7973
.pdf
11
Рисунок 2 – Профиль дамбы
12
3.3 Фильтрационный расчет дамбы
В задачи фильтрационного расчета входят построение депрессионной кривой, определение фильтрационного расхода и проверка фильтрационной прочности грунта.
Фильтрационные расчеты должны выполнятся согласно положениям
[2], а в курсовой работе необходимо выполнить расчёт только для расчётного случая при уровнях: со стороны водохранилища – НПУ; со стороны защищаемой территории УГВ (приложение 1 к заданию).
Расчёты выполняются по рекомендуемой [4] методике. Для случая дамбы на водопроницаемом основании конечной мощности с дренажным каналом при коэффициенте фильтрации тела дамбы меньшем коэффициента фильтрации основании (KT<KOC) расчёты проводятся согласно [4, табл. 4.10,
схема 14] в следующей последовательности.
1. Выбирается расчетная схема и строится расчетный профиль дамбы
(рисунок 3).
2. Вычисляется удельный фильтрационный расход по формуле [4]:
|
q K |
|
|
H 2 |
|
K |
|
H |
|
, м2 / сут , |
(3.7) |
|||
|
|
|
1 |
|
T |
1 |
|
|||||||
|
|
|
Lв lC |
|
|
|
||||||||
|
|
|
Т 2 |
|
ОС |
Lв lC |
|
|
|
|
||||
где lC – определяется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
KОС |
2H1TL T 2 |
H22 Lв |
H12 L |
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
lC |
KТ |
|
|
|
|
|
|
|
, м, |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
KОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2H1T T 2 H22 H12 |
(3.8) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
KТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в которой |
LВ=0,4(H1+T), м; |
|
|
|
|
|
(3.9) |
|||||||
Т – глубина залегания водоупора, м (приложение 1 к заданию); |
|
|||||||||||||
H1 – глубина от НПУ до основания дамбы, м (рисунок 3); |
|
|||||||||||||
L – определяется по рисунку 3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H2 |
– расстояние от поверхности грунтовых вод до водоупора, |
|||||||||||||
определяется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2 |
T hгв |
, м |
(3.10) |
|
|
|
13
Рисунок 3 – Схема к фильтрационному расчету дамбы
14
в которой hгв – глубина залегания грунтовых вод, м (приложение 1 к
заданию).
3. Вычисляются ординаты кривой депрессии:
а) с правой стороны от точки С
|
|
|
|
|
|
hx |
T 2 T 2 H22 |
x lC |
T , м, |
||
L l |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
C |
|
|
б) с левой стороны от точки С
|
|
q |
|
|
K |
ОС |
2 |
|
K |
ОС |
|
hx |
2 |
|
lC |
x |
|
T |
|
|
T , м. |
||
KT |
KТ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
KТ |
|||||
Кривую депрессии исправляют визуально в зоне, где
|
|
K |
ОС |
|
|
|
K |
ОС |
|
|
q |
|
|
hx |
|
|
|
H1 |
|
|
T |
|
|
hx . |
|||
KТ |
KТ |
KT |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
(3.11)
(3.12)
(3.13)
Расчеты удобно выполнять в табличной форме (таблица 5).
Таблица 5 – Координаты кривой депрессии
х, м |
5 |
10 |
15 |
|
20 |
25 |
….. |
….. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hх, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Проверяется фильтрационная прочность грунта по зависимости: |
||||||||||
|
|
|
Iд |
Iкр |
, |
|
|
(3.14) |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
где Iд – действующий средний градиент напора;
Iкр – критический градиент по таблице 6 [2];
γn – коэффициент надежности по ответственности, определяемый по [1].
Действующий градиент напора для тела дамбы вычисляется по формуле
Iд |
|
H1 |
, |
|
|
(3.15) |
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
lC |
|
|
|
|||
для основания плотины |
|
|
|
|
|
|
|
|
Iд |
|
|
|
H1 |
. |
(3.16) |
||
Lо |
0, 9Т |
|||||||
|
|
|
|
|
||||
15
Таблица 6 – Значения осредненного критического градиента напора
Грунт |
Iд |
|
|
Песок мелкий |
0,75 |
Песок средней крупности |
1,0 |
Супесь |
2,0-1,0 |
Суглинок |
4,0-1,5 |
Глина |
8,0-2,0 |
Если неравенство (3.14) не выполняется, что означает возможность нарушения фильтрационной прочности грунта тела плотины, необходимо предложить меры по снижению действующего градиента.
3.4 Расчет глубины дренажного канала
Расчетный расход канала Qр, м3/с, определяется по формуле 3.17,
учитывая, что в середине трассы канала располагается насосная станция для перекачивания воды в водохранилище,
Q |
1 |
qL, м3 / сут., |
(3.17) |
р |
2 |
|
где L – длина защитной дамбы, м, принимается по заданию (пункт 2.6
задания).
