гидротхнические сооружения му. Методические указания по курсовому проектированию по курсу Гидротехнические сооружения Часть 1 Проектирование грунтовых плотин для студентов специальностей водохозяйственного строительства Брест 2007
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
н в я k k L ⋅ + = 2 δ δ (4.21) а плотины с экраном Sin k k L э т н в э ⋅ ⋅ + = 2 δ δ θ (4.22) где н в , δ δ - толщина противофильтрационного устройства в верхней и нижней частях э я k , k - коэффициенты фильтрации ядра и экрана θ - угол наклона средней линии экрана к основанию плотины. Тогда, для плотины с ядром я расч L L L L + + = Δ , а для плотины с экраном э расч L L L L + + = Δ Другие способы фильтрационного расчета приводятся в специальной литературе или таблице 4.10 на стр работы [ 2 ] 4.9. Статический расчет низового откоса Низовой откос грунтовой плотины, за счет постоянного действия фильтрационного потока, атмосферных осадков и других нагрузок, имеет высокую вероятность потери устойчивости. Расчет его устойчивости ведут при заданных физико-механических характеристиках грунта тела плотины и основания, известных геометрических размерах поперечного профиля плотины и построенной по результатам фильтрационных расчетов кривой депрессии. Нормами проектирования допускается проведение расчета устойчивости низового откоса методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения. В результате расчета определяется минимальное значение коэффициента устойчивости у, который должен быть равен или больше нормативного. н сд уд у K M M K ≥ ∑ ∑ = , (4.23) где сд уд M , M ∑ ∑ - сумма моментов удерживающих и сдвигающих сил н- нормативный коэффициент устойчивости, зависит от сочетания нагрузок и воздействий, а также класса капитальности сооружения - в курсовой работе принимать н. Расчет выполняется в условиях плоской задачи, когда рассматривается отрезок плотины длиной равной единице. Для определения коэффициента устойчивости все силы, кроме фильтрационной имеющей, объемную характеристику переносим на поверхность скольжения. Подсчет действующих сил, выполняем графоаналитическим способом. Для определения центра кривой скольжения, проводим среднюю (осреднение производится в случаях наличия на откосе берм или разных заложений откоса) линию низового откоса до пересечения ее с плоскостью основания в точке В. Из точки В опускаем перпендикулярна котором откладываем отрезок, равный высоте плотины Дна ГП H пл ∇ − ∇ = . Из точки С, параллельно плоскости основания плотины откладывается отрезок пл H МС ⋅ = 5 . Из точки М, через точка А гребня плотины со стороны низового откоса проводим луч, на котором и вокруг которого выбираем точку О и радиусом R проводим кривую скольжения таким образом, чтобы она проходила между точкой Аи осевой линией плотины, захватывая при этом часть основания в зоне дренажа (в курсовой работе допускается определение коэффициента устойчивости для одного центра скольжения. Массив предполагаемого обрушения, ограниченный снизу кривой скольжения, а сверху - линией откоса - разбиваем на отдельные полосы шириной b =0,1R. Каждой полосе присваивается номер. Для определения нулевой полосы из центра кривой скольжения О опускается перпендикулярна линию скольжения. Подсчет действующих сил проводим в таблице 8, порядок заполнения которой следующий 1. Синус α для рассматриваемой полосы равен ее порядковому номеру, поделенному на 10. Для полос, расположенных от нулевой полосы влево, α sin положительные, а для полос расположенных вправо - отрицательные. При этом для первой и последней полос α sin принимается в зависимости от доли полосы по отношению к полной ее ширине. Таблица 8. Подсчет действующих сил Номер полосы α sin α cos 1 h , м 1 нас h , м пр h , м гр пр sin h γ α ⋅ ⋅ гр пр h γ α ⋅ ⋅ cos 1 2 3 4 5 6 7 8 продолжение таблицы 8 ϕ α cos гр пр tg cos h γ ϕ α ⋅ ⋅ ⋅ C, м C·l 9 10 11 12 13 14 ∑ ∑ 2. Косинус α вычисляется по формуле α α 2 1 sin cos − = (4.24) 3. Грунты в пределах полосы имеют различные характеристики, поэтому 1 h - мощность грунта находящегося в естественном состоянии, до линии депрессии нас- мощность грунта во влажном состоянии, ниже линии депрессии. Если грунт тела плотины и основания разные, тов пределах полосы возможно от плоскости основания до кривой скольжения определяется нас. Приведенную высоту полосы определяют по формуле гр нас нас гр нас . нас пр h h h h γ γ γ γ 2 2 1 1 1 ⋅ + ⋅ + = (4.25) где гр- объемная масса грунта тела плотины при естественной влажности 1 нас γ , 2 нас γ - объемная масса взвешенного и насыщенного грунта тела плотины и грунта в основания ) ( ) n ( в г нас γ γ γ − ⋅ − = 1 (4.26) где n - относительная пористость соответствующего грунта. 5. Угол внутреннего трения и удельное сцепление принимаются по зонам соответственно состоянию и физико-техническим характеристикам грунтов. В курсовой работе, для зон лежащих ниже линии кривой депрессии, значения и C необходимо уменьшить на 30%. 6. Длина дуги кривой скольжения характерной зоны определяется по формуле 180 i i R l β π ⋅ ⋅ = (4.27) 22 где i β - центральный угол дуги скольжения i - ой характерной зоны. Коэффициент устойчивости, с использованием результатов расчетов таблицы 8, определяется по развернутой формуле ∑ ∑ ∑ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = R r I sin h b l C tg cos h b K вых гр пр гр пр у Ω γ α γ ϕ α (4.28) где Ω - площадь фильтрационного потока в зоне сползаемого массива, определяется нас, r - плечо действующей гидродинамической силы определяется графически по расчетной схеме. Методика и технология выполнения расчета устойчивости низового откоса грунтовых плотин, приводится в [1] стр. 5.0. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ пример расчета 5.1. Общая характеристика природно-климатических условий района строительства Река Беседь, левый приток реки Сож, протекает с севера на юг по территории Могилевской и Гомельской областей, беря свое начало на территории Российской Федерации. Район протекания реки Беседь около с. Светиловичи представляет собой плоскую древнеаллюви- альную низину с чередованием отдельных гряд и обширных понижений. Подстилающей породой является мел. Над меловыми отложениями расположены послетретичные отложения - пески, суглинки и пестрые глины, В геологическом отношении район проектирования представлен грунтами, физико-механические характеристики представлены в таблице 9. Таблица 9. Физико-механические характеристик грунтов по створу водохранилищного гидроузла Наименование грунта Мощность слоям Относит. пористость Плотность, кН/м 3 Объемная масса. кН/м 2 Угол внутр. трения Сцепление на срез, кН/Чг Коэфф. фильтрации, м/сут супесь 5,8 0,24 24,8 18,9 30 2,5 0,82 суглинок 2,4 0,32 24,7 17,7 27 4,3 0,05 песок неогр. 0,32 26,4 16,6 38 3.8 0.3 Годовой радиационный баланс для земной поверхности, покрытой травой составляет для района проектирования 41 ккал/см 2 в год. Баланс достигает максимума в июне-июле месячная сумма 8-9 ккал/см 2 месяц) и минимума в декабре-январе (около 0,3 ккал/см 2 месяц). Средняя годовая температура на рассматриваемой территории составляет около +6,5 о С, средняя месячная изменяется от -Св январе до +Св июле. Самый холодный месяц - январь, наиболее низкий абсолютный минимум -С. Самый теплый месяц - июль, абсолютный максимум +48 С. Рассматриваемая территория отличается значительным увлажнением. Годовое количество осадков колеблется в пределах мм. В течение года осадки распределяются неравномерно. Большая часть их (около 70%) выпадает в теплый период сап- реля по октябрь. Число дней с осадками более 0,1 мм колеблется в пределах 160-185 в год, с осадками более мм - от 95 до 110. Снежный покров в пределах территории характеризуется значительной неустойчивостью. Среднее время его первого появления - конец октября - начало ноября. Максимальная высота снежного покрова наблюдается вначале марта и составляет около см. В лесах, кустарниках и понижениях рельефа высота снежного покрова и запасы воды в нем могут быть в несколько раз больше. Снеготаяние на описываемой территории характеризуется значительной интенсивностью. Устойчивый снежный покров нарушается в конце марта - начале апреля. Глубина промерзания почвы находится в тесной зависимости от ее механического состава, степени увлажнения, а также от высоты и плотности снежного покрова. Средняя многолетняя глубина промерзания почвы составляет см, наибольшая - см, наименьшая - см. Средняя дата полного оттаивания почвы — начало-середина апреля. Влажность воздуха сравнительно велика. Число дней, когда относительная влажность превышает 80%, составляет за год 140 дней. Наибольшая влажность наблюдается в декабре в дневные часы 85-88%, наименьшая - в мае (около 50-55%). Дефицит влажности достигает минимальной величины в зимние месяцы (ноябрь-март) и колеблется в пределах от 0,5 до 0,8 мб, максимальный - в июне (6,5-8,0 мб). В среднем за теплый период (апрель-октябрь) дефицит влажности изменятся от 4,0 до 5,5 мб. Направление ветра имеет хорошо выраженный годовой ход. В зимние месяцы преобладают ветры юго-западного направления. Весной направление ветра неустойчивое - ветры юго-западных направлений сменяются северо-западными и юго-восточными. Летом преобладают северо-западные, осенью - южные. Скорость ветра в зимние месяцы наибольшая, максимум наступает в феврале и составляет на открытых местах до 10 мс. В летний период скорость уменьшается ив июле-августе колеблется около 2,5 мс. Средняя годовая скорость ветра на ровных и открытых местах - 3,5-4,0 мс. Река Беседь у с.