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.
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
|
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
3 Супесь T 3 =5,45 м; γ3 =2,1 т/м3
Мощность сжимаемого грунта основания:
Т= Т 1 +Т2 +Т3
Т 1 +Т2 +Т3 =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:
