选择参与计算的岩质边坡型式，选择界面如下图：理正岩土学习班教材
理正岩土隧道衬砌说明
理正岩土使用手册-水力学
理正使用手册
理正岩土边坡稳定性分析帮助
理正岩土系列软件使用常见问题
理正软件使用手册
理正岩土使用手册-渗流分析
理正岩土使用手册-岩质边坡稳定