Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Гидрологические, водохозяйственные и водноэнергетические расчеты.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Дипломна робота
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Оглавление:
Глава I. Гидрологические, водохозяйственные и водноэнергетические расчеты
§ 1. Построение кривой обеспеченности и определение расчетных расходов……………………………………………………………………………..4
§ 2. Определение полезной емкости водохранилища и отметки ГМО………………………………………………………………………………….7
§ 3. Кривые связи расходов и уровней в русле реки. Кривая связи объемов и уровней водохранилища ……………………,,………………………………..….7
Глава II Земляная плотина
§1 Определение отметки гребня с учетом наката волн…,,,………………………8
§2 Поперечный профиль плотины. Выбор типа плотины и методов строительства……………………………………………………………………..11
§3 Расчет фильтрации через тело и в основании плотины. Противофильтрационные мероприятия………………………………………14
§4. Расчет устойчивости откосов плотины в эксплуатационный период……..19
§5 Крепление откосов,,………………………………………………………………20
Глава III Водосливная плотина и другие типы водосбросов.
§1. Определение параметров ветровых волн в водохранилище. Отметки гребня плотины и головной части водосбросов………………………………………..22
§2. Расчет водосливного фронта плотины и напора на плотине и головных частях водосброса. ………………………………………………………………..25
§3. Расчет нижнего бьефа.……………………………...…………………………….28
§4. Подземный контур плотины. Фильтрация под плотиной. Противофильтрационные мероприятия………………………………………33
§5. Проверка устойчивости плотины на сдвиг и напряжений в основании плотины……………………………………………………………………………35
Глава IV Водозаборное сооружение.
§1. Выбор типа водозабора и гидравлический расчет……………………..….…39
Глава V Технология и организация производства работ.
§1. Организация пропуска строительных расходов…………………………..…43
§2. Особенности этапов возведения гидроузла ………………………………..…45
Список литературы……………………………………………………………….….47
Дипломный проект охватывает дисциплины:
Гидрология и водное хозяйство.
Гидротехнические сооружения.
Инженерная гидравлика.
Технология гидротехнического строительства
Цель и задачи проекта.
Темой дипломного проекта является средненапорный гидроузел на нескальном основании для целей ирригации, водоснабжения и других целей. Основными сооружениями гидроузла являются: грунтовая плотина, бетонный водосброс и водозабор для целей ирригации и водоснабжения.
В проекте студент должен разработать рациональную компоновку гидроузла с учетом пропуска строительных расходов реки, рассчитать и запроектировать основные сооружения, а также разработать специальный раздел по заданию своего руководителя.
Исходные данные для проектирования.
А. Топографические и геологические данные.
1. План реки в районе строительства гидроузла.
2. Геологический разрез по оси плотины.
Б. Гидрологические данные:
1. Среднемесячные расходы в реке за средние и маловодные годы, м3/с
Максимальные годовые расходы, м3/с
Кривая связи расходов (Q) и уровней нижнего бьефа (УНБ)
В. Грунтовые условия
1. Характеристики грунтов основания по створу гидроузла:
а) зерновой состав грунтов
б) физические характеристики грунтов
в) механические характеристики грунтов
Характеристики карьерных грунтов:
а) зерновой состав грунтов
б) физические характеристики грунтов
в) механические характеристики грунтов
Расстояние от створа плотин до карьерных грунтов, км:
до 1_________5км________________________
Г. Основные параметры гидроузла.
1. Класс гидроузла – II класс.
2. Состав основных сооружений:
а) грунтовая насыпная плотина – земляная неоднородная;
б) водосбросное сооружение – водосливная плотина;
в) водозаборное сооружение-водоснабжение
3. Отметка нормального подпорного уровня (НПУ)___472,6м
4. Отметка уровня мертвого объема (УМО) устанавливается по расчету. 468 м
5. Кривая объемов водохранилища:
Длина водохранилища по направлению господствующих ветров__13___км.
Максимальная скорость ветра__18__м/с.Среднегодовые потери воды из водохранилища на испарение __0,18__м3/с и на фильтрацию__0,04__м3/с.
Глава I. Гидрологические, водохозяйственные и
водноэнергетические расчеты
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Под максимальными расходами воды рек и малых водотоков понимаются наибольшие в году значения мгновенных или среднесуточных расходов, наблюдаемые во время половодья или дождевых паводков.
Размеры водопропускных и водосбросных отверстий гидротехнических сооружений зависит от величины максимального расхода половодья или паводка.
Максимальный расход, на пропуск которого рассчитываются гидротехнические сооружения, называют расчетным.
Завышение расчетного значения максимального расхода воды повышает общую стоимость сооружения, снижая тем самым ее экономическую эффективность. Занижение расчетного значения максимального расхода приводит к разрушению сооружения, затоплению прилегающей местности, материальному убытку и, самое главное, человеческим жертвам.
Сочетание требований безопасности работы сооружения и его стоимости, от которой зависит общая экономическая эффективность сооружения, достигается применением принципа вероятностного расчета, основанного, с одной стороны, на учете наиболее возможной величины максимального расхода с точки зрения гидрологического режима реки и, с другой стороны, на учете вероятности превышения этой величины.
Расчетные ежегодные вероятности превышения (обеспеченности) максимальных расходов воды определяются в зависимости от класса капитальности сооружения общими техническими указаниями.
Гидротехнические сооружения по своей капитальности делятся на несколько классов. Чем выше класс капитальности, тем долговечнее должно быть сооружение и расчет должен производиться на пропуск максимальных расходов воды редкой повторяемости или малой обеспеченности.
Строительными нормами и правилами установлены следующие расчетные ежегодные вероятности превышения (обеспеченность) максимальных расходов воды в зависимости от класса капитальности сооружения.
§ 1. Построение кривой обеспеченности и определение расчетных расходов.
Построение эмпирической кривой обеспеченности.
Обеспеченность Р% - это вероятность превышения рассматриваемого значения гидрологической величины (или интервала значений) среди совокупности возможных значений.
Эмпирическая кривая – Строится по данным натуральных наблюдений. Построение кривых обеспеченностей проводится на специальных форматках, называемых «клетчатка вероятности».
Для построения эмпирической кривой обеспеченности необходимо:
Произвести сортировку ряда значений максимальных расходов, расположив их в убывающем порядке;
Присвоить каждому расходу его порядковый номер m;
Определить обеспеченность каждого расхода по формуле:
EMBED Equation.3
где P- обеспеченность каждого расхода;
n - общее число членов ряда;
m- порядковый номер присвоенный каждому расходу.
Таблица №1. Для построения эмпирической кривой обеспеченности
Полученные значения наносят на клетчатку вероятностей и проводят плавную осредняющую кривую – эмпирическую кривую обеспеченности. С кривой обеспеченности снимают расчетные расходы данной обеспеченности.
Построение теоретической кривой обеспеченности графоаналитическим способом. EMBED Equation.3
Определение параметров биноминальной кривой графоаналитическим методом производится следующим путем: имеющийся многолетний ряд среднегодовых расходов воды располагают в убывающем порядке (таб.1), подсчитывают для каждого члена эмпирическую обеспеченность по формуле EMBED Equation.3 и строят эмпирическую кривую.
С эмпирической кривой снимают значения EMBED Equation.3 - максимальные расходы данной обеспеченности:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Затем подсчитывают коэффициент скошенности S:
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3
по которому находят EMBED Equation.3 - коэффициент асимметрии, таблица 2.5.
EMBED Equation.3
По выражению EMBED Equation.3 определяют среднеквадратичное отклонение выражения EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 - нормативное отклонение ординаты кривой обеспеченности от среднего значения, определяется по таблице 2.5. в зависимости от S.
EMBED Equation.3 =3,12
EMBED Equation.3
Среднемноголетнее значение (норма) максимальных расходов определяется как
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
а коэффициент изменчивости (вариации)
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 .
Таблица №2. Для определения характерных расходов данной обеспеченности по Фостеру-Рыбкину.
где K%-модульный коэффициент, соответствующий заданным обеспеченностям EMBED Equation.3 ;
Q%-расчетное значение расходов воды, определяется по формуле EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 %- коэффициент Фостера.
Теперь можем определить расчетный, поверхностный и строительный расходы, с теоретической кривой обеспеченности снимаем характерные расходы:
EMBED Equation.3 -соответствует НПУ;
EMBED Equation.3 соответствует ФПУ;
EMBED Equation.3 .
§ 2. Определение полезной емкости водохранилища и отметки ГМО.
Таблица №3 Определение полезного объема водохранилища годичного регулирования частный случай сезонного регулирования.
Где
Wполезное= EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3
Расход на водоснабжение EMBED Equation.3 , но предполагается 2 этапа строительства системы водоснабжения.
§ 3. Кривые связи расходов и уровней в русле реки. Кривая связи объемов и уровней водохранилища
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Глава II Земляная плотина
§1 Определение отметки гребня с учетом наката волн.
Определение отметки гребня плотины с учетом волновых воздействий.
EMBED Equation.3 конструктивный запас, принимаемый для бетонных плотин с учетом устройства парапета (сплошного ограждения-стенки на гребне) для плотин II класса равным 0,5м.