Светиловичи относится к Припятскому гидрологическому району (подрайон аи имеет номер 240 по списку наблюдений заречным стоком. Гидрографические характеристики водосбора реки следующие расстояние от истока реки - 210 км расстояние от наиболее удаленной точки речной системы - 216 км средний уклон реки - 0,34 о средневзвешенный уклон реки - 0,23 о площадь водосбора - 5010 км средняя высота водосбора - 162 м - озерность — 0 %; заболоченность - 6 %; заболоченные земли - 3 %; лесистость - 26 %; распаханность водосбора - 40 %. Ближайшая метеорологическая станция г. Гомель. Выбор створа гидроузла и компоновка его сооружений На местоположение створа гидроузла оказывают влияние следующие основные факторы - топографические, определяющие длину плотины и ее высоту. Створ плотины располагаем в наиболее узкой и глубокой части долины, нормально горизонталям, чтобы обеспечить наименьший объем земляных работ (см. задание на проектирование илист графической части. - инженерно-геологические, оцениваемые прочностными характеристиками грунтов, их напластованием и водопроницаемостью. В выбранном створе располагаются грунты, физико-механические свойства которых приведены в таблице 8. - гидрологические, связанные с решением вопроса о наполнении водохранилища и расходах, сбрасываемых в период половодья или паводка в нижний бьеф. Гидрологический режим исходной реки-створа изучен достаточно (см. главу 1), что позволяет делать прогнозные оценки изменения расходов реки вовсе гидрологические периоды. - расположение водосброса, которое существенно сказывается на стоимости гидроузла и оказывает влияние на его эксплуатацию. Поэтому выбираем створ плотины с одновременной трассировкой на местности водосбросного тракта. Также на выбор местоположения створа гидроузла оказывали свое влияние и другие факторы, такие как способ пропуска строительных расходов (водоспуск, наличие и возможность устройства дорожной сети, наличие местных строительных материалов, линий электропередачи т.д. Компоновка гидроузла заключается в выборе и обосновании местоположения водопропускных сооружений водосброса, водоспуска и водозабора. Так как, по условию задания проектируется ковшовый водосброс, тов нашем случае целесообразно принимать полупойменную схему компоновки, при которой водосбросное сооружение и водовыпуск располагаем на разных берегах реки, а водоспуск - в русле, пойменные участки створа перекрываем грунтовой плотиной. Подводящий канал водозабора располагаем на уровне отметки УМО для обеспечения постоянного притока воды. После выбора створа и компоновки гидроузла необходимо определить основные отметки водохранилища, к которым относятся нормальный подпорный уровень НПУ ∇ , уровень мертвого объема УМО ∇ и форсированный подпорный уровень ФПУ ∇ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ = − − = − − ∇ = ∇ = − = − ∇ = ∇ = + ∇ = ∇ = + = + ∇ = ∇ м , , , , а H . Бер . Дна м , , , h НПУ УМО м , , НПУ ФПУ м , , , H . Дна НПУ 30 148 2 0 5 1 00 150 40 154 6 2 00 157 80 157 8 0 00 157 7 8 30 148 1 2 1 Δ (5.1) где - . Бер ∇ – отметка берега, принимаем м Дна- реки в створе гидроузла 2 1 H , H - глубины воды в ВБ при НПУ ив НБ, м h Δ - глубина сработки водохранилищам а м - запас в бровках (превышение берега над уровнем воды в створе гидроузла. Проектирование плотины из местных материалов Основное и существенное преимущество грунтовых плотин состоит в том, что для их возведения используется местный строительный материал - грунт. Для получения этого материала требуются только затраты на вскрышные работы в карьере, но они в общей стоимости сооружения незначительны. Грунтовую плотину возводим в виде насыпи, имеющей поперечное сечение в виде трапеции из грунта первого слоя - супесь. При проектировании грунтовой плотины соблюдены следующие основные требования заложение откосов плотины обеспечивает устойчивость сооружения и его основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации • откосы и гребень плотины имеют покрытия, защищающие их от волновых, ледовых и атмосферных воздействий • дренажные устройства обеспечивают сбор и организованный отвод фильтрующейся воды и предотвращают фильтрационные деформации в теле грунтовой плотины ив основании • строительные и эксплуатационные деформации плотины, ее отдельных элементов и основания не вызывают нарушения нормальной работы гидроузла. 5.4. Определение отметки гребня плотины и его конструкции Ширину гребня плотины принимаем равной 8,0 м, так как в районе проектирования проходит автомобильная дорога V категории дорог общего пользования, таблица 3. Это позволит не только улучшить производство работ, обеспечить беспрепятственную эксплуатацию гидроузла, но и даст возможность движения по гребню плотины транспорта. Для дороги V категории проектируем переходной тип дорожного покрытия, состоящий из слоя песчано-щебеночной смеси, укрепленной портландцементом в количестве 3%, мощностью 10 см. Дороге, проходящей по гребню плотины, придаем двухсторонний поперечный уклон, проезжей части о, обочинам - о и по краям дороги устанавливаем низкие оградительные стенки на расстоянии мот бровки гребня плотины. Возвышение гребня плотины над уровнями воды в водохранилище определяем для двух расчетных случаев. Уровень воды на отметке НПУ Высоту ветрового нагона волны водохранилища определим по формуле β Δ Δ cos ) h H ( g L V k h set w w set ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ = 2 o |