Гидротехнические сооружения

Курсовая работа

Курсовое проектирование ставит своей целью систематизацию и расширение накопленных знаний, а также их практическое применение при проектировании сооружений водохранилищного узла в конкретных условиях гидромелиоративного строительства, определимых заданием на курсовое проектирование.

Гидротехнические сооружения постоянно подвержены действию проточной или стоячей воды, оказывающей на это сооружение различное воздействие. Механическое воздействие-вода проявляется в разрушении материалов сооружений и грунтов в их основаниях. Биологическое действие-вода проявляется в разрушительном влиянии, живущих в воде и на подводных частях сооружения различных организмов, которые вызывают гниение древесины, зарастание трубопроводов, нарушение поверхностей сооружения.

Группы гидротехнических сооружений, объединённых по расположению и условиям совместной работы, называются гидроузлом. Гидроузлы являются комплексными, которые выполняют несколько функций, что позволяет рационально использовать водные ресурсы. В курсовом проекте ведётся расчёт водохранилищного узла

1 ВЫБОР СТВОРА ПЛОТИНЫ

На положение створа плотины оказывают влияние различные факторы. Топографические условия определяют длину и высоту плотины. Створ плотины, как правило, располагают в наиболее узкой части водотока, обычно нормально к горизонталям, что обеспечивает минимальные объемы работ, большую роль играют: инженерно-геологические и гидрологические условия, оцениваемые прочностными характеристиками грунтов, их напластованием и водопроницаемостью. Створ плотины целесообразно выбран одновременно с трассировкой водосбросного тракта. При выборе створа учитывается способ пропуска строительных расходов, наличие и возможность устройства дорожной сети, прокладку линий электропередач.

В процессе изысканий намечены несколько створов. Створ будущей плотины из них выбран с учетом перечисленных факторов и на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов.

Для принятого створа делаем продольный профиль с фиксацией отметок поверхности земли на пикетах и промежуточных точках. В створе выполняют шурфование и бурение скважин для освещения инженерно-геологического строения основания плотины.

При проектировании плотин учитывается и форма речных долин, в которых наблюдается два характерных участка: русловой, где протекает вода в меженное время, и пойменный, затапливаемый в паводок. На горных участках рек и в руслах малых водотоков поперечное сечение обычно имеет очертание, близкое к треугольному, и здесь пойменных участков нет.

11 стр., 5124 слов

Понятие гидротехнических сооружений

... производим подбор створа узла гидротехнических сооружений. Намечаем три варианта. Из намеченных створов принимаем к проектированию третий створ. 1.2 Компоновка гидроузла. В состав сооружения гидроузла входит плотина из грунтовых ... отметки нормального и форсированного подпорных уровней. Высота ветрового нагона при уровне воды в водохранилище, равна где Кв - коэффициент, зависящий от скорости ветра; W ...

В водохранилищах, создаваемых с помощью грунтовых плотин, различают три уровня поверхности воды: форсированный подпорный (ФПУ); нормальный подпорный (НПУ) и мертвого объема (УМО).

Отметки этих уровней устанавливают с помощью водохозяйственных расчетов. Иногда форсировку уровня воды не предусматривают, тогда НПУ и ФПУ имеют одну отметку.

2 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ

ПЛОТИНЫ

При проектировании плотин третьего класса выполнены следующие расчеты: фильтрационные; устойчивости откосов, экрана и защитного слоя; обратных фильтров, дренажей и переходных зон; крепление откосов на прочность от действия воды, льда и др.

Расчеты выполнены для наиболее характерных поперечных сечений плотин и во всех случаях для основных и особых сочетаний нагрузок, в период эксплуатации и в период их возведения.

Уклон откосов плотин назначены, исходя из условий устойчивости с учетом: физико-механических характеристик грунтов откосов и основания; действующих на откосы сил: фильтрационных, капиллярного давления и др.; высоты плотины; условий производства работ по возведению плотины и ее эксплуатации.

В данном курсовом проекте взята однородная плотина из песчано-глинистых грунтов при плотных грунтах оснований со значениями коэффициентов откосов: m 1 =3,0, m2 =2,0,m3 =1, m4 =2,0.

На откосах через 10м по высоте устраивается горизонтальная площадка — берма.

Ширина гребня плотины назначена в соответствии с нормами проектирования дорог и ожидаемым характером движения по плотине.

Таблица 2.1 — Примерные значения коэффициентов откосов грунтовых плотин

Высота плотины,

м

Коэффициенты откосов

верховой m 1

низовой m 2

без дренажа

с дренажем

5

2,0

1.5

1,5

5-10

2,5

2,0

1,5-2,0

12-15

2,5-3.0

2.5

2,0-2,5

20-30

3,0-3,5

2,5-3,0

2,0-2.5

Так как движение на плотине двухстороннее, то ширина гребня принимается равной 12м.

Длину волны λ (м) в открытых водохранилищах (м) при длине разгона волны от 3 до 30 км и скоростях ветра до 15 м/с вычисляют по формуле:

(2.1)

=0,3041010 0,5 =9,61 м

где ω — скорость ветра, м/с;

  • L — длина разгона волны, км.

Высоту волны определяют по формуле:

(2.2)

м

Высоту ветрового нагона ∆h (м) находят по формуле:

(2.3)

м

где К — коэффициент, зависящий от отношении Н /λ, принимается равным 6·10 -3 ;

ω 10 — расчетная скорость ветра в м/с, измеренная на высоте 10 м над уровнем водоема;

  • L — длина разгона ветровой волны, км;
  • H — глубина водоема, м;

g — ускорение свободного падения, м/с 2 ;

  • α — угол между осью водоема и направлением ветра.

