Расчет и проектирование земляной плотины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Построение профиля земляной плотины

2. Построение депрессионной кривой

3. Крепление откосов

4. Расчет отверстий водосброс

5. Расчет водобойного колодца

6. Расчет канала

Библиографический список

1. ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1 Профиль земляной плотины

Н = hв+ d = 18+0,66=18,66=19м;

Высоту плотины назначают с превышением d над расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующем отсутствие перелива воды через гребень и равным

d = ?h + hн + a = 3,9*10??+0,16+0,5=0,6639м;(1.1)

где: ?h - высота ветрового нагона воды; hн - высота наката волн на откос плотины; а - конструктивный запас, принимаемый как большее из значений 1,5 м и 0,1 h1% ; h1% - высота волны 1%-ной вероятности превышения.

Расчеты по формуле следует проводить для двух расчетных случаев:

1) уровень воды на отметке НПУ или выше него (основное сочетание - нагрузок и воздействий);

2) уровень воды, на отметке ФПУ при пропуске максимального поверочного расхода воды (особое сочетание нагрузок и воздействий).

Расчетную скорость ветра в первом случае принимают 1% - ной вероятности превышения, наблюдаемую в течение года, а во втором - 50%-ной вероятности превышения, наблюдаемую во время форсировки уровня. При определении элементов ветровых волн и ветрового нагона следует принимать вероятность превышения шторма для сооружений I, II класса 2% и III , IV - 4%.

Высоту ветрового нагона определяют по зависимости

?h = Kв · (W2·D/(g·(H + ?h))) · cos?? = 2,1*10? *(361*1300)/9,81(18+0)*cos45?=3,9*10??

КВ = 2,1*10? ; W= 19 м/с; D= 1300 м.; Н= 18 м.,

где: КВ - коэффициент, зависящий от скорости ветра; W - расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды, м/с; D - длина разгона ветровой волны, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; Н - условная расчетная глубина воды в водохранилище, м; ?в - угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров, град.

W, м/с 20 30 40 50

КВ 2,1•10-6 3,0•10-6 3,9•10-6 4,8•10-6

Расчет по формуле проводят по известным значениям W, D, H, ?в , первоначально полагая значение ?h, стоящее в знаменателе, равным нулю ввиду его малости по сравнению с величиной Н.

Высоту наката ветровой: волны для j-й вероятности превышения расчетного шторма вычисляют по формуле:

hH j = h1%K? КНП Кc К? КНГ КH j = 0,168*0,7*0,5*1,3*0,845*1*2,5=0,16,

где h1% =0,168; K?=0,7; КНП=0,50; Кc =1,3; К? =0,845; КНГ =2,5; КH j= 1.

Высоту волны 1%-ной вероятности превышения определяют в такой последовательности.

1. Вычисляют безразмерные комплексы

= 9,8*21600/19=11141

и = 9,8*1300/19=670,5

где: t - продолжительность действия ветра, принимаемая при отсутствии фактических данных 6 ч = 21 600 с.

2. По графику (рис.1.1) для каждого из найденных комплексов определяют значения относительных параметров:

g? /W= (=2,2 и = 0,038)

и = (=2,5 и =0,04)

3. Из найденных двух пар значений параметров выбирают наименьшее и из них устанавливают среднюю высоту волны и средний период волны .

? = 2,35 W/g = 4,55 c

h = 0,039 W/g =0,08 м /c

4. Вычисляют среднюю длину волны:

= 9,8*4,55?/(2*3,14)=32,3 м.(1.4)

5. Высоту волны 1%-ной вероятности превышения определяют по формуле

= 0,08*2,1= 0,168 м. (1.5)

где: Кi - коэффициент, устанавливаемый по графику (рис. 1.2) при 1%-ной вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса gD/W2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1. График для определения элементов ветровых волн в глубоководной зоне

Коэффициенты K? и КНП зависят от типа и относительной шероховатости крепления откоса (r/h1%), их принимают по таблице 1.1.

Характерный размер шероховатости r следует принимать равным среднему диаметру камня при каменной наброске или среднему размеру бетонных, железобетонных блоков. При креплении откоса каменной наброской средний диаметр камня предварительно принимают в пределах 0,2...03 м. Я беру r=0,25. После выполнения расчета крепления откоса при необходимости значения K? и КНП уточняют по принятому расчетному размеру камня.

Значения коэффициента Кc определяют по таблице 1.2 в зависимости от скорости ветра и коэффициента заложения откосов m 1 = ctg ?=3 и m 2 = ctg ?=2,5 , где ? - угол наклона откоса к горизонт ?=45?. Заложение откосов зависит от высоты плотины. Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др. Ориентировочные значения заложения откосов земляных насыпных плотин при прочности грунтов, в основании не меньшей, чем в теле плотины, приведены таблице на стр. 309 из учебника Смирнова «Гидрология, гидротехнические сооружения» и высоты плотины 19 м., заложение откосов принимается равным m1= 3 и m2=2,5.

Таблица №1.1

Значения коэффициентов K? и КНП

Конструкция крепления откоса	r/h1%	K?	КНП
Бетонные или железобетонные плиты Гравийно-галечниковые, каменные или бетонные (железобетонные) блоки	- Менее 0,002 0,005…0,010 0,02 0,05 0,10 Более 0,2	1,00 1,00 0,95 0,90 0,80 0,75 0,70	0,90 0,90 0,85 0,80 0,70 0,60 0,50

Таблица №1.2

Значения коэффициента Кc

Скорость ветра, м/с	Заложение откоса
	0,4	0,4…2	3…5	5
? 20	1,3	1,4	1,5	1,6
? 10	1,1	1,1	1,1	1,2

Коэффициент К? принимается в зависимости от угла ? подхода фронта волны к плотине:

?, град 0 10 20 30 40 50 60

К? 1 0,98 0,96 0,92 0,87 0,82 0,75

К? = 0.845

Значение коэффициента КНГ определяют по графикам 1.3. Для пользования ими предварительно устанавливают значение пологости волны =32,3/0,168=192,3.

Коэффициент КH j учитывает вероятность превышения j (%) по накату.

j, %; 0,1 1 2 5 10 30 50

КH j 1,1 1,0 0,96 0,91 0,86 0,76 0,68

J=1; КHJ=1 и следовательно КНГ=2,5

Расчет высоты наката вычисляют по формуле hH j = h1%K? КНП Кc К? КНГ КH j, предполагая, что перед плотиной имеется глубоководная зона (глубина воды Н > 0,5) и при Н > 2h1%. После вычисления по формуле необходимо проверить правильность предположения. При глубине перед сооружением Н < 2h1% коэффициент КНГ необходимо принимать для значений пологости волны, указанных на рисунке 1.3 в скобках.

При устройстве на гребне плотины водонепроницаемого и устойчивого парапета, отметку его верха назначают с превышением над расчетным уровнем на величину d. Устройство парапета дает возможность гребень плотины выполнять ниже, что сокращает объем тела плотины. При этом отметка гребня плотины не должна быть ниже наивысшего уровня воды при максимальном поверочном расходе воды и в то же время должна быть выше НПУ не менее чем на 0,3 м и не ниже отметки ФПУ.

Гребень плотины b рассчитывают исходя из категории дороги и условий работы производств. У меня категория дороги V, следовательно, по таблице №2.1 из методички стр.9, b=8.

В поперечном направлении дороге придают двусторонний уклон, принимая его равным при асфальтобетонном покрытии 1,5%, при булыжном или грунтовом покрытии - 3%. Обочинам обычно придают несколько больший уклон. В пределах обочин устраивают ограждения в виде надолб, низких стенок или парапетов (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Конструкции гребня плотины

a) - без парапета; б) - с парапетом; 1 - проезжая часть; 2 - обочина; 3 - столбы-надолбы;

4 - парапет; 5 - крепление откоса (размеры в метрах)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.2 Графики значений коэффициента Кi

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.3. Графики значений коэффициента КНГ

2. ПОСТРОЕНИЕ ДЕПРЕССИОННОЙ КРИВОЙ

земляной плотина водосброс поток

В ходе выполнения расчетов определяют положение депрессионной кривой, фильтрационный расход воды через тело плотины и ее основание, скорости и градиенты напора фильтрационного потока в теле плотины, основании, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтрационных устройств. Для ответственных сооружений положение депрессионной поверхности и другие параметры определяют также и в берегах - в зоне движения обходного фильтрационного потока. Ввиду сложности теоретических решений параметры фильтрационного потока в берегах зачастую устанавливают специальными лабораторными исследованиями.

