Гидроузел с плотиной из грунтовых материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Выбор створа и описание компоновки сооружений гидроузла

Проектируемый в проекте гидроузел с плотиной из грунтовых материалов служит для решения комплекса водохозяйственных задач. В число этих задач входят:

создание водохранилища, в ложе которого происходит аккумулирование избыточных расходов реки, например, в период паводков, что способствует снижению ущерба от наводнений в нижнем бьефе гидроузла;

осуществление полезных попусков воды в русло реки, обеспечивающих создание живого тока воды в меженный период и улучшающих водообеспечение прилегающих территорий;

подача воды потребителю (водоснабжение и обводнение, гидротехнические мелиорации и т.д.);

создание зон рекреации;

развитие рыбного хозяйства и т.д.

Компоновка гидроузла включает в себя выбор створа плотины, трасс и местоположения водопропускных сооружений. Она должна быть наиболее рациональной, простой и удобной с точки зрения возведения и эксплуатации гидроузла при минимальных затратах. В соответствие с заданием в состав основных сооружений гидроузла входят: плотина из грунтовых материалов, паводковый водосброс и водовыпускдля подачи воды в нижний бьеф.

Выбор створа гидроузла обычно осуществляется на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов компоновки в зависимости от рельефа и других условий района строительства. При выборе створа плотины учитываются многочисленные факторы, в числе которых определяющими являются: топографические характеристики речной долины и ложа водохранилища, инженерно-геологические и гидрологические условия, местоположение и объем карьеров строительных материалов, технология строительства плотины, а также возможность рационального размещения постоянных и временных водопропускных сооружений.

Створ плотины следует выбирать в самом узком месте речной долины, что обеспечит минимальный объем насыпи грунтовой плотины и, соответственно, меньшую стоимость плотины, с учетом рационального размещения водопропускных сооружений гидроузла.

Для этого на топографическом плане речной долины, прилагаемом к заданию, следует наметить несколько вариантов створа в местах сужения долины.

Чаще всего наименьший объем тела плотины соответствует минимальной длине плотины по гребню. Поэтому на обоих берегах реки следует нанести горизонтали местности, соответствующие отметке гребня будущей плотины (Гр), которую предварительно можно определить по формуле:

Гр=ФПУ +h_s =115,7+1,7=117,4 м

где Гр - отметка форсированного подпорного уровня воды в водохранилище, при которой осуществляется пропуск поверочного расхода паводкового водосброса;

h_s - запас (в метрах) высоты гребня плотины над отметкой, форсированного подпорного уровня воды в водохранилище:

hs =(1…2,5 м.)=1,7 м

После этого на данной стадии проектирования устанавливаем длину гребня плотины для створа с учетом масштаба топографической основы. Длина створа L_створа=454 м. После выбора створа на миллиметровке строим продольный профиль по выбранному створу.



2. Проектирование плотины из грунтовых материалов

2.1 Выбор типа плотины

Выбор типа плотины прежде всего зависит от наличия тех или иных материалов в ближайших карьерах и максимального использования материалов из полезных выемок. В моем варианте в наличии имеются проницаемые грунты: супесь и крупный песок. Чтобы выбрать грунт из которого будет возводиться плотина, необходимо использоватьследующие критерии:

- Коэффициент фильтрации Кф грунта (если Кф< 10-15 м/с, то грунт можно использовать для однородной плотины).

- Сложность производства работ. (напрямую связанна с удельным сцеплением с, Кн/м²).

- Дальность возки.

Проанализируем грунты по этим трем параметрам и выберем наиболее оптимальный вариант.

Супесь.К_ф=0,3 м/с < 10-15 м/с, залегает на высоких отметках. не сложен в производстве с=11Кн/м².

Песок крупныйК_ф=8,0 м/с<10-15 м/с, но на много больше К_ф супеси, грунт залегает на низких отметках, более сложен в производстве.