Для определения глубины канала (рисунок 4), строиться график его пропускной способности h=f(Q) (рисунок 5). Задаваясь глубинами воды в канале h=(0,5; 1,0; 1,5 …), определяются соответствующие им расходы по формуле Шези
Q C RI , м3 /с,
(3.18)
в которой С – коэффициент Шези, определяется по формуле
|
1 |
|
1 |
|
|
С |
R6 |
, |
|||
n |
|||||
|
|
|
(3.19) |
||
где n – коэффициент шероховатости поверхности канала, для грунтовых откосов и дна можно принять n=0,018 [5];
16
I – уклон канала, принимается 0,003–0,005;
R – гидравлический радиус канала, м, определяемый по формуле
R |
, м. |
||
|
(3.20) |
||
где χ, ω – смоченный периметр и площадь поперечного сечения канала, |
|||
определяемые из формул (3.21 и 3.22) |
|
|
|
|
|
|
|
b 2h 1 m2 , м, |
|||
|
|
(3.21) |
|
ω b mh h, м2 ,
(3.22)
в которых b – ширина канала по дну, м, а m – коэффициент заложения откосов канала.
Расчет по формулам (3.15-3.19) удобно вести в форме таблицы
(таблица 7).
Таблица 7 – К построению графика пропускной способности канала
h, м |
ω, м2 |
χ, м |
R, м |
С |
Q, м3/с |
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На графике пропускной способности канала определяется глубина воды hр соответствующая расчетному расходу Qр и строится поперечное сечение канала (рисунки 4 и 5).
17
Рисунок 4 – Поперечное сечение дренажного канала
Рисунок 5 – График пропускной способности канала h=f(Q)
3.5 Расчет устойчивости низового откоса дамбы
Принятые ранее (раздел 3.2) заложения откосов являются ориентировочными. Уточнить их значение можно расчетом устойчивости откосов.
Этот расчет, в курсовой работе, следует выполнять только для низового откоса, для расчётного случая при уровнях: со стороны водохранилища – НПУ; со стороны защищаемой территории УГВ.
Устойчивость откоса может быть оценена коэффициентом устойчивости, вычисляемым по формуле [4]
Куст |
|
P S |
|
, |
(3.23) |
|
N Мr |
R |
|||||
|
|
|
|
18
где P – сила трения, т;
S – сила сцепления, т;
N – касательная составляющая веса массива обрушения, т;
М – сила воздействия фильтрационного потока, т;
r – плечо, м, равное расстоянию от центра кривой сдвига до центра тяжести площади Ω и измеряемое по рисунку 5.
Откос считается устойчивым, если
|
Куст γn γ fc γc , |
(3.24) |
где γ fc |
– коэффициент, зависящий от сочетания нагрузок |
и равный для |
основного сочетания – 1,0, для особого сочетания – 0,9; |
|
|
γc |
– коэффициент условий работы [2]. |
|
Значения коэффициента устойчивости откоса для некоторой кривой
сдвига вычисляют для 1 пог. м длины дамбы.
Для построения области центров поверхностей сдвига предлагается использовать следующий метод, в котором рекомендуется центры круглоцилиндрических поверхностей сдвига располагать в криволинейном четырехугольнике abde, образованным линиями, проведенными из середины откоса: вертикалью и прямой под углом 850 к откосу, а также двумя дугами радиусов R1=K1Hд и R2=K2Hд, где К1 и К2 – коэффициенты внутреннего и внешнего радиусов, определяемые в зависимости от заложения откоса по
таблице 8.
Таблица 8 – Значения коэффициентов К1 и К2
Коэффициент заложения откоса |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
К1 |
0,75 |
0,75 |
1,0 |
1,50 |
2,2 |
|
|
|
|
|
|
К2 |
1,50 |
1,75 |
2,3 |
3,75 |
4,8 |
|
|
|
|
|
|
Поверхность сдвига на поперечном профиле дамбы представляет собой дугу окружности радиуса R, проведенную таким образом, чтобы она пересекала гребень плотины и захватывала часть основания, (см. рисунок 6).
19
Рисунок 6 – Схема к расчету устойчивости низового откоса дамбы
20
Область, ограниченную кривой сдвига и внешними очертаниями плотины (массив обрушения), разбивают вертикальными прямыми на отсеки шириной b. При расчете вручную удобно величину b принимать равной 0,1R,
центр нулевого отсека размещать под центром кривой сдвига, а остальные отсеки нумеровать с положительными знаками при расположении их вверх по откосу и с отрицательными – вниз к подошве плотины, считая от нулевого.
Для каждого отсека вычисляются sinα и cosα, где α – угол наклона подошвы отсека к горизонту. При b=0,1R значение sinα≈0,1·№, где № –
порядковый номер отсека с учетом его знака, а cosα= 
1 sin2α .
Затем определяют средние высоты составных частей каждого отсека,
имеющих различные плотности: h1 – слоя грунта тела плотины при естественной влажности; h2 – слоя грунта тела плотины при насыщении водой; h3 – слоя грунта основания при насыщении водой.
В качестве средних высот принимают высоты частей, замеренные по чертежу (с учетом масштаба) в середине отсека.
Определяется плотность грунта каждого слоя [4]
ρ1 1 n ρs, Т |
1 ω , т/м3 , |
(3.25) |
ρ2 1 n ρs, Т |
nρw ,т/м3 , |
(3.26) |
ρ3 1 n ρs, O |
nρw , т/м3 , |
(3.27) |
где ρ1, ρ2 , ρ3 – плотности грунта тела дамбы при естественной влажности,
при насыщении его водой, и грунта основания при насыщении водой (т/м3);
ρw = 1 т/м3 – плотность воды;
ρs,Т , ρs,О – плотность частиц грунта тела и основания дамбы (пункт 1.2
задания);
n – пористость грунта, определяется по формуле, дол. ед.
n |
е |
, |
|
1 е |
(3.28) |
где e – коэффициент пористости грунта (пункт 1.2 задания);