Отметка гребня плотины вычисляется по формуле:EMBED Equation.3.
Определение высоты ветрового нагона:
EMBED Equation.3,
где W – расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды; W=18м/с;
D – длина разгона ветровой волны; D=13км=13000м;
g – ускорение свободного падения;
H – расчетная глубина воды в водохранилище;
αв – угол между продольной осью водоема и направлением ветра.
Предварительно определяем Н:
EMBED Equation.3,
а αв считаем равным нулю.
Тогда EMBED Equation.3.
Расчет основных элементов волн.
Высота наката волны определяется по зависимости:
EMBED Equation.3.
Предварительно определяем высоту волны 1%-ной обеспеченности для глубоководной зоны:
EMBED Equation.3
А для определения EMBED Equation.3 и других параметров волн (EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3) выполним расчет:
вычисление безразмерных параметров EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3.
EMBED Equation.3; EMBED Equation.3;
по величинам EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 по графикам (учебное пособие стр.14) соответственно определяем для глубоководной зоны на осях координат:
EMBED Equation.3; EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3; EMBED Equation.3
Для определения EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 принимаем меньшие из полученных параметров:
EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 , тогда EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 ;
тогда средняя длина волны:
EMBED Equation.3;
определяем зону водохранилища:
Для глубоководной зоныEMBED Equation.3. В нашем случае: 22,6м >0,5∙35,54м =17,77 м,
По дополнительному параметру EMBED Equation.3 , уточняем:
по графику (учебное пособие стр.15) при EMBED Equation.3 для случая, когда i=1% определяем Ki=K1%=2,11, тогда EMBED Equation.3 .
Определение коэффициентов в формуле для определения hн:
Kr = 1,0; Kp = 0,9 (учебное пособие табл IV.1 стр.16) – коэффициенты, зависящие от размера крепления и его типа, принимаем при крепления откоса бетонными (железобетонными) плитами;
Ksp = 1,5-коэффициент, зависящий от скорости ветра и угла наклона откоса (учебное пособие табл IV.2 стр.16).
Krun = 1,45-коэффициент, зависящий от пологости волны определяется по графику (учебное пособие стр.17) т.к EMBED Equation.3 . и Н=22,6 м > 3∙h1%гл = 3∙2,68м =8,04 м;
Ki = 1,0- коэффициент учитывающий обеспеченность по накату , который определяется при i =1% (по учебному пособию табл IV.3 стр.17);
Kβ = 1,0 – коэффициент, учитывающий угол подхода фронта волны к сооружению(β –угол между направлением фронта волны и нормалью к оси плотины), определяется при β=0˚ (учебное пособие табл IV.4 стр.17).
В результате получаем: EMBED Equation.3
hн =1∙0,9∙1,5∙1,45∙1∙1∙2,68=5,44м
Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище:
а = 0.5 – конструктивный запас
EMBED Equation.3 ;
Тогда отметка гребня плотины при EMBED Equation.3составляет:
EMBED Equation.3 принимаем EMBED Equation.3
§2 Поперечный профиль плотины. Выбор типа плотины и методов строительства.
Проектирование поперечного профиля грунтовой плотины.
EMBED AutoCAD.Drawing.16 EMBED Equation.3
Высота плотины: = EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Ширина гребня плотины назначается с учетом производства работ, эксплуатационных требований и транспортной схемы. При отсутствии проезда по гребню его ширина должна быть не менее 3м, а для высоких плотин не менее 6м. При наличии автодороги , или железнодорожного пути, или того и другого одновременно ширина плотины по гребню назначается в зависимости от габаритов дорог, определяемых соответствующими нормативными документами. Конструкция гребня плотины, определяется конструкциями прокладываемых по гребню дорог и пешеходных путей, ливнестоками, кабельными траншеями и т.п.
Ширина гребня сооружения – зависит от категории дороги.
Принимаем 15 м.
Заложение откосов плотины- определяется расчетами устойчивости и зависит от конструкции плотины, расчетных характеристик прочности грунтов тела плотины, условий эксплуатации, геологического строения основания и т.п. На предварительных стадиях проектирования заложения откосов назначается на основе опыта проектирования и эксплуатации существующих плотин. В начале аналогов следует использовать прогрессивные конструкции, созданные в сходных природных условиях из грунтов, близких по своим показателям (зерновому составу, прочностным и деформационным характеристикам) к грунтам, используемым в проектируемом сооружении. В соответствии с накопленным опытом в настоящее время для земляных насыпных плотин из песчаных и глинистых грунтов на предварительных стадиях проектирования рекомендованы следующие заложения откосов: для плотин высотой 15-50м – верховой откос 3-4, низовой откос 2,5-4,0м.
