Гидроузел с плотиной из грунтовых материалов

у=(Н1-Н2)

х- абсцисса, а y- ордината кривой депрессии.Для построения кривой используем таблицу:

                                                                                                            Таблица 2.3.

                         Построение кривой депрессии

х	0	5,48	22	40	61,1
y	13,7	13.1	10,9	8,1	0,5

 По данным таблицы строим кривую депрессии рис.10. После построения на начальном участке ее исправляют в ручную, начиная с уреза воды.

2.7.2. Выводы по фильтрационным расчетам

Минимальное расстояние между кривой депрессии и поверхностью низового откоса больше глубины промерзания. Дренаж запроектирован верно.

 2.8. Оценка фильтрационной грунта.

При больших скоростях фильтрации или при больших градиентах возможен захват частиц и их перемещение вместе с фильтрационным потоком – это фильтрационная деформация.

Эти деформации не происходят, если выполняется неравенство:

где:   - действующий градиент напора в теле плотины;

- критический средний градиент напора (принимается по таблице);

-коэффициент надежности  по ответственности сооружений, определяемый по СНиП 33-01-2003  в  зависимости от класса сооружений: для сооружений III класса = 1,15.

  Наибольший действующий  градиент напора в теле плотины  в ее русловом сечении определяется по зависимости:

где:  Н1- глубина воды при НПУ=13,7м; Н2-глубина воды при УНБмин=0,5м;

Величина критического осредненного градиента, определяется в зависимости от типа грунта по таблице 2.14 (для однородных плотин принимается по колонке 4)[1]: =2…1. Я принимаю =2.

Условие выполняется: 0,22 <=1,7

Следовательно, фильтрационная прочность тела плотины обеспечена

2.9. Расчёты устойчивости откосов плотины

Статические расчеты плотины включают проверку устойчивости верхового и низового откосов, а также экрана и его защитного слоя.

Рассмотрим расчетный случай устойчивости низового откоса при и минимальном и установившейся фильтрации.

Расчет выполним для круглоцилиндрических поверхностей сдвига., с центром в точке О, расположенной в криволинейном четырехугольнике (метод В.В. Фандеева).

1. Криволинейный четырехугольник образуется  линиями проведенными из середины откоса: вертикальной и прямой под углом к откосу, а так же двумя дугами радиусов:

К1=0,75 при тt=2 и K2=1,75 при тt=2

 где  и - коэффициенты внутреннего и внешнего радиусов – [2]-стр.138.

2. Поверхность сдвига проводим из точки , радиусом (определяется графически).
3. Разбиваем полученную область на отсеки шириной .
4. Определяем средние высоты составных частей каждого отсека, имеющие различные плотности. ( - при естественной влажности, - слоя грунта тела плотины насыщенного водой, - грунта основания насыщенного водой).
5. Плотность грунта:

т/м3;

=1,71 т/м3- плотность частиц супеси;

Плотность грунта тела плотины при насыщении его водой:

      n= 0,36 - коэффициент пористости;

      =2,66т/м3  -плотность частиц песка; т/м3 –удельный вес воды;

Плотность грунта основания при насыщении его водой:

   =(1-0,35)(2,66-1)=1,08т/м3

      nосн= 0,35 - коэффициент пористости основания;

      =2,66т/м3  -плотность частиц песка; т/м3 –удельный вес воды;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для упрощения расчетов составляем таблицу

                                                                                                                            Таблица 2.4

№ отсека	sin a	cosa	h1	h2	h3	hприв	j	tan j	hпривsin a	hприв tan jcosa
10	0,94	0,350	0,2	0	0	0,2	23	0,38	0,188	0,03
9	0,9	0,430	4	0	0	4	23	0,38	3,6	0,72
8	0,8	0,600	6	0,2	0	6,1	21	0,34	4,88	1,39
7	0,7	0,714	5,2	2,8	0	6,8	21	0,34	4,76	1,83
6	0,6	0,800	4,6	4,8	0	7,3	21	0,34	4,38	2,22
5	0,5	0,866	4	5.6	0	7,2	21	0,34	3,6	2,44
4	0,4	0,917	3,6	6	0	7	19	0.34	2,8	2,45
3	0,3	0,954	3,6	5	0,8	6,9	19	0,31	2,07	2,23
2	0,2	0,980	3,4	4	1,6	6,6	19	0,31	1,32	2,20
1	0,1	0,995	2,8	3,2	2	3,8	19	0,31	0,38	1,28
0	0	1,000	2,2	2,2	2	4,6	19	0,31	0	1,56
-1	-0,1	0,995	2	1,3	2	3,8	19	0,31	-0,38	1,28
-2	-0,2	0,980	1,6	0,4	1,6	2,7	19	0,31	-0.54	0,90
-3	-0,3	0,954	0,2	0,4	1	1	19	0,31	-0,3	0,32
										∑20,85

 

;

;

Где: - плотность влажного грунта №1; и - плотность грунтов №2 и №3 (№2=№3)

2.9.2. Определение коэффициента устойчивости

Устойчивость откоса зависит от соотношения моментов сил сопротивления сдвигу и активных сил относительно поверхности сдвига.

                                                     Куст=

R-момент сил сопротивления относительно точки О;

F-момент активных сил относительно точки О;

К удерживающим силам относятся силы трения, возникающие по подошве массива обрушения, а так же возникающие здесь силы сцепления. К сдвигающим силам относятся касательная составляющая массива обрушения, а так же фильтрационные силы.

Определение коэффициента устойчивости Куст выполняется по  формуле:

 

                          

 

где:   S- сила сцепления, рассчитывается по формуле:

S=∑ci×li=c1×l1+c2×l2+c3×l3=1,1×9,2+0,88×16+24,6=48,8

где , - удельное сцепление грунтов №1, №2 и №3 в кН/м

, , -длины поверхности скольжения в пределах участка скольжения соответственно для грунтов №1, №2 и №3;

==; ==;

==

F- сила трения, возникающая по подошве всего массива обрушения, определяемая по формуле:

F= b∙ ∙∑hприв∙ tan jcosa=3,5∙1,88∙20,85=137,2

Касательная, составляющая всего массива обрушения:

Т= b∙ ∙∑hприв sin a=3,5∙1,88∙26,76=176.1

Фильтрационная сила:

Ф= ∙∙I=1∙163,8∙0,24=39,3

-площадь фигуры а-в-с-д, определяется по формуле:

м2

I-градиент напора на участке а-в: I=

∆h ,∆l- определяются графически рис.12

Если рассчитанный Кзап >, то устойчивость откоса по данной кривой обеспеченна, если Кзап < , то откос не устойчив.

где Кн- коэффициент надежности по ответственности сооружения. Принимается по классу сооружения. Для 4-го класса Кн=1,1

Кс- коэффициент зависящий от сочетания нагрузок и равный 0,95:

=0,95

Вывод:

Полученное значение коэффициента устойчивости :

Следовательно устойчивость откоса не обеспеченна и необходимы меры для повышения устойчивости откоса: принять его более пологим, заглубить дренаж или использовать ядро.

2.10.Расчет осадки плотины.

Плотина – это свежо отсыпанная насыпь, после ее возведения сама плотина и основание деформируются т.е. претерпевают осадку. Основание деформируется под весом плотины, а плотина от собственного веса, т.е. ниже лежащие слои под слоем выше лежащих.

Расчёты осадки плотины дело сложное, ведутся они методом послойного суммирования, при этом вычисляется стабилизированная осадка для заданной глубины сжимаемого слоя грунта основания, а при неограниченной мощности его расчёт ведётся для активной зоны. Расчёт осадки выполняется как тела плотины, так и для основания.

 

 

 

 

 

 

 

 Суммарная осадка тела  и основания плотины в курсавом проекте допускается определить по выражению:

.

3. Проектирование  водосброса.

При грунтовых плотинах для пропуска расходов половодья и дождевых паводков во избежание переполнения водохранилища, для пропуска льда, шуга и мусора из верхнего бьефа в нижний устраивают водосбросные сооружения . Выбор типа водосброса и его трассы обычно выполняется на основании технико-экономического сравнения различных вариантов.

3.1. Выбор типа водосброса

Принимаем вариант открытого берегового водосброса.

3.2.Выбор и назначение трассы берегового открытого водосброса

В состав открытого берегового водосброса в общем случае могут входа следующие сооружения :

• подводящий канал с ледозащитными устройствами;
• шлюз-регулятор или в случае нерегулируемого водосброса - водо-слив, гребень которого расположен на отметке НПУ;
• сопрягающий (сбросной) канал;
• сопрягающее сооружение;
• концевое устройство водосброса;
• отводящий канал.

 

3.3. Проверка     возможности     выполнения     нерегулируемого  варианта водосброса.

 

На нерегулируемом открытом водосбросном тракте отсутствует шлюз-регулятор. Такие водосбросы включаются в работу автоматически, как только уровни воды в водохранилище поднимаются выше отметки НПУ. Автоматичность работы водосброса обеспечивается либо фиксирующим порогом, расположенным на отметке НПУ, например, в подводящем канале, либо устройством ' на отметке НПУ фундаментной плиты участка перехода водосброса через плотину. Так как более надежным с точки зрения эксплуатации является нерегулируемый водосброс (отсутствие затворов и подъемников, независимость от человеческого фактора), то в начале проверяется возможность устройства нерегулируемого входного оголовка водосброса с неподтопленным водосливными рогом на отметке НПУ (см. рис.3.1). Для этого по формуле устанавливается длина (ширина) водосливного фронта L, необходимая для пропуска поверочного расчетного расхода Qm:

L=Qm/(т)=100/(0,4××=20 м

где: т - коэффициент расхода, который зависит от очертания поперечно профиля водосливного порога и его формы в плане; предварительно можно принимать, например, для водослива практического безвакуумного профиля криволинейного очертания т = 0,48...0,49, для водосливов с тонкой стенкой-0,4...0,42;

     ε – коэффициент  бокового сжатия – 1,0 в первом приближении;

Н0- напор на пороге водослива с учётом скорости подхода V0, onpeделяемый по формуле:

 

    На данной стадии  курсового проекта скоростью  подхода V можно пренебречь, т.е. принять Н0=Н; здесь Н - напор на пороге водослива. Для нерегулируемого водосброса:

Н=ÑФПУ- ÑНПУ=115,7-113,7=2,0 м

 

Рис. 3.1. Схема к расчету нерегулируемого водосливного порога.

Определим ширину быстротока: bб=Qm/qэк=100/4=25м,

где qэк- удельный допустимый расход в нижнем бьефе( в концевой части водосброса, зависит от грунта в русле). У меня в русловой части залегает крупный песок, тогда qэк=3…4 м3 /с на 1п.м. Принимаю qэк=4 м3 /с на 1п.м.

В данной работе проектируем нерегулируемый водосброс. В случае, если L<(1,5…2,5)bб ; 20м<2∙25=50м, то допускается водослив принять в виде стенки.

3.4.Нанесение трассы  водосбросного тракта на план  местности.

Ось тракта быстротока желательно располагать перпендикулярно горизонталям. Трасса должна быть минимальной длины, прямолинейная. Вычерчивается на берегу у границы плотины, угол между осью водосброса и осью реки должен быть острым, для предотвращения размыва противоположного берега. Удобно разместить водосброс на повороте. Продольный профиль сооружения показан на рисунке   .

3.5.Определение  уклона быстротока.

Уклон быстротока определяется графически. Для этого используется продольный разрез по оси водосброса рис.    .

Расчетная схема для определения уклона быстротока. Рис   .

 

 

 

 

 

 

 

 

↓П=НПУ=113.7м; ↓П'=↓П-1м=113,7-1=112,7м; ↓К=↓П-(0…1)м=112,7м

i1=

1)Для уменьшения земляных  работ можно продолжить до  точки 1' на 1-1,5м, а далее ее соединить  с точкой 4, тогда получим другой  уклон i2> i1;

2)В случаях, когда грунт  в русле реки слабо размываемый  или у русла очень крутой  склон, то можно использовать  консольный перепад. Его выполняют  выше уровня УНБmax на 1-2м. размещая его над точкой 4. В этом случае объемы земляных работ существенно уменьшаются.

В моем случае в основании лежит размываемый грунт – песок крупный, поэтому, принимая во внимание положение поверхности земли по отношению к порогу, принимаю уклон i1.