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.
|
|
set cos ) h , ( , , , 45 7 8 81 9 3300 0 12 10 1 2 где w K - эмпирический коэффициент, зависящий от скорости ветра, принимаем равный 2,110 -6 ; w V - расчетная скорость ветра на высоте м над уровнем воды на отметке НПУ, мс L - длина водохранилища по направлению господствующего ветрам- угол между осью водохранилища и господствующим направлением ветра, о H - глубина воды в ВБ при заполнении водохранилища до отметки НПУ, м. Сокращая полученное квадратное уравнение и решая его относительно set h Δ , получим один положительный корень, тем. Определим значение безразмерных коэффициентов 225 12 3300 81 9 2 2 = ⋅ = ⋅ = . V L g w ξ 17658 12 21600 81 По полученным значениям безразмерных коэффициентов по огибающей кривой графика (рисунок 4) определяем значения промежуточных коэффициентов 1 ε =2,02 1 η =0.024 1 ε =4,57 2 η =0.097 К расчету принимаем минимальные значения, те. 1 ε =2,02 и 1 η =0.024, тогда определяем период волны c . . . g V T w 47 2 81 9 12 02 2 1 = ⋅ = ⋅ = ε 26 среднюю длину волны 53 , 9 28 6 47 2 81 9 2 2 2 = ⋅ = ⋅ = π λ T g гл м высоту волны 35 0 81 9 12 024 0 2 2 1 , . . g V h w гл = ⋅ = ⋅ = η м Так как, гл 5 те. 8,7>0,5·9,53, имеем глубоководную зону и высота волны % h 2 (2% обеспеченность принята потому что, материал крепления верхового откоса – каменная наброска) и средняя длина волны определяется из условия м , м , , , K h h гл i гл % 53 9 68 0 93 1 35 0 2 = = = ⋅ = ⋅ = λ λ , где i K - коэффициент, определяемый по графику (рисунок 6) в зависимости от значения 225 2 = ⋅ w V L g и расчетной 2% обеспеченности высоты волны. Зная 14 68 0 53 9 2 = = , , h % λ по рисунку 3, находим run K =1,68. Коэффициент sp K для заложения верхового откоса m 1 =3 и расчетной скорости ветра мс по таблице 5 находим, sp K =1,144. Значения коэффициентов зависят от типа крепления верхового откоса, прикреплении каменной наброской, по таблице 4 соответственно находим 0,8 и 0,7. Подставляя все полученные значения, определим высоту наката волны 2% обеспеченности 73 0 68 0 68 1 144 1 7 0 8 0 2 м Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище при НПУ определится 24 1 5 0 73 0 008 0 , , , , h НПУ s = + + = м Тогда отметка гребня плотины определится 24 158 24 1 00 157 , , , h НПУ ГП НПУ s = + = + = Δ Δ м Уровень воды на отметке ФПУ 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 set cos ) h , ( , , 45 5 9 81 9 3300 9 10 1 2 где w K - эмпирический коэффициент, зависящий от скорости ветра, принимаем равный 2,1- 10 -6 ; w V - расчетная скорость ветра на высоте м над уровнем воды на отметке ФПУ, мс L - длина водохранилища по направлению господствующего ветрам- угол между осью водохранилища и господствующим направлением ветра, о Н - глубина воды в ВБ при заполнении водохранилища до отметки ФПУ, . Дна ПУ Ф H ∇ − = =157,80-148,30=9,5м. Решаем полученное квадратное уравнение относительно set h Δ , получим один положительный корень, тем. Определим значение безразмерных коэффициентов 400 9 3300 81 9 2 2 = ⋅ = ⋅ = . V L g w ξ 23544 9 21600 81 9 = ⋅ = ⋅ = . V t g w τ По значениям безразмерных коэффициентов по огибающей кривой графика (см. рисунок) определяем значения промежуточных коэффициентов 1 ε =2,40 1 η =0.031 2 ε =4,88 2 η =0.108 К расчету принимаем минимальные значения, те. 1 ε =2,40 и, тогда определяем период волны c , . . g V T w 2 2 81 9 9 4 2 среднюю длину волны 56 , 7 28 , 6 2 , 2 81 , 9 2 2 2 = ⋅ = ⋅ ⋅ = π λ T g гл м высоту волны 26 0 81 9 9 031 0 2 2 1 , . . g V h w гл = ⋅ = ⋅ = η м Так как, гл 5 те. 9,5>0,5·7,56, имеем глубоководную и высота волны % h 2 (2% обеспеченность принята потому что, материал крепления верхового откоса – каменная наброска) и средняя длина волны определяется из условия м , м , , , K h h гл i гл % 56 7 51 0 95 1 26 0 2 = = = ⋅ = ⋅ = λ λ , где i K - коэффициент, определяемый по графику (рисунок 6) в зависимости от значения 400 2 = ⋅ w V L g и расчетной 2% обеспеченности высоты волны. Зная 15 51 0 56 7 2 = = , , h % λ по рисунку 3, находим run K =1,73. Коэффициент sp K для заложения верхового откоса 1 m =3 и расчетной скорости ветра мс, находим по таблице 5, sp K =1,1. Значения коэффициентов принимаются аналогичные, соответственно 0,8 и 0,7. Подставляя все полученные значения, определим высоту наката волны 2% обеспеченности 54 0 51 0 73 1 1 1 7 0 8 0 2 м Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище при ФПУ определится 04 1 5 0 54 0 004 0 , , , , h ФПУ s = + + = м Тогда отметка гребня плотины определится 84 , 158 04 , 1 80 , 157 h ПУ Ф ГП ФПУ s = + = + = Δ Δ м Окончательно принимаем максимальную отметку гребня плотины из двух полученных значений и округляем к ближайшему целому числу м , ГП 00 159 = ∇ 5.5. Проектирование поперечного профиля плотины В поперечном разрезе тело грунтовой плотины имеет форму трапеции с двумя наклонными боковыми сторонами, называемыми верховыми низовым откосами, защищенными от действия ветровых волн и других повреждений. Поперечному профилю придают такое очертание, размеры и конструкцию, при которых обеспечиваются устойчивость тела плотины и ее основания при всех возможных условиях работы. В данном курсовом проекте предусматриваем строительство грунтовой насыпной плотины. Коэффициенты заложения откосов (верхового m 1 и низового m 2 ) при относительно небольшой высоте плотины = ∇ − ∇ = Дна ГП H пл 159,00-148,3=10,7 м назначаем на основании рекомендаций таблицы 2 и опыта и эксплуатации грунтовых плотин 0 3 1 , m = и 5 2 2 , m = . Бермы устраиваются на откосах плотин высотой болеем. Так как проектируемая плотина имеет высоту менее мм, то бермы не предусматриваем. На основании анализа физико-механических свойств грунтов, по створу гидроузла см. таблица 9), а также рекомендаций изложенных в п, делаем вывод о том, что наиболее подходящим грунтом для отсыпки плотины в данных условиях, является супесь. Так как, грунт тела плотины является хорошо водопроницаемым грунтом, коэффициент фильтрации супеси меньше единицы, то для уменьшения фильтрационного расхода через плотину и основание, снижения депрессионной кривой с целью повышения устойчивости низового откоса и уменьшения уклона фильтрационной потока с целью предотвращения фильтрационных деформаций грунта в теле плотины необходимо предусмотреть противофильтрационное устройство. С учетом рекомендаций п ип.4.7 в теле плотины предусматриваем - экран из грунта второго слоя (суглинка, шириной поверху ми понизу м. Расстояние от гребня плотины до верхней границы экрана принимаем ниже глубины промерзания для района проектирования, но выше отметки ФПУ, тем. Так как, под плотной располагается хорошо фильтруемый слой супеси мощность м, то предусматриваем устройство понура из второго слоя- суглинка Толщину понура назначаем м, а длину ориентировочно назначаем 1 те. п L =15м. Со стороны верхового откоса, для предохранения от промерзания и механических повреждений, экран и понур защищаем слоем несвязного грунта (грунта тела плотины) толщиной м. С целью приема и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационной воды и исключения деформации грунта тела плотины и основания в русле реки в НБ предусматриваем дренажную призму, а на тех участках плотины, которые в период эксплуатации не подтапливаются со стороны НБ, устраиваем трубчатый дренаж. Приемная часть дренажной призмы представлена обратным фильтром, а отводящая- в виде каменной наброски. Размеры дренажной призмы принимаем - ширина поверху З,0м; заложение откосов 3 m =1,25, 4 m =1,5. Так как, превышение отметки берега над уровнем воды в НБ составляет только м, то отметку верха дренажной призмы назначаем выше отметки берега реки нам, те. . Др ∇ =150,50м. Для защиты верхового откоса от размыва предусматривается крепление в виде каменной наброски, которое выполняется из отсортированного камня. Толщину каменной наброски для предварительных расчетов определим по формуле м , , , , , Q ) , ( t к к набр 76 0 25 4 52 4 36 5 2 4 52 3 5 2 3 где r γ - объемная масса камням, к- расчетная масса отдельного камня в наброске, кг = − ⋅ ⋅ = − ⋅ ⋅ ⋅ = 10 25 25 68 0 0093 0 1 7 10 3 3 2 2 кг где 1 K - коэффициент, зависящий от длины и высоты волны, для расчетного случая имеем 8 14 51 0 56 7 15 2 , , , h % = = ≤ λ , то принимаем 1 K =7,1, 2 K - коэффициент, принимаем по таблице 6, при заложения верхового откоса 1 m =3 - 2 K =0,0093 Подслоем каменной наброски предусматриваем обратный фильтр, толщиной 20 см, те. вся толщина крепления верхового откоса, составит около см. Верхнюю границу крепления устраиваем до гребня плотины, а нижнюю - ниже подводной кромки льда нам, те. на отметке 153,40 м. Низовой откос защищаем посевом многолетних трав по всей его площади. Примыкание тела плотины к берегам осуществляется по наклонным плоскостям, угол наклона соседних участков поверхности берега не превышает 10°. 5.6. Фильтрационный расчет Под влиянием напора, создаваемого плотиной, из верхнего бьефа в нижний происходит фильтрация через тело плотины и ее основание. Основными задачами фильтрационных расчетов, являются определение удельного и общего расхода фильтрации, положения кривой депрессии и оценка фильтрационной прочности грунтов основания и тела плотины. При фильтрационных расчетах принимаем следующие допущения фильтрацию рассматриваем водной плоскости, грунт тела плотины считаем однородно-анизотропным, водоупор считается теоретически водонепроницаемым, положение кривой депрессии не зависит от качества грунта, а определяется только геометрическими размерами тела плотины. Запроектированный поперечный профиль грунтовой плотины, приводим к расчетной схеме (см. рисунок 10), в которой исключаем отдельные мелкие детали (допустим, наличие и вид противофильтрационного устройства, отметку гребня плотины, конструкцию крепления верхового откоса и т.п.). В верхнем бьефе за расчетный принимаем ∇ НПУ=157,00м, а в нижнем бьефе - бытовой уровень воды на отметке ∇ НБ=149,80м, при котором будет наблюдаться установившийся расход фильтрационного потока в теле плотины. Рисунок 10. Расчетная схема к фильтрационному расчету Расчет выполняем в соответствии с методикой (см. п. 4.8 настоящих указаний) в следующей последовательности 1. Находим положение раздельного сечения по формуле Михайлова 30 м 3 7 8 1 0 3 2 0 3 1 2 1 1 1 = ⋅ + ⋅ = ⋅ + ⋅ = Δ 2. Аналитическим расчетом, по расчетной схеме к фильтрационному расчету (см. рисунок, определяем длину проекции кривой депрессии на горизонтальную ось м , , ) , , ( , ) , , ( , , ) , , ( m ) НБ . Др ( m .) Др ГП ( B m ) НПУ ГП ( L гр 11 38 25 1 80 149 50 150 5 2 50 150 00 159 0 8 0 3 00 157 00 159 3 2 1 = ⋅ − − ⋅ − + + ⋅ − = = ⋅ ∇ − ∇ − ⋅ ∇ − ∇ + + ⋅ ∇ − ∇ = 3. Так как в теле плотины имеется противофильтрационное устройство – экран, то приводим плотину к однородной (метод виртуальных длин. Для этого определим размеры эквивалентного слоя м , sin , , , , sin k k L э т н в э 35 7 21 05 0 82 0 2 5 1 0 1 Тогда виртуальная длина проекции кривой депрессии на основание м , , , , L L L L э . расч 19 49 35 7 11 38 73 3 = + + = + + = Δ 4. Величину удельного фильтрационного расхода q m находят из уравнения 746 , 0 19 , 49 2 5 . 1 7 , 8 L 2 H H q 2 2 расч 2 2 2 1 т т = ⋅ − = ⋅ − = κ Тогда сут |