Определение заложения откосов:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3
Определение характеристик грунта.
Грунт № 1 суглинок тяжёлый
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - защемленный в порах воздух
Принимаем EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - влажность глинистого грунта
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - влажность при которой достигается максимальная плотность глинистых грунтов
EMBED Equation.DSMT4
Плотность частиц
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
Определение коэффициента пористости на пределе текучести
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - число пластичности
EMBED Equation.DSMT4
Грунт № 2 супесь
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - защемленный в порах воздух
Принимаем EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - влажность глинистого грунта
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - влажность при которой достигается максимальная плотность глинистых грунтов
EMBED Equation.DSMT4
Плотность частиц
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
Определение коэффициента пористости на пределе текучести
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4 - число пластичности
EMBED Equation.DSMT4
Выбор типа плотины и методов строительства.
Горизонтальный дренаж в виде сплошного дренажного слоя выполняют из крупнозернистого материала толщиной 0,3 м и защищают обратным фильтром сверху и снизу толщиной 0,1 м.
§3 Расчет фильтрации через тело и в основании плотины. Противофильтрационные мероприятия
Основные положения
Современными строительными нормами и правилами требуется определение фильтрации в теле грунтовых плотин и их основаниях в процессе проектирования:
построение гидродинамической сетки движения фильтрационного потока, в том числе депрессионной поверхности, являющейся верхней границей фильтрационного потока в теле плотины;
определение параметров фильтрационного потока - скоростей движущейся грунтовой воды и градиентов;
определение фильтрационных расходов через тело плотины.
Построение депрессионной поверхности и определение параметров фильтрационного потока необходимы для правильного конструирования плотины, особенно ее низового клина, получения данных о фильтрационных силах в плотине, необходимых для проведения статических расчетов по определению устойчивости откосов, правильного размещения грунтов в теле плотины с целью обеспечения ее фильтрационной прочности. Установление фильтрационных расходов через тело плотины, ее основание и бортовые примыкания при необходимости проводится для определения потерь воды из водохранилища, расчетов специальных дренажных устройств (например, для гидравлического расчета трубчатого дренажа и др.).
Изучение фильтрации в теле плотин и их основаниях проводится как расчетными, так и экспериментальными методами.
В теории фильтрации рассматривается движение так называемой гравитационной воды, происходящее под действием сил тяжести. В этом случае в воде действует только гидродинамическое давление. Гравитационная вода, движущаяся в пористой грунтовой среде, называется также грунтовой водой, к которой относят и капиллярную воду.
Фильтрация воды в теле плотины и в обход ее является безнапорной, поскольку имеет место свободная поверхность фильтрационного потока. На поверхности этого потока давление равно атмосферному. Верхней границей фильтрационного потока служит депрессионная поверхность (или в плоской задаче – депрессионная кривая). Фильтрующаяся в плотине грунтовая вода в каждой точке области фильтрации характеризуется определенным гидродинамическим давлением (или напором) и скоростью.
Фильтрация воды может быть установившейся и неустановившейся. В большинстве фильтрационных расчетов рассматривается установившаяся фильтрация. В специальных случаях, например при быстром изменении уровней воды в водохранилище, фильтрация неустановившаяся, при ней происходит изменение во времени положения депрессионной поверхности. В теории фильтрации предполагается несжимаемость фильтрующей воды и недеформируемость скелета грунта.
В таких грунтах как глины, суглинки, супеси и пески, а также в мелкотрещиноватой скале имеет место так называемая ламинарная фильтрация, происходящая с малыми скоростями, что позволяет при выводе уравнений движения пренебречь инерционными силами. Фильтрация воды в крупной каменной наброске, в скале с крупными трещинами может быть турбулентной.
Методы определения параметров фильтрационного потока в грунтовых плотинах.
Определение параметров фильтрационного режима в грунтовой плотине и ее основании с помощью расчетных или экспериментальных методов необходимы для решения следующих задач проектирования: 1) проверка устойчивости откосов плотины; 2) проверка устойчивости грунтов в отношении внутренней суффозии грунта; 3) проверка устойчивости грунтов на выпор фильтрационным потоком; 4) назначение размеров противофильтрационных устройств в плотине и основании; 5) назначение размеров дренажных устройств; 6) выбор составов грунтов переходных зон и обратных фильтров.
Как правило, фильтрационные расчеты проводятся для выбранной на начальной стадии проектирования конструкции плотины. Этот выбор осуществляется на основе аналогов (опыта проектирования) или инженерной интуицией. На основе выполненных расчетов уточняются или изменяются конструкции плотины и ее габариты, включая размеры противофильтрационных устройств, положение и размеры дренажей и т.п.
В настоящее время для оценки фильтрационного режима в грунтовых плотинах и их основаниях используются расчетные и экспериментальные методы. Расчетные методы разделяются на гидравлические и гидромеханические. Из экспериментальных методов наиболее известен метод электрогидродинамических аналогий (ЭГДА). Используется также метод щелевого лотка (моделирование с помощью физической модели). Часто в сложных случаях удобно проводить комплексное изучение фильтрационного режима, включающее как расчетные, так и экспериментальные методы.
При исследовании фильтрационного режима, так же как и в других случаях, например при статических расчетах плотин и т.п., важно правильно выбрать расчетную схему, учитывающую по возможности многообразие природных условий и конструктивные особенности сооружения. При этом выбор расчетной схемы должен опираться на данные инженерно-геологических и гидрологических изысканий в створе плотины и данные о фильтрационных свойствах грунтов, используемых в качестве материалов тела плотины. В расчетной схеме также должны найти отражение конструктивные особенности плотины и сведения о проектных положениях уровней в верхнем и нижнем бьефах плотины.
Гидравлические методы наиболее широко используют в практике фильтрационных расчетов. С их помощью может быть построена кривая депрессии, определен фильтрационный расход и получены средние значения скоростей и градиентов в области фильтрации. Использование простых гидравлических методов оправдывается в большей степени тем, что вводимые в расчеты фильтрационные характеристики грунтов определяются с малой точностью и задаются для расчетов, как правило, с точностью до порядка. Гидравлические методы были сформулированы и развиты в трудах Н.Н.Павловского и других ученых. Описание од основных расчетных случаев приводится далее. Гидравлические методы расчета основаны на использовании ряда приемов, позволяющих упростить задачу определения фильтрационного режима. Эти приемы основываются на следующих положениях.
Построение кривой депрессии
Условие построения:
EMBED Equation.DSMT4
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Фильтрационная прочность грунтовой плотины. Определение суффозионности грунта.
Виды фильтрационных деформаций. Вода, фильтрующая в теле и основании плотин, оказывает механическое воздействие на скелет грунтов, которое характеризуется значением фильтрационной силы. Фильтрационная сила имеет значение, сопоставимое с весом грунта. В грунтовых плотинах фильтрационные силы в макрообъемах влияют на общее напряженно-деформируемое состояние тела плотины, которое можно анализировать на основании законов механики сплошной среды, в микрообъемах фильтрационные силы воздействуют на частицы несвязанных и агрегаты связанных грунтов, что может привести к потере ими равновесия и перемещению вместе с фильтрующим потоком. В результате происходят различные виды фильтрационной деформации грунта в зависимости от типа грунта (связанный или несвязанный).
Суффозия грунта – перемещение отдельных частиц грунта фильтрационным потоком. Различают внутреннюю суффозию, когда частицы грунта перемещаются внутри массива, и внешнюю суффозию, когда частицы грунта выносятся из массива. Суффозия возможна только в сыпучих грунтах.
Фильтрационные деформации происходят как в микрообъемах грунта, так и в значительных областях, что приводит к осадкам тела плотин, оплыванию откосов, возникновению сосредоточенных путей фильтрации, засорению обратных фильтров и т.п. Надежная работа грунтовой плотины обеспечивается правильным подбором (по фильтрационной устойчивости) материалов, укладываемых в тело плотины, и выбором конструкций и составов фильтров, переходных зон и дренажей, предотвращающих фильтрационные деформации грунтов.
Контактный выпор и контактный размыв, а также отслаивание грунтов, являются разновидностями суффозии грунта, которая может быть названа контактной суффозией.
Контактный выпор – разрушение мелкозернистого (глинистого) грунта на контакте с крупнозернистым материалом фильтрационным потоком, направленным перпендикулярно линии контакта. Частным случаем является – выпор грунта на границе выхода фильтрационного потока в нижний бьеф или на откос плотины в зоне высачивания.
Контактный размыв – разрушение мелкозернистого (песчаного или глинистого) грунта на контакте с крупнозернистым грунтом фильтрационным потоком, направленным параллельно линии контакта.
Отслаивание грунта – отрыв от толщи агрегатов частиц связанного грунта на контакте с крупнозернистым грунтом, в том числе на контакте с обратным фильтром.
Определение осадки плотины.
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 - коэффициент осадки.
Конечный коэффициент пористости EMBED Equation.3 находим по таблицам в зависимости от EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
тогда EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3
Тогда: EMBED Equation.3
Для компенсации осадки необходимо при строительстве плотины насыпать слой грунта, выше проектной отметки.
§4. Расчет устойчивости откосов плотины в эксплуатационный период.
Расчет устойчивости откосов земляных масс остается до сих пор наименее изученным и наиболее ответственным разделом проектирования грунтовых гидротехнических сооружений. Первый значительный шаг в этом направлении был сделан Кулоном, который, исследуя работу подпорных стенок, установил, что поверхность обрушения в песках является плоскость, и исходя из этого положения разработал метод расчета давления грунтов на подпорную стенку.
В 1916 г. шведские инженеры Петерсен и Гюлтин, исследуя работу морских набережных, обнаружили, что поверхности их обрушения в глинистом грунте криволинейны и могут быть приблизительно приняты цилиндрическими в поперечном сечении. Началась усиленная разработка метода круглоцилиндрических поверхностей обрушения. Этот метод во всех своих многочисленных вариантах является приблизительным инженерным приемом оценки устойчивости откосов. Главное условие, лежащее в основе метода, - необходимость удовлетворить три уравнения статики для предполагаемого к обрушению массива, но число неизвестных обычно более трех, и в зависимости от принимаемых допущений можно получить необыкновенно широкий ряд методов, которые в настоящее время известны.
Предпринимались попытки отказаться от круглоцилиндрической поверхности, заменив ее логарифмической спиралью или какой-либо другой плавной криволинейной поверхностью, но во всех случаях основное противоречие, когда число неизвестных уравнений, сохранялось, а расчеты усложнялись, и создавались новые трудности теоретического характера.
Постепенно в практике расчетов остановились на предположении о круглоцилиндрической поверхности обрушения с довольно простыми допущениями, выдвинутых в 30-х годах К.Терцаги, тем более что большое число сопоставительных разработок, сделанных по различным методам в различных странах (в СССР такие разработки в 60-х годах были выполнены Р.Р. Чугаевым), показали, что для большинства объектов различие в результатах расчетов меньше точности определения исходных характеристик.
Расчет проводится по следующей схеме :
§5 Крепление откосов
Крепление откосов плотин устраивают для защиты их от волнового воздействия. В качестве материала крепления будем использовать железобетонные плиты. Такое покрытие не только предотвращает откос от разрушения, но и служит противофильтрационным элементом. Крепления устраивают в зоне колебаний уровня воды. Верхняя граница основного крепления должна соответствовать отметке наката волны, практически она совпадает с гребнем плотины. Нижняя граница основного крепления располагается ниже отметки УМО на расстоянии 2-3 размеров высоты волны. Ниже располагается облегченное крепление.
Железобетонные крепления выполняются в виде монолитных плит, бетонируемых непосредственно на месте. Монолитные бетонные плиты устраивают для защиты верхового откоса при высоте волны 1,5-4м. Они имеют толщину от 0,15 до 0,5м и размеры в плане от 5x5 до 20x20м и более. Швы между плитами делаем закрытыми. В случае водонепроницаемых швов исключается необходимость устройства фильтра в основании плит. Крепление откоса монолитными железобетонными плитами очень чувствительно к деформациям грунта в основании плит, приводящим к трещинообразованию в плитах. При укладке плит на откос из связанного грунта необходима укладка слоя песка 1,0-1,5м.
Большое распространение в практике строительства плотин получили монолитные плиты креплений: они лучше предохраняют откосы от разрушения, однако подвержены значительному трещинообразованию при неравномерных деформациях тела плотины.
Проектирование и расчет крепления верхового откоса:
Для проектирования крепления верхового откоса необходимо знать следующие параметры:
EMBED Equation.3- средняя длина волны
EMBED Equation.3 -средняя высота волны;
(см. §1 Определение отметки гребня с учетом наката волн)
В качестве крепления верхового откоса выбираю железобетонные крепления в виде монолитных плит, толщину которых определяем по формуле Шанкина:
EMBED Equation.3 ,
где: К=0,096-для закрытых швов;
hв =1,32м-средняя высота волны;
λ=35,54 м – средняя длина волны;
b=15 EMBED Equation.3 20 м-ширина карты в которые укладывается бетонная смесь, примем b=15м;
тогда: EMBED Equation.3 ,
принимаю 10см.
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Глава III Водосливная плотина и другие типы водосбросов.
§1. Определение параметров ветровых волн в водохранилище. Отметки гребня плотины и головной части водосбросов.
EMBED Equation.3 конструктивный запас, принимаемый для бетонных плотин с учетом устройства парапета (сплошного ограждения-стенки на гребне) для плотин II класса равным 0,5м.
Отметка гребня плотины вычисляется по формуле:EMBED Equation.3.