Высоту наката волн на откос h н (м) определяют по формуле:

(2.4)

м

где К ш — коэффициент, зависящий от типа покрытия откосов (для гладкого 1,0, для шероховатого 0,55);

  • m — коэффициент верхового откоса;

h в — высота волны;

  • λ — длина волны.

Возвышение гребня над расчетным уровнем верхнего бьефа определяется по формуле:

(2.5)

м

где h н — высота наката ветровой волны на откос, м;

h — высота ветрового нагона воды, м

а — запас плотины, принимаемый в зависимости от класса капитальности сооружения равным 0,69 м,

Высота плотины:

м

С учетом полученного расчетного превышения гребня плотины над НПУ назначаем отметку гребня плотины.

(2.6)

м

Для обеспечения устойчивости верхового откоса через 10м по высоте проектируем строительство одной бермы шириной 6 м на отметке 101м. Отметка верха дренажной призмы назначается на 1м выше УНБ мах и составляет 97м.

3 РАСЧЕТ ФИЛЬТРАЦИИ ЧЕРЕЗ ОДНОРОДНУЮ ЗЕМЛЯНУЮ ПЛОТИНУ С ДРЕНАЖЕМ ПРИ НАЛИЧИИ ВОДЫ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ

Под влиянием напора создаваемого платиной происходит фильтрация воды из верхнего бьефа в нижний бьеф через тело плотины, если оно проницаемое.

При безнапорном движении фильтрационный поток ограничивается сверху свободной поверхностью, во всех точках которого давление постоянное.

Свободная поверхность грунтового потока называется депрессионной поверхностью, а линия пересечения этой поверхности с вертикальной плоскостью – депрессионной кривой. Ниже депрессионной поверхности грунт насыщается водой и оказывается возвышенным в воде, что снижает устойчивость плотины.

При проектировании и конструировании земляных плотин необходимо выполнить фильтрационный расчет, в процессе которого необходимо установить положение депрессионной кривой в теле плотины, определить градиенты фильтрационного потока, величину фильтрационных скоростей, определить фильтрационный расход через тело плотины и ее основания.

(3.1)

где S Д — проекция депрессионной кривой, м;

b пл — ширина гребня плотины, м;

Н пл — высота плотины, м;

Д — превышение дренажной призмы над УНБmax , м;

Σb б — сумм. ширина берм низового откоса, м.

m 2 , m3 — коэфф. откосов (низового, внутреннего др. призмы);

h Д — высота дренажной призмы.

Глубина фильтрационного потока h ОУ в раздельном сечении ОY определяется:

(3.2)

Обозначив подкоренное выражение через F+, получим

Задаваясь значением h вычисляем соответствующие значения:

По полученным данным строим график (рисунок 3.1), соблюдая один и тот же масштаб по оси абсцисс и ординат. Из начала координат проводим линию под углом 45º, из точки пересечения ее с кривой опускаем вертикаль на ось абсцисс и находим h=12,09м — высоту депрессионной кривой в раздельном сечении.

Рисунок 3.1

Ординаты кривой депрессии вычисляем по формуле (3.3).

Расчёт сводим в таблицу 3.1. Правильность фильтрационных расчётов подтвердится в случае, если x = S ; у = h 0 .

Определяем удельный фильтрационный расход:

на 1 метр ширины сооружения.

Таблица 3.1 — Расчет координат депрессионной кривой в теле земляной плотины

Точки

х, м

y2

y, м

1

0

0

146,17

12,09

2

5

18

128,17

11,32

3

10

36

110,17

10,5

4

15

54

92,17

9,6

5

20

72

74,17

8,6

6

36

129,6

16,57

4,07

По полученным значениям положения депрессионной кривой строится депрессионная кривая на поперечном профиле плотины.

4 РАСЧЕТ ОСАДКИ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОЙ

ПЛОТИНЫ

Осадка плотины складывается из осадки тела плотины и осадки грунтов основания.

В процессе возведения плотины насыпь уплотняется до объемной массы скелета γ=1,6-1,7т/м 3 . Поэтому, считается, что дальнейшее уплотнение под действием собственного веса не происходит. Основные деформации возникают из-за уплотнения грунтов основания весом плотины. Величина этой осадки (см) определяется по формуле:

(4.1)

где Т — толщина сжимаемого основания плотины, см;

ε 1 — коэффициент пористости грунта основания плотины в естественном состоянии;

ε 2 — коэффициент пористости грунта основания плотины после возведения насыпи.

(4.2)

где n — объем пор;

  • m — объем скелета в единице объема ненарушенного грунта.

Грунты основания:

1 Песок мелкий T 1 =1 м; γ1 =1,8 т/м3

2 Глина T2 =2,3 м; γ1 =1,9 т/м3

3 Супесь T 3 =5,45 м; γ3 =2,1 т/м3

Мощность сжимаемого грунта основания:

Т= Т 123

Т 123 =8,75м.

Ниже грунт практически несжимаем.

Грунт тела плотины проектируется выполнить: из мелкого песка с объемным весом γ пл =1,8 т/м3 ; Нпл =18,5 м; bпл.гр. =12 м; m1 =3,0; m2 = 2,0.

1. Определяем напряжения в средине сжимаемого слоя грунта основания плотины в естественном состоянии

2. По компрессионным кривым находим средневзвешенный коэффициент пористости грунта основания плотины

3. Определяем напряжение в точке В на поверхности сжимаемого слоя oснования

4. Определяется напряжение в середине сжимаемого слоя после возведение плотины.

Поперечный профиль плотины делим на три фигуры: левый треугольник; средняя часть — прямоугольник; правая — треугольник.

Для левого треугольника вычисляем отношения: