Безопастность ГЭС

Цель работы:

 

Рассчитать время заиления водохранилища  при объеме твердого стока, поступающего в водохранилище, 3%, 5%,50% обеспеченности. Заилением водохранилища считается момент, когда уровень наносов достигает уровня мертвого объема (УМО).

 

Исходные данные:

 

1. Объем водохранилища – W=16000 ;
2. Кривая емкости водохранилища;
3. Нормальный подпорный уровень воды – НПУ=34.00м;
4. Уровень мертвого объема – УМО=24.00м;
5. Процентное содержание наносов в реке – =4%;
6. Кривая обеспеченности годового стока в реке.

 

Порядок выполнения работы:

 

1. Расчет годового объема твердого стока, поступающего в водохранилище 3%, 5%,50% обеспеченности:

Пользуясь  кривой обеспеченности годового стока в реке, определяем ежегодный объем стока при указанных ранее значениях обеспеченности.

Определяем ежегодный объем  твердого стока (объем наносов  ) :

.

2. Построение календарного графика наполнения водохранилища наносами:

Последовательно определяем объем наносов за несколько лет, до тех пор, пока отметка наносов не достигнет УМО. Для этого необходимо полученные объемы наносов переносить на кривую емкости водохранилища, получая при этом соответствующие отметки уровней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Все вычисления сведены в таблицу 1.

Календарный график наполнения водохранилища наносами представлен на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

Часть II

Цель работы:

 

Оценить устойчивость бетонной плотины  с учетом воздействия отложившихся наносов, заполнивших водохранилище  до уровня мертвого объема (УМО).

 

Исходные данные:

1. Профиль секции бетонной плотины с габаритными размерами (рис.2);
2. Нормальный подпорный уровень воды (уровень верхнего бьефа) – НПУ=34.00м;
3. Уровень мертвого объема – УМО=24.00м;
4. Уровень нижнего бьефа – УНБ=3.00м;
5. Физико-механические характеристики грунтов основания плотины:

;

6. Физико-механические характеристики наносов:

.

 

Порядок выполнения работы:

 

1.Составляется схема всех действующих нагрузок на плотину (рис.3.) с последовательным вычислением их величины:

все расчеты  производятся на 1 погонный метр.

 Сдвигающие силы:

1. гидростатическое давление со стороны верхнего бьефа:

гидростатическое давление воды распределяется по закону треугольника, поэтому сила гидростатического давления находится как площадь треугольника с высотой, равной полной глубине и основанием – , умноженная на длину сооружения (поскольку расчеты производятся на 1п.м., сила численно будет равна площади):

,

где –плотность воды;

g =9,81 м/с²– ускорение свободного падения;

* – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый для гидростатического давления воды равным 1,0.

 

   б) боковое активное давление наносов:

Давление грунта с неизменными физико-механическими свойствами  распределяется по закону треугольника, каждая абсцисса которого определяется по формуле:

где – толщина слоя наносов, м;

 – коэффициент бокового активного давления грунта.

Тогда максимальная величина давления будет на уровне подошвы  плотины:

* - все коэффициенты здесь  и далее принимаются по СНиП 33-01-2003.

Сила бокового давления наносов  определится как площадь треугольника:

где – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый для давления наносов равным 1,2.

  в) Взвешенное давление:

Взвешенное давление воды равномерно распределено по всей подошве сооружения и направленно вертикально вверх.

Сила взвешенного давления на 1п.м. находится следующим образом:

  г) Фильтрационное давление:

Величина фильтрационного давления меняется от начала подошвы сооружения к концу, поскольку зависит от величины напора, эпюра фильтрационного напора строится с помощью зависимостей, основанных на снижении напора по мере прохождения препятствий (в данной работе – это бетонная завеса ) и через грунт основания.

Для построения эпюры определяются следующие ординаты:

Значение давления  в начальной точке:

После прохождения бетонной завесы:

Величина силы фильтрационного давления W_ф определяются по формуле:

,

где – площадь эпюры фильтрационного давления.

  д) Ветровое воздействие (ветровые волны):

В данной работе величина ветрового воздействия определяется следующим образом:

Удерживающие силы:

  а) Гидростатическое давление со стороны нижнего бьефа

гидростатическое давление воды распределяется по закону треугольника, поэтому сила гидростатического давления находится как площадь треугольника с высотой, равной полной глубине и основанием – , умноженная на длину сооружения (поскольку расчеты производятся на 1п.м., сила численно будет равна площади):

,

  б) Собственный вес плотины:

где – плотность бетона;

 – площадь поперечного сечения бетонной плотины, вычисленная с помощью функций AutoCAD;иначе можно разбить сечение на элементарные фигуры и, просуммировав их площади, получить площадь всего сечения;

 – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый для собственного веса сооружения, равным 0,95.

Тогда:

2.Выполняется проверка устойчивости бетонной плотины:

Проверка устойчивости бетонной плотины  выполняется для первой группы предельных состояний по формуле:

где – коэффициент основного сочетания нагрузок и воздействий в период нормальной эксплуатации, равный 1,00;

     – сумма сдвигающих сил;

       γ_c — коэффициент условий работы, принимаемый при нескальных и полускальных грунтах равным 1,00;

      — коэффициент надежности по ответственности сооружений, для II класса – =1,2 (класс сооружения принят по СНиП 33-01-2003);

      – сумма удерживающих сил, определяемая следующим образом:

 

,

где – коэффициент трения бетона по грунту основания для приведения вертикальных сил к горизонтальной силе трения, сопротивляющейся сдвигу;

     – сцепление грунта основания.

.

 

Выполним проверку согласно неравенству:

Проверка не выполняется, плотина не устойчива.

 

Выводы: