гтс 3курс 2сем1

Содержание

Введение

1.Проектирование грунтовой плотины

1.1.Определение отметки гребня плотины

1.2.Выбор местоположения узла

1.3.Конструкция гребня плотины

1.4.Конструкция откосов плотины

1.5.Конструкция ПФУ

1.6.Предварительная проверка откоса плотины по графику

2.Фильтрационный расчет плотины и ее основания

2.1.Расчет фильтрации через однородную плотину

2.2.Расчет фильтрации через плотину с ПФУ

2.3.Расчет фильтрации через основание плотины

2.4.Определение суммарного ого расхода

3.Расчет крепления откосов

3.1.Построение эпюры волнового давления

3.2.Построение эпюры противодавления

3.3.Определение толщины плит крепления напорного откоса

4.Расчет устойчивости низового откоса графоаналитическим методом

Список используемой литературы

Введение

Плотина – основное водонапорное сооружение, которое перегораживает русло реки и создает разные уровни воды перед сооружением и за ним.

Плотины устраивают для следующих целей:

а) поднять уровень воды в реке для решения транспортных задач;

б) регулирование паводков реки для удовлетворения нужд населения;

в) сбор воды в водохранилище с последующим рациональным расходом.

Грунтовые плотины самый распространенный тип водоподпорного сооружения.Наибольшее распространение земляные плотины получили из следующих преимуществ: а) их возведение почти полностью механизировано;

б)возможно использование местного строительного материала;

в) плотину из грунтовых материалов строят в разнообразных климатологических, топографических, геологических и сейсмических условиях;

г) многообразие природных условий определяет различные типы плотин и способы их возведения;

д) экономичность и долговечность плотины.

Конструктивные элементы сопряжения с основаниями и берегами. Конструкция противофильтрационных элементов и дренажных устройств в теле и основании плотины. В данном проекте рассматриваются вопросы конструирования плотины на нескальном основании. Проведены фильтрационные расчеты устойчивости, выбран тип крепления верхового откоса. Проведен анализ однородной плотины и плотины с противофильтрационным элементом.

Лист

1.Проектирование грунтовой плотины

1.1.Определение отметки гребня плотины

Для определения высоты отметки гребня плотины необходимо знать превышение плотины над расчетным уровнем воды в верхнем бьефе. Отметку гребня плотины из грунта определяют из условия полного исключения перелива воды через него при накате волны и ветровом нагоне по формуле:

ГП НПУ hs ,

где hs – превышение гребня плотины, определяется по формуле (1) [2]:

hs hset hrun1% a,

где hset – ветровой нагон воды в верхнем бьефе, (м);

hrun1% - высота наката волн обеспеченностью 1%, (м);

а – конструктивный запас повышения гребня плотины, принимаемый как большее из значений 0,5 (м) или 0,1h1% (м).

Высоту ветрового нагона воды определяем по формуле (148) [1,приложение]:

где αw – угол между продольной осью водоема и направлением ветра, (град), принимаем из исходных данных αw = 0˚;

L – длина разгона волны, (м), из исходных данных L = 9500(м);

d1 – глубина воды в верхнем бьефе, (м), из исходных данных d1= 19,5(м);

Vw – расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема, (м/с), из исходных данных Vw = 13(м/с);

Kw– коэффициент, зависящий от скорости ветра и принимаемый = 2,1*10-6.

По первому приближению определяем hset:

Исходя из того что погрешность составляет не более 0,05, ветровой нагон волны в верхнем бьефе принимаем равным: hset = 0,2.

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% определяют по формуле (25) [1]:

hrun1% h1% *kr *kp *ksp *krun ,

где kr и kp – коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по табл. 6 [1], kr = 1,kp = 0,9;

ksp – коэффициент, принимаемый по табл. 7 [1]. По таблице принимаем ksp = 1,22;

Лист

h1% - высота волны 1% - ной вероятности превышения, которую определим в следующей последовательности:

1. Вычислим следующие безразмерные величины:

g*t 9,81 21600 16299,69; Vw 13

g*L 9,81 9500 551,45. Vw2 169

где t – продолжительность действия ветра, принимается при отсутствии фактических данных равной 6 часам = 21600 с.

2. Из графика рис. 1 [1, приложения] определим значения относительных параметров:

3. Из найденной пары значений устанавливаем среднюю высоту волны:

h 0,036*Vw2 0,036 169 0,62(м) и g 9,81

средний период волны: T 2,45*Vw 2,45*13 3,25.

g9,81

4.Вычислим среднюю длину волны по формуле (151) [1]:

h1% 0,62*2,16 1,33.

krun – коэффициент, принимаемый по графикам рис. 10 [1] в зависимости от пологости

Зная krun1%, определяем hs:

hs hset hrun1% a 0,2 1,75 0,5 2,45(м).

Получаем отметку гребня плотины равной:

ГП НПУ hs 23,5 2,45 25,95(м).

Лист

1.2.Выбор местоположения гидроузла (Рис. )

1.3.Конструкция гребня плотины (Рис. )

1.4.Конструкция откосов плотины

1.5.Конструкция противофильтрационного устройства в виде экрана с понуром

Противофильтрационное устройство выполняют из слабоводопроницаемых грунтов (глинистых и мелкозернистых песчаных, глинобетона, разложившегося торфа) или не грунтовых материалов (бетона, железобетона, полимеров, битума и др.) виде верховой или центральной призмы, экрана, диафрагмы, ядра, понура, шпунта, стенки, завесы или комбинированной конструкции из грунтовых и не грунтовых материалов.

При проектировании противофильтрационных устройств необходимо обеспечить их сопряжение друг с другом, с основанием по подошве и в береговых примыканиях, т.е. создать сплошную противофильтрационную завесу.

В данной работе в качестве противофильтрационного устройства примем экран с понуром. Толщину экрана поверху возьмем равной 6,4 м , а понизу 12,8 м (примем оборудование: скрепер Дз – 115 – А, ширина рабочего органа 3,2 м).

Превышение экрана над уровнем воды в верхнем бьефе 0,5-0,8 (м). Толщина понура вначале принимается 0,5-0,75 (м), в месте соединения с экраном 2-3 (м). Длина понура принимается от 3 до 5 напоров на плотину, в зависимости от грунта может до 20 напоров.

Предварительно определим высоту напора по формуле:

Hc НПУ УНБmin 23,5 6 17,5(м)

УНБmin определяем по графику кривой Q = f(H), получаем УНБmin= 6 (м).

Найдем длину понура: LП=(3÷5)*Hc = (3÷5)*17,5 = 52,5÷87,5 (м). Примем LП=60 (м).

Отметка гребня экрана должна быть равна:

ГЭ НПУ hset hrun1% 23,5 0,2 1,75 25,45.

Лист

1.6.Предварительная проверка откоса по графику

При проверке устойчивости откосов пользуются графиками ВНИИ ВОДГЕО (рис. 3) [5]. Задавшись коэффициентом запаса на устойчивость η = 1,2, вычисляем отношение:

C

,

* *g*Hпл

где С – удельное сцепление, кПа; С = 1,3 кПа,

ρ – плотность грунта, т/м3; ρ = 1,9 т/м3,

Hпл – высота плотины, м; Hпл = 21,95 м.

C1,3

0,0026

* * g*Hпл 1,2*9,81*21,95*1,9

Полученное значение откладываем по вертикальной шкале и проводим горизонтальную прямую до пересечения с кривой, соответствующей углу внутреннего трения грунта тела плотины. Точку пересечения проектируем на горизонтальную шкалу и получаем безопасный угол откоса θ = 25˚. Сравниваем полученный угол с углом наклона низового откоса : θ α – откос не устойчив, необходимо уположить низовой откос, т.е. увеличить значение m2. Примем m2 = 2,2.

Лист

2. Фильтрационный расчет плотины и основания

Фильтрационные расчеты земляных плотин позволяют получить: характеристики фильтрационного потока, необходимые для проверки фильтрационной прочности тела плотины, расчет устойчивости ее откосов и обоснования рациональных параметров. Этими расчетами определяются:

-положение депрессионной кривой в теле плотины;

-градиенты напора фильтрационного потока;

-фильтрационный расход через тело плотины, основание плотины и берега.

Фильтрационные расчеты выполняются при характерных уровнях воды в верхнем и нижнем бьефах, при которых характеристики фильтрационного потока получаются наиболее не благоприятными с точки зрения прочности и устойчивости плотины, а также потерь воды на фильтрацию.

2.1. Расчет фильтрации через однородную грунтовую плотину на водонепроницаемом основании с дренажным банкетом при наличии воды в нижнем бьефе (Рис. 6)

Расчетная схема для расчета фильтрации через однородную плотину

0 – 0 – раздельное положение;

L1 – расстояние от бровки верхового откоса до раздельного сечения; hs – превышение гребня грунтовой плотины над УВБ;

l – расстояние от т. K до оси oy вправо (0,05 – 0,06); ox – проводится по уровню воды в НБ;

L2 – расстояние от раздельного сечения 0 – 0 до т. K – пересечение оси ox с внутреннем откосом дренажной призмы.

Лист

Ось y расположим от точки пересечения оси x с внутренним откосом дренажа вправо на величину l= 0,06*Hc = 1,05 (м). Положение раздельного сечения 0 – 0 находится от верхней бровки в сторону верхнего бьефа на расстоянии:

L1 *m1 *Hc hs *m1,

где ε – коэффициент Нумерова, который равен 0,355 – 0,41; принимаем ε = 0,4;

m1 – заложение напорного откоса;

Hc – действующий напор на плотину;

hs – превышение гребня плотины над уровнем воды в водохранилище.

Получаем:

L1 0,4*3,5*17,5 3,5*2,45 33,08(м)..

Определяем ординату кривой депрессии над точкой К:

h1 L22 Hc2 L2 ,

где L2 – расстояние которое принимается от т. К до сечения 0 – 0 (L2 = 71,4(м)).

Отсюда:

h1 71,42 17,52 71,4 2,11(м).

Кривую депрессии строим по уравнению:

y 2*h1 *x 4,22*x .

Координаты кривой депрессии записываем в табличной форме:

По данным таблицы строим кривую депрессии (Рис. 6).

Удельный фильтрационный расход через тело плотины равен:

q kпл *h1 1*2,11 2,11(м3 /сут).

kпл – коэффициент фильтрации через грунт тела плотины, для супеси kпл =1*10-2 – 1(м/сут)

Данный расчет фильтрации был произведен при УНБmin.

Лист

2.2. Расчет фильтрации через плотину с ПФУ, выполненным в виде экрана с понуром. (Рис 8).

Ось абсцисс проходит на уровне воды в нижнем бьефе, ось ординат – на расстоянии l= (0,05-0,06)*Hc от точки пересечения оси ОХ с внутренним откосом дренажной призмы.

Ордината кривой дипресси определяется подбором в зависимости от толщины водопроницаемого слоя, длины понура и глубины воды в нижнем бьефе. Кривые графиков строятся по двум функциям:

где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения 2(П + m*hэ)/Т

kпл – коэффициент фильтрации грунта тела плотины = 1 (м/сут)

kосн– коэффициент фильтрации грунта основания= 1 (м/сут)

d1 – глубина воды в верхнем бьефе= 19,5 (м)

d2 –min глубина воды в нижнем бьефе = 2 (м)

hэ – высота экрана

L4 – расстояние от оси ординат до подошвы дренажа

Т – толщина водопроницаемого слоя, которая принимается Т=0,5*В

В – расстояние от основания верхового откоса до начала дренажа (=113м)

Задаются значениями hэ не менее 5 раз и для каждого случая находят n, F1 ,F2 ,L4, определяя расстояние L4 графически с рис. . Расчет сводится в табличную форму:

Лист