Из рассмотренных вариантов плотин наиболее подходящим является вариант однородной плотины из супеси. Это связано с простотой производственных работ, удобством расположения карьера супеси и меньшим расстоянием транспортировки рабочего грунта.

2.2 Конструирование поперечного профиля плотины

Размеры поперечного профиля плотины зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины и ее основания.

Предварительное назначение коэффициентов заложения откосов

Коэффициент заложения - котангенс угла наклона откоса к горизонту откосов плотин из грунтовых материалов зависит в основном от: типа грунтов, формирующих верховую и низовую части плотины; типа грунтов основания; высоты плотины. Первоначально коэффициент заложения откосов назначается на основании опыта безаварийной работы различных типов плотин соответствующей высоты с характеристиками грунтов, аналогичных принятому для дальнейшего проектирования варианту плотины Далее правильность предварительно принятых значений коэффициентов заложений откосов плотин проверяется расчетами устойчивости откосов.

Плотина в высоту больше 15 м и выполнена из песчаного грунта, поэтому ориентировочно коэффициенты заложения откосов принимаем:

- верховой m_в=3;

- низовой m_н=2.

2.3 Проектирование креплений откосов плотины

Верховой откос

Для защиты верхового откоса от волнового воздействия предусматривается устройство крепления. Тип крепления обычно устанавливается на основе технико-экономического сравнения вариантов при условии максимального использования средств механизации и местных материалов, учёта характера грунта тела плотины, агрессивности воды, долговечности крепления в период эксплуатации, архитектурных требований. В расчёт крепления входит определение толщины крепления и подбор подготовки под него. Параметры предварительно определённого типа крепления окончательно рассчитываются после оценки волнового воздействия на верховой откос плотины. Далее рассматриваются эти вопросы применительно к каменному и железобетонному покрытиям, как наиболее распространённым и хорошо зарекомендовавшим себя в работе.

Обоснование конструкции крепления. Определение параметров крепления

Оценим возможность применения имеющихся крупнообломочных грунтов. В расчетах определяем диаметр камня и толщину крепления, она должна быть равна (2,5…3)•D_к.

Если D_к > 0,3…0,4 м, то для крепления используют железобетонные плиты с расчетной толщиной t_пл.

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

Q==

где j₀ - плотность воды 1,0 т/м³;

плотность камня;

=2,65т/м³

h_в - высота волны при ФПУ;

??- длина волны;

h_в=0,0208•=0208• м

??=(8…10) h_в=8•0,83=6,56 м

Зная массу камня, его диаметр, приведенный к диаметру шара, можно определить по формуле:

D_к= =0,2 м



Толщину крепления откоса камнем принимают не менее 3•D_к

Под крепление из каменной наброски предусматривают однослойную подготовку из щебенистого материала с коэффициентом неоднородности з=5…20. Толщину подготовки принимаем 0,2 м.

Выбор типа и конструирование крепления низового откоса

Назначение крепления - предотвратить разрушение откоса от атмосферных воздействий, в том числе ливней, размыва ручьями, образующимися при таянии снега. А так же ветровой эрозии.

Основные типы крепления:

ь Залужение (посев трав по слою растительного грунта t=0,2-0,3 м

ь Одерновка - сплошная или в клетку.

ь Покрытие откоса слоем гравия или щебня t=0,2-0,3 м

Моя плотина строится в р. Мордовия. В этом регионе атмосферные проявления средней интенсивности. Поэтому я выбираю крепление низового откоса в виде залужения, как наиболее дешевое.

2.4 Конструирование гребня и берм плотины

Назначение размеров гребня и берм

Гребень плотины конструируется из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего необходимо обеспечить проезд транспорта и сельскохозяйственной техники. Поэтому ширину гребня принимают в зависимости от категории дороги. (табл. 3.1 [1])

В курсовом проекте принимаю категорию дороги IV, тогда ширина проезжей части будет равна 6 м., обочин 2 м., земляного полотна 10 м.

В поперечном направлении дороге придают двусторонний уклон, принимая его равным при асфальтированном покрытии 1,5%. В пределах обочин устраивают ограждения в виде парапетов.

Во избежание пучения грунта гребня плотины при морозах, предусматривают защитные слои из песка и щебня. Толщину защитного слоя в моем варианте, включая толщину покрытия дороги, следует назначить не менее глубины сезонного промерзания в районе возведения плотин - республика Мордовия.

h_пром=1,5 м.

На высоких откосах при необходимости устраивают бермы. На верховом откосе берма служит для размещения здесь упора.

Б₁= УМО-2h_в=106,5-2*0,64=105,2 м

Б₁= УМО - 1,5*t_льда=106,5-1,5*0,6=105,6 м

Где h_в - высота волны при УМО;

h_в=0,0208•W^5/4•L^1/3=0,0208•16^5/4•0,9^1/3=0,64 м

гдеV-скорость ветра при УМО;

L-длина разгона волны(км);

t_льда-толщина льда 0,6 м;

Из этих двух условий принимаем условие с наименьшей отметкой.

Б₁=105,2 м.

Берма на низовом откосе находится на отметке

Б₂= Д+()=

Где Д-отметка верха дренажа;

Д= УНБ_max+0,3=102,6+0,3…0,4 м



0,3…0,4 м-инженерный запас;

Д= УНБmax+0,3=102,6+0,3=103 м

Берма предназначена для ремонта откосов, а так же здесь размещают водосборный латок и контрольно-измерительную аппаратуру.

Ширину берм земляных плотин назначают: на верховом откосе b₁=0…5 м

b2=0…6 м; b3=1…3 м. В моем варианте принимаю ширину берм b₁=4 м; b₂=4 м; b₃=1 м

Уточнение отметки гребня плотины

Отметку гребня плотины определяют из условия недопущения перелива воды через гребень.

Расчеты следует проводить для двух расчетных случаев:

1) уровень воды на отметке НПУ.

2) Уровень воды на отметке ФПУ.

Отметка гребня при ФПУ

Высоту ветрового нагона вычисляют по формуле:

?h=К_в (W²•L/q•H) cos ?_в

?h = 2,1•10^-6(15²•2450/9.81•15,7) 1=0,0075 м

К_в - коэффициент зависящий от скорости ветра; К_в =2,1•10^-6

W - расчетная скорость ветра; W=15 м/с

L - длина разгона ветровой волны; L=2450 м

q - ускорение свободного падения. м/с2

H - условная расчетная глубина воды в водохранилище; H=15,7 м

?в - угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров, град;

Высота наката волны определяется по формуле:

h_н=2•К_ш•h_в•1/m_в•??_в/ h_в

Где h_в - высота волны при ФПУ;

h_в=0,0208•W^5/4•L^1/3=0,0208•15^5/4•2,45^1/3=0,83 м

V-скорость ветра при ФПУ;

L-длина разгона волны(км);

??_в=(8…10) h_в=8•0.83=6,64

h_н=2•0,65•0,83•1/3 • 2,83 =1,02 м

Для каменной наброски К_ш=0,65

vГр=115,7+1,02+0,6+0,0075=117,3 м

Отметка гребня при НПУ

Высоту ветрового нагона вычисляют по формуле:

?h=К_в (W²•L/q•H) cos ?_в

?h = 2,1•10^-6(20²•2050/9.81•13,7) 1=0,013 м

К_в - коэффициент зависящий от скорости ветра; К_в =2,1•10^-6

W - расчетная скорость ветра; W=20 м/с

L - длина разгона ветровой волны; L=2050 м

q - ускорение свободного падения. м/с²

H - условная расчетная глубина воды в водохранилище; H=13,7 м

?в - угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров, град;

Высота наката волны определяется по формуле:



h_н=2•К_ш•h_в•1/m_в•??_в/ h_в

Где h_в - высота волны при ФПУ;

h_в=0,0208•W^5/4•L^1/3=0,0208•20^5/4•2,05^1/3=1,12 м

V-скорость ветра при ФПУ;

L-длина разгона волны(км);

??_в=(8…10) h_в=8•1,12=8,96

h_н=2•0,65•1,12 • 1/3•2,83=1,37 м

Для каменной наброски К_ш=0,65

vГр=113,7+1,37+0,6+0,013=116,3 м

Так как при ФПУ отметка гребня получилась больше, то с округлением до десятых найденное значение принимаем в качестве расчетного.

