Проект водохранилищного гидроузла

    n – порядковый номер отсека

    Грунт плотины выше кривой депрессии имеет  естественную влажность, а ниже ее находится  в насыщенном водой состоянии.

    7. Высоту отдельных частей отсека  при естественной влажности h^′ (h_ес) (см. рис.) при насыщении водой h^′′ (h_н) определяют графически по чертежу.

    8. Физико-механические характеристики  грунтов следует устанавливать  по данным натурных исследований, а при их отсутствии для  предварительных расчетов – принимать  по табл. 6.2.

Таблица 6.2

    Физико-механические характеристики грунтов

Грунты	Угол  внутреннего трения, φ 0		Удельное  сцепление, С, т/м2		Порис- тость	Удельный  вес, т/м3	Объемный  вес, т/м3
	при естественной влажности	при насыщении водой
			естествен ной влажности	насыщенного водой
Глина	20-26	12 – 16	3,0-6,0	2,0-3,5	0,35...0,5	2,74	1,37-1,78
Суглинок	21-27	15 – 20	2,0-4,0	1,5-3,0	0,35...0,45	2,71	1,49–1,76
Супесь	25-30	20-23	0,5-1,3	0,3-0,5	0,30...0,45	2,70	1,49-1,89
Песок: пылеватый мелкий средний крупный и гравелистый	26-32 28-34 35-38 38-40	24-30 27-32 34-37 35-38	0,2-0,6 0,2-0,4 0,1-0,2 0,1	2-0,6 2-0,4 1-0,2 0,1	0,38...0,44 0,38...0,43 0,35...0,41 0,35...0,41	2,66 2,66 2,66 2,66	1,49-1,65 1,49-1,65 1,57-1,73 1,57-1,73
Раститель-ный ил	–	–	–	-	-	–	1,40– 1,60

 

Т.к. отсеки по высоте имеют грунты различной  влажности, то для удобства расчетов вычисляют приведенную высоту отсека по формуле: 

где - высота полосы грунта при естественной влажности, м;

 

- высота  полосы грунта при насыщении  водой, м;

- объемный  вес грунта при естественной  влажности, т/м³ (определяют по табл. 6.2);

- объемный  вес грунта при насыщении водой  (ниже кривой депрессии),   т/м³, определяемый по формуле:

                                    (4.35)

где  - плотность воды = 1 т/м³;

  - удельный вес грунта в сухом состоянии, т/м³ (по табл. 6.2);

 n – пористость грунта, определяемая по формуле:

     

    9. Для  сокращения расчетов силу сцепления С определяют не по отсекам, а по участкам с одинаковым удельным сцеплением.

    Cилу сцепления (С), возникающую на подошве массива обрушения определяют по формуле:

   

     

    где с₁, с₂, с₃, - удельное сцепление грунта тела плотины и основания, соответствующее дугам l₁, l₂, l₃. (т/м²) , принимается по таблице 6.2.

      – длина участка кривой  скольжения в пределах отсека, м. Определяется по формуле: 

    где - угол, образованный радиусом, проведенным из центра кривой скольжения до пересечения с границами участков с постоянными значениями удельного сцепления (углы , , при расчетах «вручную» измеряют по чертежу).

    R – радиус кривой сдвига, м

    12. Фильтрационную силу учитывают  как объемную. Она приложена к центру тяжести площадки А₁Д₁ЕЖ и направлена параллельно среднему уклону кривой депрессии:

                                              (4.44)

где  - площадь фильтрационного потока;

- средний  градиент фильтрационного потока;

- плотность  воды, равная 1 т/м³. 
 

Средний градиент фильтрационного потока находится  по формуле

         

       

где - падение депрессионной кривой в пределах массива обрушения (определяется графически);

- расстояние, на котором произошло падение  депрессионной кривой на  (определяется графически).

13. Площадь фильтрационного потока (фигура А₁Д₁ЕЖ) находится как

                                               (4.46)

где b – ширина отсека;

– высота полосы грунта при насыщении водой, м; 
 
 
 

14. Коэффициент  устойчивости откоса для плотин  с дренажем:

 

Где r – плечо фильтрационной силы Ф.    
 
 
 

    Принимаем коэффициент устойчивости , следовательно откос устойчив. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Таблица 6.3

    Определение действующих сил (R=14.2 м)

№ отсека (n)			, (графи- чески)	, (графи- чески)			φ	tgφ		с	l
9	0,7	0,71	1,0	-	1,0	0,7	24	0,44	0,312	4	11,15	27,88
8	0,8	0,6	3,0	-	3,0	2,4	24	0,44	0,792
7	0,7	0,71	4,0	-	4,0	2,8	24	0,44	1,250
6	0,6	0,8	3,7	0,4	3,89	2,334	20	0,36	1,12	2,5	4,71	11,77
5	0,5	0,87	3,9	0,4	4,09	2,045	20	0,36	1,128
4	0,4	0,92	4,2	0,1	4,25	1,7	20	0,36	1,408
3	0,3	0,95	3,5	0,4	3,7	1,11	17	0,3	1,055	2,5	6,19	24,76
2	0,2	0,98	2,65	0,8	3,04	0,608	17	0,3	0,894
1	0,1	0,99	1,9	1,0	2,38	0,238	17	0,3	0,707
0	0,0	1	1,1	1,1	1,63	0	17	0,3	0,33
-1	-0,1	0,99	-	1,9	0,92	-0,092	17	0,3	0,273
-2	-0,2	0,98	-	0,8	0,39	-0,078	17	0,3	0,115
-3	-0,3	0,95	-	0,45	0,22	-0,066	17	0,3	0,063
-4	-0,17	0,98	-	0,1	0,05	-0,085	17	0,3	0,015
∑					Σ32,56	Σ13,69			Σ9,462			Σ64,41

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Таблица 6.4

    Определение действующих сил (R=14.4 м)

№ отсека (n)			, (графи- чески)	, (графи- чески)			φ	tgφ		с	l
10	0,21	0,98	0,5	-	0,5	0,105	24	0,44	0,22	4	5,024	20,096
9	0,9	0,43	2,2	-	2,2	1,98	24	0,44	0,42
8	0,8	0,6	4,1	0,2	4,2	3,36	20	0,36	0,91	2,5	5,024	12,56
7	0,7	0,71	4	1,2	4,8	3,36	20	0,36	1,2
6	0,6	0,8	3,9	1,7	5,0	3,0	20	0,36	1,2
5	0,5	0,87	3,8	1,8	4,9	1,95	17	0,3	1,28	2,5	15,83	39,57
4	0,4	0,92	4,5	1,0	5,1	2,04	17	0,3	1,4
3	0,3	0,95	3,7	1,5	4,6	1,38	17	0,3	1,3
2	0,2	0,92	2,9	1,9	4,1	0,82	17	0,3	1,1
1	0,1	0,99	2,2	2,1	3,5	0,35	17	0,3	1,0
0	0	1	1,4	2,1	2,7	0	17	0,3	0,81
-1	-0,1	0,99	0,6	2,0	1,9	-0,19	17	0,3	0,56
-2	-0,2	0,98	-	1,9	1,2	-0,24	17	0,3	0,35
-3	-0,3	0,95	-	1,5	0,95	-0,285	17	0,3	0,27
-4	-0,4	0,92	-	1,0	0,63	-0,252	17	0,3	0,17
-5	-0,43	0,9	-	0,4	0,25	-0,1075	17	0,3	0,07
∑					Σ46,53	Σ17,27			Σ12,26			Σ72,231

7. Водопропускные сооружения при плотинах из грунтовых материалов

7.1. Общие сведения о водопропускных сооружениях

    При проектировании гидроузлов при глухих плотинах из грунтовых материалов устраивают водосбросные, водовыпускные, и водоспускные сооружения.

    Водосбросными сооружениями (водосбросами) называют гидротехнические сооружения, предназначенные  для пропуска паводковых вод на водоподпорных  гидроузлах. В ряде случаев водосброс  совмещают с другими водопропускными  сооружениями гидроузла - водоспуском, водозабором и т.п.

    Выбор варианта водосброса основывается на учете природных, гидрологических  и инженерно-геологических условий  района строительства, а 
также эксплуатации проектируемых сооружений. Оптимальный вариант 
принимается на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

    По  гидравлическому режиму работы водосбросы могут быть напорными, безнапорными, напорно-безнапорными (полунапорными).

    По  режиму эксплуатации водосбросы бывают автоматического действия и управляемые (с затворами). В отдельных случаях  применяют водосбросы полуавтоматического  действия, которые обеспечивают пропуск  части 
сбросного расхода в автоматическом режиме, а часть расхода пропускают 
через отверстия, перекрываемые затворами.

    По  конструктивному признаку различают  водосбросы закрытые (трубчатые), открытые (лотковые), сборные, монолитные.

    По  месту расположения в составе  гидроузла водосбросы делят на береговые, русловые, пойменные.

    По  месту расположения водоприемного  отверстия, относительно уровня ВБ водосбросы классифицируют на поверхностные, глубинные и донные.

    В  автоматических водосбросах расчетные  максимальные расходы воды пропускаются при форсированных подпорных  уровнях, в то время как в регулируемых водосбросах основной расход пропускается при НПУ, а поверочный -  при  ФПУ.  Автоматические водосбросы  не  требуют постоянного наблюдения за изменением уровня воды в водохранилище  и своевременного  маневрирования затворами как у регулируемых водосбросов, что ведет к уменьшению  эксплуатационных затрат. В то же время, пропуск любого, даже маленького расхода  через  автоматический  водосброс  неизбежно  сопровождается  форсировкой  (превышением) уровня воды в водохранилище выше НПУ, что приводит к временному дополнительному затоплению  прибрежной  полосы.  Кроме того, очень часто при прочих равных условиях высота плотины гидроузла с автоматическим водосбросом получается больше по сравнению  с  управляемым  водосбросным сооружением, что требует дополнительных единовременных капитальных затрат.