Способы и схемы фильтрационных расчетов с большой надежностью разработаны для плотин, расположенных на водонепроницаемом основании. Под водонепроницаемым основанием понимают такое основание, коэффициент фильтрации которого по сравнению с коэффициентом фильтрации плотины настолько мал, что может быть приравнен к нулю. Методы расчета учитывающие дренирующую способность основания, сложны и приведены в специальной литературе. Ниже рассмотрены только некоторые из них применительно к плотинам с экраном и понуром. Для других типов плотин, расположенных на водопроницаемом основании, рекомендуется применять широко используемый в инженерной практике приближенный метод Н.Н. Павловского.

= 18·0,4=7,2 м,

где: ? - коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса,

определяемый по формуле Г.К. Михайлова:

При m1 ? 2 значение ? ? 0,4.

Расход фильтрационного потока через тело плотины определяют по зависимости

gT= KТ ·(H1?/2Lр.)=10? ·(18?/2·65,7)=2,5·10? , м?/с·П, (4.9)

где: KТ - коэффициент фильтрации тела плотины, см/с

, м.(4.10)

Кривую депрессии строят по уравнению задаваясь не менее 6 раз значениями x в диапазоне от х = ?L до х = Lр - m2 h1

X	15	20	25	30	35	40	45	50
Y	15,7	14,9	14,1	13	12	11	9,9	8,6

Чертеж см. приложение 2.



Рис. 2.1. Расчетная схема однородной плотины с наслонным дренажом.

3. КРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ

Для защиты верхового откоса земляной плотины от разрушающего воздействия ветровых волн, льда, течения воды, атмосферных осадков и других факторов рекомендуются крепления следующих видов: каменное, бетонное и железо - бетонное, асфальтобетонное, биологическое.

При соответствующем обосновании допускают применение других облегченных конструкций крепления (торообразные, ящикообразные, грунтоцементные конструкции и др.), а также устройство уположенного верхового откоса с заданным сроком размыва, предусматривая эксплуатационные ремонты.

Крепление верхового откоса делится на основное и облегченное. Верхней границей основного крепления обычно служит гребень плотины. Нижнюю границу основного крепления принимают на глубине h = 2h1%, считая от наинизшего уровня воды в водохранилище (обычно УМО). В то же время эта граница должна быть не выше наинизшего уровня, уменьшенного на 1,5t, где t - расчетная толщина льда в водохранилище. Нижняя граница облегченного крепления определяется условиями неразмываемости грунта плотины течением или волнами.

Задавшись типом крепления, определяют его границы, основные параметры (размеры камня, плит и др.) и подбирают состав подготовки под покрытие.

Рис. 3.1. Крепления откоса камнем

При креплении откосов каменной наброской массу отдельных камней Q находят из условия устойчивости против размывающего действия волн в зоне их обрушения по формуле:

, Т(3.1)

где: ?0 и ?к - плотность воды и камня, Т /м3; h и - высота и длина волны, м;

m1 - коэффициент заложения верхового откоса.

Q=0,025*0,8?*1,95*0,336?*32,3/[(1,95-0,8)? 1+3?]=0,0113, Т

Зная массу камня, его диаметр, приведенный к диаметру шара, можно определить следующим образом:

= 0,0113/(0,524*1,95)=0,283, м.(3.2)

Толщину крепления откоса камнем принимают не менее 3Dш,85 , где Dш,85 -крупность камня (меньше которой содержится 85% по массе), приведенная по его объему к шару.

При высоте волны не более 3 м и коэффициенте заложения откоса 3 ? m1 ? 5 для проверки возможности крепления откоса каменной наброской из несортированного камня можно использовать график на графике 3.2.

Под креплением из каменной наброски предусматривают однослойную подготовку из щебенистого материала с коэффициентом неоднородности ? = 5...20. Толщину подготовки принимают в зависимости от высоты волны, но не менее 35 см.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.2. График для определения допустимого зернового состава несортированной каменной наброски для крепления откосов

В случаях, когда в нижнем бьефе возможны волнообразование и воздействие льда, нижнюю часть откоса крепят до высоты наката волны так же, как и верховой откос.

4. РАСЧЕТ ОТВЕРСТИЯ ВОДОСБРОСА

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.1. Отверстия водосброса

При полностью открытых затворах расход воды через отверстия определяют по формуле:

, м3/с (5.1)

где: Q1% - расход 1 %-ной обеспеченности = 78,9 м3/с;

m - коэффициент расхода (0,49);

вСЖ - ширина отверстия водосбора без учета бокового сжатия;

Н - напор на пороге водослива с учетом скорости подхода

Н= 3м.

всж= Q1%/(m · v2g · H3/2 ) = 78,9/ (0,49 · v2·9,8 ·33/2) = 7 (5.2)

? = 1 - 0,1 ·n ·? · (H0/ всж) = 1-0,1·4·0,7·(3/7)= 0,88(5.3)

где: n - число боковых сжатий (4);

? - коэффициент формы промежуточной опоры (0,7).

= 7/0,88+1·2= 15,95=16 м (5.4)

где: с1 - ширина опоры (2),

n - число опор(4).

= (16-2)/2= 7 м.

5. РАСЧЕТ ВОДОБОЙНОГО КОЛОДЦА

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5.1. Водослив с водобойным колодцем

H0 - полный напор с учетом скорости подхода;

H0= H + (?·V02/2g) = 3+ (1,1·2,662/2·9,8) = 3,4 м,

V0 = Q1% max / ? = 80 / 30 = 2,66 м/c,

?= вп · 3 = 30, м?

где вп =10, м.

Задаемся глубиной колодца d=2,5 м и определяем подбором сжатую глубину h1 по формуле:

,

q = 0,85·0,5·v2·9,8(3,4+15+2,5-0,5) = 8,5 м3/с·м.

h1	0,5	1	1,5	2	2,5
q	8,5	16,7	24,7	32,7	40,4

(6.1)

h1=0,5 и q= 8

где: ?1 - коэффициент скорости (0,85);

р - перепад отметок гребня водослива и нижнего бьефа (дна канала);

q - удельный расход.

= 80/10 = 8 м3/с•м. (6.2)

Сопряженная глубина определяется по формуле:

= (0,4/2)·(v1+(8·1,1·82/9,8*0,5?)-1)=5,1м (6.3)

где: ? =1,1.

Глубина колодца считается достаточной, если выполняется неравенство

d? 1,1(5,1-3) = 2,31 = 2,5,

где: hH - глубина воды в нижнем бьефе.

lK= 5·(5,1-0,5) = 23 м.

6. РАСЧЕТ КАНАЛА

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6.1. Поперечное сечение канала трапецеидальной формы

Канал рассчитывают по общепринятым формулам гидравлики для равномерного установившегося движения.

По справочнику [2] задаемся неразмывающейся скоростью воды в канале.

Определяем площадь поперечного сечения канала по формуле:

?= Q1%/V = 80/3,5 = 22,8 м2(7.1)

где: Q1% - расход 1 %-ной обеспеченности;

v - неразмывающая скорость.

?= (в+mh)·h > в = ?/h - mh = 22,8/3 - 2·3 = 1,6 м2(7.2)

где: в - ширина канала по дну;

m - коэффициент откоса (2);

h - глубина воды в канале (задаемся).

Из формулы находим ширину канала по дну

B= в+2mh = 1,6+ 2·2·3 = 13,6 , м(7.3)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям/ Под ред. В.С. Лапшенкова. М.: Агропромиздат. 1989. 448 с.

2. Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика/Г.В. Железняков, Ю.А. Ибад-заде, П.Л. Иванов и др.; под общ. ред. В.П. Недричи. М.: Стройиздат. 1983. 543 с.

3. Гидрология, гидротехнические сооружения/Под ред. Г.Н. Смирнова. М.: Высшая школа. 1988.

4. Методические указания по проектированию гидротехнических сооружений/ Под редакцией Дворянцевых.

Размещено на Allbest.ru