2.5 Назначение и проектирование дренажей и обратных фильтров

Назначение типов и размеров дренажей в русловой, пойменной частях плотины

Для обеспечения организованного отвода фильтрующей через тело и основание плотины воды и надлежащего заглубления поверхности фильтрационного потока по отношению к поверхности низового откоса, а также для чтобы избежать промерзания живого сечения потока и его превращения в напорный, в плотинах из грунтовых материалов устраиваются дренажи. Дренажные устройства обычно состоят из приемной и отводящей частей. Приемная часть дренажа выполняется в виде обратного фильтра, предназначенного для исключения фильтрационных деформаций грунта тела и основания плотины месте выхода фильтрационного потока в дренаж.

При выборе типа дренажа и назначении параметров дренажей учитывают следующее:

- при наличии достаточного количества каменного материала предпочтение для русловых и пойменных дренажей следует отдавать дренажной призме, так как этот тип дренажа обладает рядом достоинств, в числе которых следует отметить: хорошее дренирование тела плотины и основания; выполнение функций крепления низового откоса в зоне волновых воздействий нижнего бьефа; простоту конструкции; возможность использования в отдельных случаях в качестве перемычки для перекрытия русла реки в период строительства плотины;

- отметка верха дренажной призмы (Др) должна превышать отметку максимального уровня нижнего бьефа на величину а=0,4…1,0 м.обычно высота дренажной призмы составляет 1/4…1/3 от высоты плотины. Ширина дренажной призмы поверху В_др зависит от условий производства работ и должна быть не менее 3…4 м при ее использовании для постоянного или временного проезда техники. Минимальная ширина не должна быть менее 1 м. Коэффициент заложения внешнего откоса дренажной призмы т_нар=1,0…2,0, а внутреннего т_вн=1,0…1,5. Толщина и количество слоев обратного фильтра со стороны тела плотины и основания зависит от вида защищаемого грунта и характеристик материала призмы;

- наслонный дренаж в чистом виде не понижает кривую депрессии и применяется для защиты низового откоса, в основном от волновых воздействий, нижнего бьефа в неоднородных земляных плотинах с ядром или экраном, а также для защиты грунта низовой призмы от фильтрационных деформаций в месте выхода фильтрационного потока;

- при недостаточном количестве каменного материала для выполнения дренажной призмы полного профиля она может применяться в сочетании с наслонным дренажем;

- распространенным типом берегового дренажа является трубчатый дренаж. Он имеет перфорированную приемную часть, чаще всего асбестоцементную, пластмассовую или из других материалов трубу диаметром не менее 200 мм, снабженную развитым обратным фильтром для увеличения водоприемной поверхности. Трубчатый дренаж прокладывается на расстоянии от подошвы низового откоса равном 0,4…0,6 длины горизонтальной проекции низового клина плотины.

В моем случае выбираю дренажную призму в сочетании с наслонным дренажем, потому что каменный материал находится далеко. Принимаю дренажный банкет высотой Др=УНБмах+0,4=102,6+0,4=103 м, ширина дренажного банкета поверху В_др=3 м, коэффициент заложения внешнего откоса дренажной призмы т_нар=1,5, а внутреннего т_вн=1,0.

Запас над УНБ_max, принят из-за неизвестной обеспеченности заданного расхода паводка. Дренаж состоит из приемной части и коллектора. Приемная часть выполняется в виде обратных фильтров, из слоев песка. Гравия или щебня. Задача обратных фильтров - предотвращение фильтрационных деформаций грунта в зоне выхода фильтрационного потока в дренаже. Схема дренажного устройства представлена на рисунке 7.