Определение высоты ветрового нагона:
EMBED Equation.3,
где W – расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды; W=18м/с;
D – длина разгона ветровой волны; D=13км=13000м;
g – ускорение свободного падения;
H – расчетная глубина воды в водохранилище;
αв – угол между продольной осью водоема и направлением ветра.
Предварительно определяем Н:
EMBED Equation.3,
а αв считаем равным нулю.
Тогда EMBED Equation.3.
Расчет основных элементов волн.
Высота наката волны определяется по зависимости:
EMBED Equation.3.
Предварительно определяем высоту волны 1%-ной обеспеченности для глубоководной зоны:
EMBED Equation.3
А для определения EMBED Equation.3 и других параметров волн (EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3) выполним расчет:
вычисление безразмерных параметров EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3.
EMBED Equation.3; EMBED Equation.3;
по величинам EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 по графикам (учебное пособие стр.14) соответственно определяем для глубоководной зоны на осях координат:
EMBED Equation.3; EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3; EMBED Equation.3
Для определения EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 принимаем меньшие из полученных параметров:
EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 , тогда EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 ;
тогда средняя длина волны:
EMBED Equation.3;
определяем зону водохранилища:
Для глубоководной зоныEMBED Equation.3. В нашем случае: 22,6м >0,5∙35,54м =17,77 м,
По дополнительному параметру EMBED Equation.3 , уточняем:
по графику (учебное пособие стр.15) при EMBED Equation.3 для случая, когда i=1% определяем Ki=K1%=2,11, тогда EMBED Equation.3 .
Определение коэффициентов в формуле для определения hн:
Kr = 1,0; Kp = 0,9 (учебное пособие табл IV.1 стр.16) – коэффициенты, зависящие от размера крепления и его типа, принимаем при крепления откоса бетонными (железобетонными) плитами;
Ksp = 1,5-коэффициент, зависящий от скорости ветра и угла наклона откоса (учебное пособие табл IV.2 стр.16).
Krun = 1,45-коэффициент, зависящий от пологости волны определяется по графику (учебное пособие стр.17) т.к EMBED Equation.3 . и Н=22,6 м > 3∙h1%гл = 3∙2,68м =8,04 м;
Ki = 1,0- коэффициент учитывающий обеспеченность по накату , который определяется при i =1% (по учебному пособию табл IV.3 стр.17);
Kβ = 1,0 – коэффициент, учитывающий угол подхода фронта волны к сооружению(β –угол между направлением фронта волны и нормалью к оси плотины), определяется при β=0˚ (учебное пособие табл IV.4 стр.17).
В результате получаем: EMBED Equation.3
hн =1∙0,9∙1,5∙1,45∙1∙1∙2,68=5,44м
Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище:
а = 0.5– конструктивный запас
EMBED Equation.3 ;
Тогда отметка гребня плотины при EMBED Equation.3составляет:
EMBED Equation.3 принимаем EMBED Equation.3
§2. Расчет водосливного фронта плотины и напора на плотине и головных частях водосброса.
Определение ширины фронта водосливной плотины по расчетному расходу и разбивка плотины на секции.
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.DSMT4 м
ширина фронта водосливной плотины:
EMBED Equation.3
где: qводоб – удельный расход воды на водосливе;
qн.б. – удельный расход воды в нижнем бьефе;
vн.р. = 1,2 м/с – неразмывная скорость грунта основания за плотиной на глубине 1 м
Определение высоты бетонной водосливной плотины (в первом приближении).
Напор на гребне плотины без учета бокового сжатия:
EMBED Equation.3
где m = 0,47– коэффициент для регулируемой плотины;
Задаем ширину отверстий:
EMBED Equation.3
принимаю bотв = 9 м (по табл.VIII.2 – стр 53)
Ширина одного бычка:
EMBED Equation.3
принимаю tб = 2 м.
Количество отверстий:
EMBED Equation.3
принимаю nотв= 4.
Число бычков:
nб=nотв –1=4–1=3 бычка.
Из них 2 неразрезных бычка t =2м, и один разрезной t =2м+(0,5÷1,5м)=2+1=3м,
Уточним окончательную ширину фронта:
EMBED Equation.3
Форма бычка: ξ=0,7 (ξ – коэффициент бокового сжатия плотины);
Эффективная ширина фронта водослива с учетом бокового сжатия в первом приближении: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Уточняем напор на гребне:
EMBED Equation.3
Определение скорости воды на подходе:
EMBED Equation.3
где: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Расчетный напор на гребне:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 - к-нт кинетической энергии
Высота водосливной плотины:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Уровень водосливной плотины:
EMBED Equation.3
Построение профиля водосливной плотины.
