Расчет водохранилищного гидроузла

1. Продлеваем линию низового откоса до пересечения с основанием – линия АВ.
2. Из точки В опускаем вниз вертикальную прямую и откладываем на ней расстояние, равное высоте плотины и фиксируем его точкой С.
3. Через точку С в сторону верхового откоса проводим горизонтальную линию и откладываем на ней расстояние, равное фиксируя его точкой М.
4. Затем через точку М и точку А, расположенную на бровке низового откоса, проводим луч ММ, на котором выбираем центр скольжения О и радиус кривой скольжения таким образом, чтобы кривой скольжения был захвачен весь низовой откос и частично грунт основания. Причем кривая скольжения должна проходить между осью плотины и бровкой низового откоса. Значение радиуса кривой скольжения определяем графически по расчетной схеме, рисунок 2, R = 30,4 м.

Разбиваем полученный сектор обрушения на отсеки шириной . Счет ведем от нулевого отсека, расположенного симметрично относительно перпендикуляра, опущенного из центра скольжения точку О к плоскости основания.

Подсчет действующих  сил проводим в табл. 3.2, порядок заполнения которой следующий:

1. Синус α для рассматриваемой полосы равен ее порядковому номеру, поделенному на 10. Для полос, расположенных от нулевой полосы влево, положительные, а для полос расположенных вправо – отрицательные. При этом для первой и последней полос принимается в зависимости от доли полосы по отношению к полной ее ширине.
2. Косинус α вычисляется по формуле:

                                                                 (3.17)

3. Грунты в пределах полосы имеют различные характеристики, поэтому: h₁ – мощность грунта находящегося в естественном состоянии, до линии депрессии; h_нас1 – мощность грунта во влажном состоянии, ниже линии депрессии; h_нас2 – мощность грунта во влажном состоянии, от плоскости основания до кривой скольжения.
4. Приведенную высоту полосы определяются по формуле:

                                     (3.18)

Где γ_гр – объемная масса грунта тела плотины при естественной влажности, ; γ_нас1, γ_нас2 – объемная масса взвешенного и насыщенного грунта тела плотины и грунта в основания

                                                       (3.19)

где n – относительная пористость соответствующего грунта.

 

 

5. Угол внутреннего  трения φ и удельное сцепление С принимаются по зонам соответственно состоянию и физико-техническим характеристикам грунтов. В курсовой работе для зон, лежащих ниже линии кривой депрессии, значения φ и С необходимо уменьшит на 30%.
6. Длину дуги кривой скольжения характерной зоны определяется по формуле:

 

Где β_i – центральный угол дуги скольжения i-ой характерной зоны.

Коэффициент устойчивости (с использованием результатов расчетов таблицы 3.2) определяется по развернутой формуле:

 

где Ω – площадь фильтрационного потока в зоне сползаемого массива, определяется

                                                            (3.22)

 

r – плечо действующей гидродинамической силы определяется графически по расчетной схеме, ; выходной градиент принят из результатов фильтрационного расчета,

 

Полученное значение устойчивости больше допустимого, следовательно грунтовая плотина запроектирована правильно, устойчивость ее будет обеспечена.

 

 

 

 

1. Расчет и проектирование водозабора

 

Гидравлический  расчет подводящего канала проводится с целью определения геометрических размеров канала: ширины канала по дну  – ; глубины канала – ; заложение откосов канала – m; превышение отметки бермы канала над уровнем воды – a; фактической скорости движения воды в канале –

Движение воды описывается уравнением:

                                                             (4.23)

К рассчитываемым параметрам трапецеидального  канала относят:

- площадь живого  сечения

                                                                 (4.24)

- смоченный периметр

                                                                (4.25)

- гидравлический радиус

                                                                                        (4.26)

-коэффициент Шези

                                                                                  (4.27)

где m – заложение откосов, принимаем по таблице 1 ; n – коэффициент шероховатости, принимаем по таблице 2 ; I – продольный уклон канала по дну, принимаем в пределах

Задача решается подбором, вначале находим расходную характеристику:

 

Далее задаваясь  рядом значений ширины канала по дну, вычисляем соответствующие значение до тех пор, пока вычисленное значение не будет равно требуемому .

Рассчитанные  размеры канала должны создавать  такую среднюю скорость движения воды, чтобы обеспечить выполнение условия

                             ,                      (4.29)

где – минимальная скорость, обеспечивающая не заиление канала, определяется по формуле О.А. Гиршина, но во всех случаях принимается не менее 0,3 м/с;

 – не размывающая скорость;

                                                                 (4.30)                        

                            ,                                  (4.31)

                                                              (4.32)

где А – коэффициент, равный 0,33 – 0,55;

K – коэффициент, определяемый по таблице 4 .

Входную часть  водозабора устанавливаем на отметке  УМО и врезаем в откос грунтовой  плотины и закрепляем его железобетонными  откосными плитами. Водозабор выполняем из металлической трубы, укладывая ее с небольшим уклоном, . Расход регулируется водопроводной задвижкой, которую располагают в конце трубы в смотровом колодце. Для предупреждения повышенной фильтрации вдоль трубы через 3…5м устраиваем поперечные диафрагмы из металла или бетона высотой не менее двух диаметров труб. Трубы обмазывают битумом, укладывают на подготовку, сверху и с боков засыпают глиной или суглинком с тщательным уплотнением. Трубы укладывают на слой бетона до 30…50см. 

Канал водозабора принимаем трапецеидального сечения, с уклоном . Расчет выполняем на пропуск расхода водоснабжения Канал располагается на отметке в первом слое грунтов – глине, по таблице 1 находим, что заложение откосов а коэффициент шероховатости для содержания в средних условиях . Принимаем глубину наполнения канала тогда

 

Результаты вычислений приводятся в таб. 4.1

Таблица 4.1 Расчет параметров канала водозабора

				R	C
0,6	1,2	2,16	3,99	0,54	36,09	26,5	57
0,8	-	2,40	4,19	0,57	36,40	27,5	66
1,2	-	2,88	4,59	0,63	37,03	29,4	85
1,4	-	3,12	4,79	0,65	37,22	30,0	94
1,6	-	3,36	4,99	0,67	37,41	30,6	103

Для определения  расчетной ширины канала по дну, стоится  график зависимости рисунок 3, по которому находим, что для расчетного значения , ширина канала с округлением принимаем Фактическая скорость воды в канале

 м/с

 м/с

м/с.

Условие 4.29 выполняется, значит, размеры водозаборного канала определены правильно и крепление дна и откосов канала не требуются.

 

 

 

 

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Зависимость расходной характеристики и ширины водозаборного канала по дну

Из расчетной  схемы рисунок 9 аналитическим путем определяем длину трубы водозабора

,

,

 

Количество нитей  и их диаметр назначаем из условия, чтобы расчетная скорость воды в  трубах была в пределах . Назначаем одну нить, расход составит . Площадь живого сечения нити:

 

Диаметр трубопровода определяется из условия:

 

Принимаем ближайший  стандартный диаметр труб , тогда фактическая скорость движения воды в трубе составит:

 

Фактическая скорость не превышает допустимого значения, следовательно назначаем одну нить трубы с диаметром 1,3м.

Минимальный уровень  воды в верхнем бьефе, который  обеспечит гарантированный забор, определится из условия

 

где – суммарные потери напора в одной нити трубопровода;

                          (4.33)

где – потери напора на входе, на сороудерживающих решетках, по длине, на затворе и на выходе из трубопровода.

Потери напора на входе в трубопровод

 

где – коэффициент сопротивления при входе,

Потери напора на сороудерживающей решетке

 

где – коэффициент сопротивления на сороудерживающей решетке,

Потери напора по длине трубопровода

 

где – коэффициент сопротивления по длине в трубах, R – гидравлический радиус,

 

Потери напора на затворе (задвижке), установленном  в колодце управления

 

где – коэффициент сопротивления на затворе (задвижке),

Потери напора на выходе из трубопровода

 

где – коэффициент сопротивления на выходе из трубопровода,

Тогда

 

Минимальный уровень  воды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9. Схема к гидравлическому расчету водозабора

 

5.0 Проектирование и расчет водосброса

 

Шахтно-башенные водосбросы применяют для пропуска в автоматическом режиме весенних и  летних паводков, для поддержания  заданного уровня воды в верхнем  бьефе водохранилища. Шахтно-башенный водосброс включает следующие основные части: башню, водоподводящую трубу (водоспуск), водоотводящую трубу и устройство нижнего бьефа.

Башня обеспечивает автоматический сброс воды через водослив и размещение затворов, оборудования и служебного мостика, из которого осуществляется управление режимом работы водоспуска и отводящего водовода. В плане водослив башни выполняют круглой, эллипсоидальной и полигональной форм.

Гребень башни  оформляем по типу водослива с  тонкой стенкой и оборудуют крупноячеистой сороудерживающей решеткой, а на рыбоводных прудах применяют рыбозаградительные съемные мелкоячеистые решетки. Длина водосливного порога определяется из формулы пропускной способности водослива с тонкой стенкой, толщину которой с конструктивных соображений принимаем 0,3…0,4м.

 

где Q – расчетный расход водосброса; m – коэффициент расхода, m ; H – напор на водосливном пороге   ; – глубина подтопления, принимается 0,2 …0,3м; - коэффициент подтопления, определяется по таблице 6 .

Порог водосливных  стенок назначают на отметке НПУ. Ширина портальной стенки ковша должна быть не менее ширины входного фронта сооружения

                         (5.41)

где d – внутренний диаметр (ширина) отводящей трубы; n – число нитей трубопровода; t – ширина разделительных стенок, a – конструктивный запас, обеспечивающий плавность входа потока в крайние трубы и надежность сопряжения трубы с оголовком,

Для создания более  равномерного подвода и сброса воды в шахту, выравнивание подходных  скоростей сбросного расхода, а  также улучшение условий обслуживания вокруг башни предусматривают берму, шириной  .

Вертикальная  часть башни выполняется из монолитного  или сборного железобетона. Толщена  стены в верхней части принимаем  равной , а ниже отметки бермы . Днище башни выполняют из монолитного железобетона. Его толщина, жесткость и плановые размеры должны обеспечивать надежность конструкции динамическому и взвешивающему воздействию потока

Водоспуск состоит из водоподводящей трубы, входного оголовка и затвора, расположенного внутри башни и служит для управления режимом работы водоспуска. Входной оголовок содержит сороудерживающую решетку и подпорную стенку толщиной 0,5м. Сопряжение водоспуска с подводящим каналом выполняется через зуб из каменной наброски 1,0м и участка понура Для обеспечения плавного входа потока предусматривают раструб длиной , выполненный из монолитного железобетона. Трубы выполняют из сборного железобетона или металла диаметром не менее 0,4…0,6м. Трубы укладывают на подготовку толщиной 0,1…0,2м из бетона. Швы труб заделывают минеральной ватой, паклей, пропитанной битумом, и законопачивают цементным раствором.

Размеры элементов  поперечного сечения водоспуска, в соответствие с чем количество ниток и поперечные размеры труб устанавливаются на основание гидравлического  расчета в зависимости от величины сбросного расхода.