Подбор обратных фильтров

В зоне подхода фильтрационного потока к дренажу, градиент напора возрастает, что может вызвать появление фильтрационных деформаций основания и грунта тела плотины. Для их предотвращения дренаж защищают обратными фильтрами.

Под обратным фильтром понимается несколько слоев несвязного грунта, расположенного нормально к фильтрационной поверхности, в порядке возрастания крупности частиц по ходу фильтрации.

Для устройства обратных фильтров дренажей применяются несвязные естественные грунты или грунты, получаемые дроблением, а также искусственные пористые, минеральные волокнистые материалы или геотекстиль. Гранулометрический состав материалов обратного фильтра должен быть достаточно однороден и исключать фильтрационные деформации.

Толщина и количество слоев обратного фильтра со стороны тела плотины и основания зависит от вида защищаемого грунта и характеристик метериала дренажа. Минимальная толщина одного слоя обратного фильтра при механической укладке составляет 0,2 м при отсыпке насухо 0,5…0,7 м при отсыпке в воду.

Требования к фильтрам: достаточная водопроницаемость. Непроницаемость частиц грунта из слоя в слой, долговечность, морозостойкость, прочность, неподверженность суффозии и размыву. Чем меньше число фильтров, тем лучше.

Грунт тела плотины - супесь №5: d₁₀=0,007 мм; d₅₀=0,13 мм; d₆₀=0,19 мм. Требуется проверить возможность использования в качестве первого слоя обратного фильтра дренажной призмы карьерный грунт следующего зернового состава: грунт №12 Д₁₀=0,8 мм; Д₅₀=6 мм; Д₆₀=8,5 мм.

Для этого вычисляем коэффициент неоднородности карьерного грунта:

Т.к. грунт тела плотины связный, согласно графику на рис. 3.13 г. - [2] - стр. 134. Точка с координатами Д₅₀=6 мм. и з=10 находится в зоне допустимых значений. Принимаем в качестве первого слоя обратного фильтра грунт №12. Толщину слоя принимаем 0,2 м. Грунт №12 под действием фильтрационного потока может вымываться в грунт №17. Значит нужна защита первого слоя от вымывания, то есть нужен второй слой обратного фильтра. Но грунт №12 сыпучий, поэтому используется график а). В этом случае в качестве обратного фильтра используют грунт в 8-15 раз крупнее, чем защищаемый.

В качестве второго слоя обратного фильтра примем грунт №15:

Д₁₀=5,5 мм; Д₅₀=70 мм; Д₆₀=90 мм

Определим коэффициент неоднородности материала фильтра

Коэффициент межслойности:

Согласно графику на рис. 3.13а - [2] - стр. 134. данный грунт удовлетворяет требованиям, поэтому его можно принять в качестве второго слоя обратного фильтра.

Для проверки отсутствия фильтрационных деформаций по контакту обратного фильтра дренажа с песчаным основанием пользуемся графиком 3.13б - [2] - стр. 134. при восходящем фильтрационном потоке.

Грунт в основании песок крупный №9:d₁₀=0,15 мм; d₅₀=0,8 мм; d₆₀=1,1 мм

Проверим подойдет ли грунт №12 в качестве обратного фильтра на контакте тела дренажа - грунт 17 и основания грунт 9.

Определим коэффициент неоднородности материала фильтра

Коэффициент межслойности:

Согласно графику на рис. 3.13б - [2] - стр. 134. данный грунт удовлетворяет требованиям, поэтому его можно принять в качестве обратного фильтра. Как и в случае подбора фильтров на контакте тела плотины и дренажа грунт №12 под действием фильтрационного потока может вымываться в грунт №17. Значит нужна защита первого слоя от вымывания, то есть нужен второй слой обратного фильтра. Используем в качестве второго слоя обратного фильтра тот же грунт 15. Толщину слоя принимаем 0,2 м.

Обратные фильтры состоят из крупнообломочных щебенистых материалов (рис. 4). Конструкция пойменного дренажа представлена на рис. 5.

2.7 Расчет фильтрации в теле и основании плотины

Входе фильтрационных расчетов должны быть установлены: положение кривой депрессии; удельный фильтрационный расход через тело плотины и основание; суммарные фильтрационные потери через тело плотины, основание берега; градиенты напора фильтрационного потока в теле плотины, основание в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, а также в местах контакте грунтов с различными характеристиками.

Определение фильтрационного расхода и построение кривой депрессии

Плотина создает подпор и обязана держать уровень НПУ. При значительных фильтрационных потерях этот уровень произвольно понижается, что мы не должны допустить. Значимость потерь можно оценить расчетами по определению фильтрационного расхода.

Если Q_ф<(0,1…0,2) Q_п.п., то этот расход допустим, а если Q_ф>(0,1…0,2) Q_п.п, то не допустим и требуется противофильтрационное устройство (панур или зуб в основании, экран или ядро в теле плотины).

Для определения общего расхода Q_ф используем формулу:

Q_ф=(q_т+ q_осн)•В•



где В-длина плотины по гребню В=454 м.

- коэффициент. Учитывающий форму плотины (в данном случае считаем его параболическим)

Для определения удельных расходов имеются формулы, которые зависят от конструктивной схемы плотины.

L_ф=? L+ L=5,48+55,6=61,1 м

L=55,6 м - определяется графически с масштабного рисунка;

? L=вН₁ =0,4•13,7=5,48 м в=0,4

В маем случае используем формулы для однородной плотины на водонепроницаемом основании.

Фильтрационный расход через тело плотины q_т определяется по формуле Дюпюи:

q_т=

а удельный фильтрационный расход в основании:

q_осн=

где Н₁ - глубина воды при НПУ=13,7 м;

Н₂-глубина воды при УНБ_мин=0,5 м;

n - коэффициент учитывающий удлинение пути фильтрации за счет искривления линии;

Т - глубина водопроницаемого слоя;

Т=L_осн, тогда n=1,87

Для построения кривой депрессии задаются значениямихв пределах от 0 до L_ф, а полученные значения заносят в таблицу 2.3.

Общий фильтрационный расход через тело и основание плотины:

Q_ф=(q_т+ q_осн)•В•=(0,46+162,3)•454•=0,57 м³/с

Проверим допустимость фильтрационного расхода:

0,15Q_п.п.=0,15•0,9=0,13 м³/с < Q_ф=0,57 м³/с. Из условия видно, что расход не допустим, значит необходимо противофильтрационное устройство. Я выбираю в качестве противофильтрационного устройства - зуб в основании.

Так как в нижнем бьефе вода присутствует, т.е. Н₂>0, кривая депрессии строиться по уравнению:

у=(Н₁-Н₂)

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

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.

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=13,7 м; Н₂-глубина воды при УНБ_мин=0,5 м;

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 т_t=2 и K₂=1,75 при т_t=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

n_осн= 0,35 - коэффициент пористости основания;

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

Для упрощения расчетов составляем таблицу

№ отсека	sin	cos	h1	h2	h3	hприв		tan	hпривsin	hприв tan cos
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)

Определение коэффициента устойчивости

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

К_уст=

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 К_уст выполняется по формуле:



где: S - сила сцепления, рассчитывается по формуле:

S=?c_il_i=c₁l₁+c₂l₂+c₃l₃=1,19,2+0,8816+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;

==; ==;

==

створ гидроузел плотина

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

F= b••?h_прив• tan cos=3,5•1,88•20,85=137,2

Касательная, составляющая всего массива обрушения:

Т= b••?h_прив sin =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 К_зап >, то устойчивость откоса по данной кривой обеспеченна, если К_зап < , то откос не устойчив.

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

К_с - 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:

.

Размещено на Allbest.ru