Для построения профиля водосливной плотины используем кривую, построенную на основании таблицы 6-12 по справочнику по гидравлическим расчётам под редакцией Киселёва (стр.66) в зависимости от расчётного напора на гребне Нгр = 3,4 м и высоты плотины Р = 22,6 м.
Значение сопрягающего радиуса R = 10.2 м определяем в зависимости от расчётного напора на гребне Нгр = 3,4м и высоты плотины Р = 22,6 м; (R = ƒ(Р/Нгр)) по таблице 6-14 (стр.66).
Для построения профиля водосливной плотины при проектном напоре Нгр= 3,4 м все числа таблицы надо умножить на этот напор Нгр.
Таблица для построения профиля водосливной плотины:
EMBED AutoCAD.Drawing.16
§3. Расчет нижнего бьефа
Расчет сопряжения бьефов. Обоснование применения гасителей энергии.
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Определим глубину воды в сжатом сечении в первом приближении:
EMBED Equation.3 принимаем EMBED Equation.3 для водосливов плавной формы
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Во втором приближении:
EMBED Equation.3
В третьем приближении:
EMBED Equation.3
Принимаю EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 гидравлический прыжок за водосливной плотиной отогнан, и необходимы дополнительные гасители энергии.
Расчет конструкции для гашения энергии.
Гасители оказывают на поток реактивное, диссипативное и распределительное воздействие. В результате реактивного воздействия гасителей затопление гидравлического прыжка происходит при меньших глубинах, поэтому отпадает необходимость в устройстве водобойного колодца или глубина колодца может быть уменьшена.
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Установим комбинированный колодец.
Условие затопления гидравлического прыжка: EMBED Equation.3
1)
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
2) EMBED Equation.3
3) Высота стенки:
EMBED Equation.3
4) Проверка:
Условие:
EMBED Equation.3
Условие выполняется, →в качестве гасителя энергии эффективно использовать комбинированный колодец глубиной d = 2м с водобойной стенкой высотой с = 5,6м, ширина стенки 2 м.
Расчёт водобоя.
Водобой – бетонная плита, воспринимающая динамическое давление поверхностного потока и защищает русло от недопустимого размыва.
Водобой выполняют в виде массивной бетонной армированной плиты, толщину которой устанавливают из условия прочности и устойчивости. Водобойная плита разрезается температурно-осадочными швами по линии осей быков и оборудуется дренажными колодцами. В швах плиты водобоя делают надёжные уплотнения для предупреждения выноса грунта из основания. Поверхность водобойных плит должна быть ровной, без уступов, которую с целью борьбы с абразивной и кавитационной эрозией выполняют из особо прочных бетонов. Толщина слоя поверхностного высокопрочного материала принимается не менее 0,5 м. В большинстве случаев под плитами водобоя устраивают плоский дренаж с обратным фильтром. При размещении дренажных колодцев необходимо учитывать гидродинамические нагрузки на водобой. Сечение дренажного колодца принимается (0,25X0,75)м ÷ (1Х1)м в зависимости от толщины водобоя и условий производства работ. Площадь колодцев должна составлять не менее 1,5% площади его крепления. Колодцы располагают в шахматном порядке через (5÷10)м в ряду и с расстоянием между рядами менее 5 м. Например, возможное расположение дренажных колодцев для варианта водобоя с гасителями: I ряд – l1 = 0,22·lвод и II ряд – l2 = 0,44·lвод, где lвод – длина водобоя; l1,l2 – расстояния рядов от начала водобоя. Для увеличения устойчивости водобоя плита может иметь утолщение в сторону верхнего бьефа и верховой и низовой зубья. Параметры плит, слагающих водобой, в плане определяют из условия обеспечения их устойчивости на всплывание и сдвиг, а также из возможности бетонирования их одним блоком.
В пределах водобоя располагается гидравлический прыжок, его длина определяется по эмпирической зависимости:
EMBED Equation.3
где h'(hсж) и h''(hразд) – сопряжённые глубины.
Длина водобоя с гасителями энергии:
EMBED Equation.3
Принимаем lвод = 40 м.
Предварительно толщину водобоя можно определить по эмпирической зависимости:
EMBED Equation.3
где EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
принимаем EMBED Equation.3
Окончательно толщину водобоя назначают на основе расчёта его устойчивости и прочности с учётом всех воздействий и сил.
Для защиты плиты от всплытия устраиваются разгрузочные отверстия (дренажные колодцы) на расстояниях:
l1 = 0,22·lвод = 0,22·40 = 8.8м,
l2 = 0,44·l...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора