Гидротехнические сооружения

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение  

1 Выбор створа плотины  

2 Конструирование поперечного  профиля плотины 

3 Расчет фильтрации через  однородную грунтовую плотину  с дренажем при наличии воды в нижнем бьефе

4 Расчет осадки грунтов  основания грунтовой плотины 

5 Расчет устойчивости  низового откоса грунтовой плотины 

6 Шахтный водосброс  

            7 Водоспуски. Водовыпуски  

8 Список использованных  источников 

9 Приложения  

 

 

ВВЕДЕНИЕ

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.

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: m₁=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 грунтовых  плотин

 

Высота плотины, м	Коэффициенты откосов
	верховой m1	низовой m2
		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 ;

ω₁₀ - 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/с²;

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 УНБ_max, м;

Σb_б - сумм. ширина берм низового откоса, м.

m₂, 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 = h₀.

 

 

 

 

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/м³. 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;

ε₁ - коэффициент пористости грунта основания плотины в естественном состоянии;

ε₂ - 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                       T₁=1 м;       γ₁ =1,8 т/м³

2 Глина                                         T₂=2,3 м;    γ₁ =1,9 т/м³

3 Супесь                    T₃=5,45 м; γ₃ =2,1 т/м³

 

Мощность сжимаемого грунта основания:

Т= Т₁+Т₂+Т₃

Т₁+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; Н_пл=18,5 м; b_пл.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: