Курсовой проект - Проект пруда в составе: плотины из местных материалов, водосброса, водоспуска, водовыпуска - файл n1.docx

приобрести
Курсовой проект - Проект пруда в составе: плотины из местных материалов, водосброса, водоспуска, водовыпуска
скачать (253.5 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.docx211kb.22.05.2011 18:30скачать
n2.dwg

n1.docx


  1. Определение основных исходных данных для расчета гидроузла

Проектируемая гидромелиоративная система находится на северо-западе Украины, в Волынской области, Ратновском районе. На севере района проходит граница с Республикой Беларусь. Среди крупных близлежащих населенных пунктов можно выделить Дивин (11 км), Кобрин (40 км) – находящиеся на территории Республики Беларусь. Гидрографическая сеть представлена озерами Лука, Орехово, Теребовичским и Турским каналами и их притоками. На участке строительства ГМС проходит грунтовая дорога, соединяющая населенные пункты Самары и Язавни. Ближайшие ж/д станции находятся в Кобрине (40 км) и Заболотье (44 км). Землепользователем участка строительства является фермерское хозяйство «Самары». Строительные материалы и конструкции будут доставляться из Республики Беларусь. Эксплуатацию гидромелиоративной системы будет осуществлять Ратновское ПМС.

Климатические условия

Ближайшая к проектируемому участку метеостанция находится в г. Бресте (72 км). Климат района проектирования – умеренно континентальный. Из-за влияния морских воздушных масс характерна мягкая зима и умеренно тёплое лето. Циклоны, которые являются причиной этого, перемещаются с Атлантического океана с запада на восток. Вегетационный период длится около 200 дней. Начало полевых работ приходится на 10.04 – 11.04. Даты сева и посадки некоторых культур: озимая рожь 30.08 – 2.09; яровые зерновые 12.04 – 24.04; картофель 27.04 – 04.05. Уборка этих культур производится в следующие периоды: озимая рожь 31.07 – 10.08; яровые зерновые 20.08 – 26.08; увядание ботвы у картофеля 17.08 – 21.08. Заморозки длятся примерно с 10.10 по 22.04, безморозный период длятся около 160-170 дней. Осадков выпадает 661 мм в год, максимум выпадает на июнь (см. таблица 1.1.1) [ ].


Таблица 1.1.1 Среднее количество осадков с поправками к показаниям осадкомера, мм

Брест

Январь


Февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

Теплый период

(IV-X)

Холодный период

(XI-III)

Год

мм

43

47

47

43

56

82

77

77

52

45

47

45

432

229

661

На формирование баланса влаги и увлажнённости территории оказывает непосредственное влияние относительная влажность воздуха. Среднегодовой её показатель составляет 79%, в летные месяцы около 70% ( см. табл. 1.1.2) [ ].

Таблица 1.1.2 Относительная влажность воздуха, %

Брест

Январь


Февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

Год

%

86

85

78

72

69

70

72

75

79

83

88

88

79

Таблица 1.1.3 Среднемесячный и годовой недостаток насыщения (дефициты) воздуха, мб

Брест

Январь


Февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

Год

мб

0,7

0,7

1,4

3,6

5,8

7,2

7,2

6,0

4,0

2,1

0,9

0,6

3,0

Средняя годовая температура воздуха составляет +7,4 °C, самый тёплый месяц – июль со среднемесячной температурой +18,9°С. Наиболее холодный месяц зимы – январь с температурой –4,5°С. Максимальная температура промерзания супесчаной почвы 40-48 см. Распределение средних температур в течении года указано в таблице 1.1.4 [ ].


Таблица 1.1.4 Среднемесячная и годовая температура воздуха, °C

Брест

Январь


Февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

Год

°С

-4,5

-3,6

-0,6

7,4

14,1

17,0

18,9

17,7

13,3

7,7

2,4

-2,2

7,4

Суммы накопленных температур воздуха в течении года представлены в таблице 1.1.5.

Таблица 1.1.5 Суммы температур воздуха, °C

Брест

<0

>0

>5

>10

°С

319

3044

2919

2566

Годовая суммарная солнечная радиация составляет около 4000–4100 МДж/м2. Она изменяется не только территориально, но и в течении года. В июле ее значение приблизительно в 15 раз больше, чем в декабре. Летом преобладает прямая солнечная радиация (50–55% от суммарной). Зимой и осенью увеличивается доля рассеянной солнечной радиации (70–80%).

В течение года на территории строительства ГМС господствуют западные ветры. В теплый период преобладающими ветрами являются западные и северо-западные, в холодный период — западные и юго-западные (см. табл. 1.1.6). В среднем скорость ветра составляет от 2 до 3 м/с (см. табл. 1.1.7) [ ].

Таблица 1.1.6 Повторяемость ветров и штилей, %

Брест

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

Штиль

%

8

7

13

11

14

16

20

11

5

Роза ветров выглядит следующим образом (%): c:\documents and settings\лена\рабочий стол\безымянный.jpg


Рис. 1.1.2 Роза ветров

Таблица 1.1.7 Среднемесячная и годовая скорость ветра (высота флюгера 4 м, высота пункта 192 м), м/с

Брест

Январь


Февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

Год

м/с

4,0

4,0

4,2

3,5

3,2

3,1

3,0

2,9

2,9

3,2

3,8

3,8

3,5

Важным фактором, влияющим на климатическую ситуацию, является атмосферное давление. Антициклоны, для которых характерно повышенное давление, в летнее время формируют тёплую безоблачную погоду со значительными амплитудами температуры в дневное и ночное время, а зимой приводят к понижению температуры. Циклоны характеризуются низким давлением, сопровождаемым выпадением осадков – дождя и снега. Значения среднемесячного и годового атмосферного давления приведены в таблице 1.1.8[  ]

Таблица 1.1.8 Среднемесячное и годовое атмосферное давление (абсолютная высота барометра 145,9 м), м

Брест

Январь


Февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

Год

м

999,8

999,0

998,3

995,9

997,6

996,7

996,8

998,0

998,9

1000,7

998,6

998,0

998,2

Облачность — один из важных факторов, определяющих погоду и климат. Благодаря экранирующему эффекту она препятствует как охлаждению поверхности Земли за счёт собственного теплового излучения, так и её нагреву излучением Солнца, т. е. зимой и ночью облачность препятствует понижению температуры земной поверхности и приземного слоя воздуха, летом и днем — ослабляет нагревание земной поверхности солнечными лучами, смягчая климат внутри материков. Данные по району строительства приведены в таблице 1.1.9[  ].

Таблица 1.1.9 Среднемесячное и годовое количество общей (о) и нижней (н) облачности, баллы

Облачность

Январь


Февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

Год

о

7,8

7,5

6,6

6,4

6,1

6,1

6,0

5,7

6,1

6,5

8,1

8,2

6,8

н

6,2

6,0

4,9

4,5

3,9

4,1

3,9

3,6

4,1

4,9

6,9

7,0

5,0

На участке строительства системы наблюдаются отдельные неблагоприятные климатические явления. Преимущественно в летний период бывают грозы, в среднем около 28 дней (максимальное число дней в году 42). Грозы сопровождаются сильными дождями, иногда градом в среднем – 1–2 дня в год. От 15 до 30 дней в году бывают туманы. Осенью (со второй половины сентября), весной (май – первая декада июня) при вторжении холодных воздушных масс резко понижается температура (до –3...–5°С) и случаются заморозки. В зимнее время можно наблюдать гололедицы, продолжительность которых колеблется от нескольких минут до 10 дней и более. В январе-феврале бывают вьюги. В тёплую пору года возникают засухи. Максимальная зафиксированная мгновенная скорость ветра составляет 27 м/с. Температура воздуха: минимальная –35,5°С, максимальная 36,6°С [ ].

Рельефные условия

Район мелиоративного строительства, находящийся в Волынской области, располагается на Восточно-европейской равнине. Волынская область расположена в пределах Полесской низменности (140–150 м); северо-западная окраинная часть Волынской области выражена возвышенностями (высота 220–290 м), обрывающимися к северу уступом в 20-60 м. Рельеф преобладает равнинный, где чередуются низменности и возвышенности. На Полесской низменности развита густая сеть рек. Участки между реками имеют плоско-волнистую поверхность с холмами и понижениями.

Общий уклон участка мелиоративного строительства направлен с юго-запада на северо-восток. Максимальная отметка земли составляет 153,1 м, минимальная – 150,6 м. Местные уклоны направлены с юго-запада и юга-востока к центу участка строительства. Микрорельеф данного участка характеризуется наличием западин (замкнутых понижений), также встречаются незначительные возвышенности. В целом рельеф равнинного типа.

Почвы и растительный покров

Конкретно на участке строительства можно выделить 2 типа почв: торфяно-болотный и дерново-глубокоподзолистый, глееватый, супесчаный типы.

Торфяно-болотная почва занимает около 60%, дерново-подзолистая – около 40%.

Геологические и гидрогеологические условия

Большое научное и практическое значение имеет установление возраста горных пород. Это необходимо для оценки свойств и определения положения пород. Так, например, породы, образовавшиеся в одно и то же время в одинаковых условиях и, если тождественность условий сохранилась и в последующем, то подобные породы обладают одинаковыми строительными свойствами. Скважинами на данном участке вскрыты 5 инженерно-геологических элементов:

Первый слой (hQIV) порода химического происхождения, современной четвертичной эпохи. Представлена дерново-глубокоподзоленой, глееватой супесчаной и торфяно-болотной почвами. Мощность слоя 0,1–0,2 м.

Второй слой – подстилающий (aQII) – порода аллювиального происхождения, поздней четвертичной эпохи. Представлен влажным песком средней крупности, который подстилает торфяно-болотную и супесчаную почву.

Третий слой (fgQI) по происхождению относится к флювиогляциальным отложениям, на разрезе представлен суглинком твердым. Возраст данного слоя – это четвертичный период средней эпохи. При таянии ледника образуются постоянные потоки талых вод, которые размывают моренные отложения. Вода подхватывает материал размываемых морен, выносит за пределы ледника и откладывает в определённой последовательности. Вблизи границ ледника остаются крупные обломки; дальше осаждаются пески и ещё дальше глинистый материал.

Четвёртый слой (aQI) по своему происхождению относится к аллювиальным отложениям. Представлен песчаным грунтом, который является мелким плотным песком, насыщенным водой. Возраст - четвертичный период средней эпохи.

Основанием разреза является материнская порода(N2) – мергель. Это глина содержащая известняк. Цвет – желтоватый, буроватый, красный. Вскипает при действии разбавленной соляной кислоты.

В результате обработки данных изысканий имеются физико-механические характеристики грунтов таблица 1.1.22 [   ].

Гидрологические условия

Район ГМС расположен на водосборе Ореховского канала, который впадает в Днепровско Бугский канал. В качестве створа выбираем устье Ореховского канала (участок ГМС находится в центре площади водосбора). Схема водосборной площади представлена на рисунке 1.1.3. Данные гидрометрических и гидрографических наблюдений в данном створе отсутствуют.

Таблица 1.1.11 Значения модулей стока расчетных обеспеченностей









0,028

0,026

0,022

0,0017



2. Выбор места строительства и компоновка гидроузла

Выбор створа и компоновка гидроузла производится в зависимости от назначения гидроузла, его природно-климатических, гидрологических, геологических и гидрогеологических условий района строительства.

Выбор места строительства.

На местоположение створа гидроузла оказывают влияние следующие основные факторы:

- топографических, определяющих высоту плотины, её местоположение - выбирается наиболее низкий участок местности т. к. водохранилище будет использоваться как водоприемник, отстойник при осушении и водоисточник при орошении;

- инженерно-геологических, оцениваемых прогнозными характеристиками грунтов, их напластованием и водопроницаемостью - располагается водохранилище на участке с грунтом представленным супесью пластичной;

- гидрологических, связанных с решением вопроса о наполнении водохранилища и расходах, сбрасываемых в период половодья или паводка в нижний бьеф: располагается водохранилище на месте копани.

При выборе створа гидроузла следует также учитывать способ пропуска строительных расходов, наличие и возможность устройства дренажной сети, наличие строительных материалов и т.д.

Компоновка гидроузла

В состав сооружений гидроузла входят: грунтовая плотина; водосбросное сооружение в виде шахтного водосброса совмещённого с водоспуском.

При строительстве гидроузла на равнинных реках применяют три основные схемы компоновки: русловую, пойменную и полупойменную. При применении русловой схемы компоновки водосливную часть располагают в русле реки, а пойменные участки реки перекрывают грунтовой плотиной. При пойменной схеме водосбросные сооружения располагают в пойме, а русло и другие участки поймы перекрывают грунтовым материалом. Водосбросные сооружения и водозабор целесообразно располагать на противоположных берегах, а водоспуск в русле реки в коренных грунтах.

3. Водохозяйственные расчеты

Назначением водохозяйственного расчета является определение максимально возможной водоотдачи потребителю, а также определение всех параметров проектируемого водохранилища.

Если для некоторого расчетного уровня развития водохозяйственный баланс сводится без дефицита для всех расчетных интервалов времени по всем рассматриваемым створам, дополнительных водохозяйственных мероприятий на данном уровне не требуется. Возникновение дефицита воды в отдельные расчетные интервалы времени при отсутствии его в балансе маловодного года свидетельствует о необходимости сезонногорегулирования стока; отсутствие дефицита лишь в балансе среднего по водности года показывает на необходимость многолетнегорегулирования стока или привлечения дополнительных источников; дефицит в балансе среднего по водности года может быть устранен только путем привлечения вод извне.

Для ликвидации выявленных дефицитов стока намечают водохозяйственные мероприятия, достаточность которых проверяют повторным водобалансовым расчетом.

В ряде случаев по топографическим условиям или из-за недопустимости затопления территорий, возможности увеличения располагаемых водных ресурсов, путем регулирования стока исчерпываются уже при неглубоком сезонном его регулировании.

Целью расчета может быть определение либо полезного объема водохранилища при заданной водоотдаче и ее обеспеченности, либо отдачи и (или) ее обеспеченности при заданном регулирующем объеме.

В проектной практике и при эксплуатации гидроузлов оперируют несколькими характерными уровнями и соответствующими им объемами водохранилища (рис. 2).



Рисунок 2. Характерные объёмы водохранилища


Уровень мертвого объема (УМО) — уровень, соответствующий неиспользуемой для регулирования стока части объема водохранилища, называемой мертвым объемом (МО). Этот объем обычно предназначается для аккумуляции наносов, отлагающихся в водохранилище за период его эксплуатации. Иногда мертвый объем определяется минимальным уровнем, обеспечивающим работу турбин гидроэлектростанции либо самотечную подачу воды в ирригационный канал.

Нормальный подпорный уровень (НПУ) — уровень, до которого может регулярно наполняться водохранилище на длительное стояние, до которого рассчитаны подпорные сооружения и береговое хозяйство. При отметке НПУ в водохранилище размещается его полный объем, складывающийся из мертвого и полезного объемов. Полезный объем (призма регулирования) систематически используется для перераспределения притока в водохранилище в соответствии с требованиями участников водохозяйственного комплекса к режиму водоподачи.

Форсированный подпорный уровень (ФПУ) — максимальный расчетный уровень водохранилища, соответствующий условиям пропуска максимального расхода воды, заданной вероятности превышения. Объем водохранилища, расположенный между ФПУ и НПУ (призму форсировки), используют для срезки расчетных максимальных расходов воды до значений, отвечающих полной пропускной способности водосбросных сооружений гидроузла при ФПУ.

При сезонном регулировании стока водохранилище наполняется до НПУ в период высокой водности во все годы, сток которых имеет обеспеченность не более заданной обеспеченности отдачи, а к началу следующего половодья обычно срабатывается до УМО.

Все необходимые расчёты сведены в таблицы 12-16.

Таблица 12. Распределение по месяцам объёма естественного притока воды к створу гидроузла в год 75% и 90% обеспеченностей

Месяцы

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

ki

0,5

0,4

1,6

3,5

1,2

0,8

0,6

0,5

0,4

0,8

1,1

0,6

12

W75%
тыс.м3

29,9

23,9

95,6

209

71,7

47,8

35,9

29,9

23,9

47,8

65,7

35,9

717,3

W90%
тыс.м3

21,7

17,3

69,4

152

52,1

34,7

26,0

21,7

17,4

34,7

47,7

26,0

520,7


WР% ср.за.мес=qP%·Fвод·t, (3.1)

где t=2,6·106с; W75%ср. за мес.=Q75%·t=0,0023·10·30·86400=59771 м3;

90% ср. за мес.=Q90%·t=0,00167·10·30·86400=43398,9 м3.

Для расчета W75% и W90%: WР%=WР%ср.за.мес·ki. (3.2)

Таблица 13.Количество воды необходимое на увлажнение

Тип почв

Месяцы

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

Итого

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Дефициты 75% обеспеченности при ?0 =1,0 без учёта грунтовых вод

Торфяные и минеральные почвы

т,м3/га

141

165

111,3

146,3

102,3

95,3

34,3

795,5

W,тыс.м3

87,7

102,7

69,2

91,0

63,6

59,3

21,3

494,9

Дефициты 90% обеспеченности при ?0 =1,0 без учёта грунтовых вод

Торфяные и минеральные почвы

т,м3/га

169,3

193,7

140

174,3

131

124

62,7

995

W,тыс.м3

105,3

120,5

87,1

108,4

81,5

77,1

39,0

619,0

Объём воды необходимый на увлажнение расчитаем по формуле:

W=т·F, (3.3)

где F – площади полей (сумма площадей торфяных и минеральных:
F =622,13 га).

Таблица 15. Определение данных к построению топографических характеристик водохранилища

Hi, м

∆ Hi, м

Fi,
тыс.м2

Fср,
тыс.м2

∆Vi,
тыс.м3

Vi,
тыс.м3

hср, м

1

2

3

4

5

6

7

149,6




50,000







0

0




1




51,15

51,15







150,6




52,3







51,15

0,98




1




53,45

53,45







151,6




54,600







104,6

1,92




1




55,8

55,8







152,6




57,0







160,4

2,81




1




58,2

58,2







153,6




59,400







218,6

3,68




1




60,6

60,6







154,6




61,9







279,2

4,51




1




63,2

63,2







155,6




64,400







342,4

5,32


По данным таблицы 15 строим график (рис. 3).

Из таблицы 16 выбираем наибольшую отметку уровней воды в пруде и принимаем это значение за НПУ, т.е. НПУ=154,2 м.

Водохозяйственный расчет пруда 75% представлен в таблице 16.

В результате расчёта определили, что максимальный объём воды в водохранилище равен 252,68 тыс.м3, мёртвый объём водохранилища – 80 тыс.м3.

4. Проектирование и расчет плотины из местных материалов
Материал, добываемый на месте строительства, не требующий планируемых перевозок, называют местным. К этому виду материалов относят и грунт, как строительный материал, из которого возводят сооружения (грунтовые сооружения), или используемый в качестве оснований.

Под грунтом понимают естественные образования, расположенные в верхнем слое земной коры, образовавшиеся в результате химического и физического выветривания горных пород. Плотины, возведенные из таких грунтов, в дальнейшем будут называться грунтовые.

Грунтовые плотины представляют собой насыпи в виде трапеции. Их используют как водоподпорные сооружения, не допускающие перелива воды через гребень - глухие плотины. Особенность грунтовых плотин состоит в том, что они пропускают через себя поду. В теле плотины движется безнапорный фильтрационный поток, имеющий свободную поверхность - депрессионную поверхность. Кривая же свободной поверхности называется, депрессионной кривой.

Основное и существенное преимущество грунтовых плотин состоит в том, что для их возведения используется местный строительный материал - грунт. Для получения этого материала требуются только затраты на вскрышные работы в карьере, но они в общей стоимости сооружения незначительны.

Грунтовые плотины возводят на любых грунтах, залегающих в основании, при всестороннем учете их свойств. Лучшим грунтами для возведения плотин считаются суглинки и супеси.
Определение отметки гребня плотины

Высоту ветрового нагона волны водохранилища определяем по формуле:



где - эмирический коэффициент, зависящий от скорости ветра, принимаем равным ; - расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды на отметке НПУ; - длина водохранилища по направлению господствующего ветра;

- угол между господствующим направлением ветра и осью водохранилища; Н – глубина воды в верхнем бьефе при заполнении водохранилища до отметки НПУ.

Определим значение безразмерных коэффициентов:

(4.1)

Полученные значения безразмерных коэффициентов по огибающей кривой графика определяем значения промежуточных коэффициентов:



К расчету принимаем иопределяем:

- период волны:

(4.2)

- среднюю длину волны:

(4.3)

- высоту волны:

(4.4)

Так как , имеем глубоководную зону, и высота волны (1% обеспеченность принята потому, что материал крепления верхового откоса – каменная наброска) и средняя длина волны определяется из условия:

(4.5)

где - коэффициент, определяемый по графику в зависимости от значения ирасчетной 1% обеспеченности высоты волны. Зная , находим . Коэффициент для заложения откоса и расчетной скорости ветра 20 м/с, будет равен 1,45. Значения коэффициентов зависит от типа крепления верхового откоса (при креплении каменной наброской) соответственно получатся – 0,9 и 1. Подставляя все значения, определяем высоту наката волны 1% обеспеченности:

(4.6)

Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище при НПУ определится:

(4.7)

Тогда отметка гребня плотины определится:

(4.8)
Крепление откосов

Для защиты откосов от размыва предусматривается применение железобетонных плит. Нижнюю границу основного крепления (НГК) назначают ниже минимального уровня сработки водохранилища на глубине, равной:

НГК=1,5·t=1,5·0,8=1,2 м (4.9)

где t–толщина ледяного покрова.

Толщина сборных ж/б плит крепления определяется из условия:

0,1·0,287· (4.10)

=0,1·0,287·=0,025 м

где –объёмная масса воды; – объёмная масса бетона; b – размер плиты в направлении падения откоса; – длина волны 1% обеспеченности.

Принимаем =0,025 м.

Фильтрация через плотину


Фильтрационные расчеты проводим с целью:

- определение положения депрессионной кривой;

- установить значение градиента фильтрационного потока;

- определение фильтрационного расхода.

Расчёт на фильтрацию через плотину производим по схеме, приведённой на рисунке 4.2.


Рисунок 4.1. Расчётная схема


Расчёт на фильтрацию через плотину производим по схеме (рис.4.1),

(4.17)

Lp=L+?LB=14,5+4,7=19,2 м (4.18)

4,7 м (4.19)

Удельный расход определяется по зависимости

(4.20)

Вычисляется hc по зависимости:

(4.21)



Ординаты кривой депрессии между сечениями h-0 и I-I определяют по формуле:
(4.22)

Для построения кривой депрессии находим координаты точек, расчет сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 Расчет координат депрессионной кривой

Х, м

3

6

9

hX, м

3,0

2,7

2,4

Проверим фильтрационную прочность грунтов тела плотины и основания по значению выходного градиента

(4.23)

Так как условие выполняется, то фильтрационная прочность грунтов тела плотины и основания будет обеспечена.

Кривая кривой депрессии представлена на рис. 4.2.
Статический расчет низового откоса плотины
При некоторых условиях откосы грунтовых плотин теряют устойчивость, и происходит обрушение (сползание) части массива в пределах тела плотины, где частично захватывается и грунт основания.

Расчет устойчивости откосов ведут при заданных физико-механических характеристиках грунта тела плотины и основания, известных геометрических размерах поперечного профиля плотины и построенной по результатам фильтрационных расчетов кривой депрессии.

Степень устойчивости низового откоса оценивается коэффициентом запаса устойчивости k3.

В данном случае класс плотины равен IV и тогда допустимый коэффициент запаса равен 1,1.

Коэффициент запаса на устойчивость определяется как отношение суммы моментов удерживающих сил к сумме моментов сдвигающих сил

k3=?Муд/?Мсд

Для выявления всех действующих сил на откосе плотины массив делим на вертикальные полосы шириной b=0,1R. Разбивку полос начинаем с нулевой, которая располагается по обе стороны от вертикали, опущенной из точкиОдо пересечения с кривой скольжения.

Грунт тела и основания плотины – суглинок твердый.

Подсчет действующих сил сводим в таблице 4.2, расчётная схема расчёта устойчивости низового откоса рисунке 4.3.

Значение радиуса кривой скольжения определи графически из рисунка 4.3

Приведенная высота определяется по формуле:



где - объёмная масса грунта тела плотины при естественной влажности, ; - объемная масса водонасыщенного грунта тела плотины.; n – относительная пористость грунта тела плотины, n=0,27.
Расчетная схема к статическому расчету низового откоса плотины представлена на рисунке 4.2.

Длину дуги кривой скольжения вычисляем по формуле

,

где R - радиус кривой скольжения; - центральный угол дуги, соответствующий зоне.

м;

м;

м.

Площадь фильтрационного потока в зоне массива обрушения:



Коэффициент устойчивости грунтового массива обрушения по кривой скольжения, а значит низового откоса в целом:



Полученное значение больше допустимого, следовательно, грунтовая плотина запроектировано правильно, устойчивость её будет обеспечена.


5. Проектирование водопропускных сооружений

Гидротехнические сооружения любого назначения, пропускающие через себя воду, принято называть водопропускными. В гидроузлах с плотинами из местных материалов выполняют три основных типа водопропускных сооружений - водосбросы, водозаборы, водоспуски. Эти сооружения различны по своему назначению, местоположению в плане, по высоте и имеют конструктивные особенности.

В водохранилищных гидроузлах объем водохранилища в большинстве случаев не вмещает поверхностный сток, поступающий с водосборной площади. После наполнения водохранилища до отметки НПУ излишек воды сбрасывается в нижний бьеф плотины через водосброс.

Шахтными называются водосбросы, сливная часть которых выполнена виде вертикальной или наклонной шахты. Различают следующие типы шахтно-башенных водосбросов: башенно-трубчатые, шахтно-туннельные, башенно-туннельные. Шахтно-башенные водосбросы применяют в составе средне и низконапорных гидроузлов для автоматического сброса паводковых вод из прудов водохранилищ, для опорожнения водоема и отлова рыбы.

Автоматический сброс осуществляется при форсированном напоре, максимальное значение которого на пороге водослива принимается 0,4...1,2 м на основании технико-экономического сравнения вариантов компоновочных решений по гидроузлу и водохранилищу.
Гидравлический расчет подводящего (отводящего) канала

Расход воды определим как произведение модуля стока воды весеннего половодья (10% обеспеченности), на площадь объекта:

0,028м3/с·км2·10,026 км2=0,28 м3/с. (5.1)

Исходя из этого, определим периметр водослива:

L=, (5.2)

где– коэффициент расхода, Q – расчетный расход водослива, Н – напор на водосливном пороге (Н=11,3 см), ?п – коэффициент подтопления.

L=м.

Коэффициент расхода определим по формуле:

, (5.3)

где Н/R>0,46…0,47; ?1, ?2, ?3 и К – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние подвода воды к шахте и принимаемые равными (?1=?2=?3=1 иК=0,97…0,99).

.

Шахта состоит из сливного оголовка (водослива), вертикальной части-ствола, фундаментного блока или днища. Вертикальная часть выполняется из монолитного и сборного железобетона. Гребень шахты оформляем по типу водослива с тонкой стенкой, практического профиля. В тыльной стенке устраивают отверстия для подсоединения водоотводящих труб. Соединение трубы с шахтой осуществляют при помощи температурно-осадочного шва (ТОШ), который обеспечивает водонепроницаемость соединения и независимость деформации частей сооружения. Днище шахты выполняют из монолитного железобетона.

Высота шахты Нш=4,6 м. Фундаментная плита под шахту имеет размеры 2,0x1,0x1,5 м.

Предельное состояние наступает при условии:

,

где – коэффициент сочетания нагрузок, равный 1 в нашем случае;m –коэффициент условий работы, равный 1.1; Кн=1.25 – коэффициент надёжности для сооружений IV класса;R– коэффициент безопасности по материалу;

Np=n·W?=– коэффициент перегрузки,

где W?–объём шахты и фундаментной плиты.

R=К·(Wб·?ж+Wп·?б)= 1,25·(3·25,0+13,8·24,0)=507,8

где Wб– объём бетона шахты; Wп– объём бетона в плите; ?ж– плотность железобетона; ?б– плотность бетона.

Получаем:



В соответствии с этим, расчётное условие шахты против её всплытия выполняется.

Водоотводящие трубы укладывают на бетонную подготовку с уклоном 0,0002.Наружные поверхности башни и труб оклеивают асфальтовыми матами, которые повышают водонепроницаемость бетона и снижает воздействие сил морозного пучения на конструкцию.
Расчет глубины воды в канале:

Таблица 5.1 Гидравлические характеристики канала (при b=соnst)

h, м

b, м

, м2

, м

R, м

С

i

Q, м3

0,2

0,6

0,18

1,32

0,14

28,69

0,0003

0,033

0,4

0,6

0,48

2,04

0,24

31,42

0,0003

0,127

0,6

0,6

0,90

2,76

0,33

33,18

0,0003

0,295

0,8

0,6

1,44

3,48

0,41

34,52

0,0003

0,554

1

0,6

2,10

4,21

0,50

35,63

0,0003

0,916

1,2

0,6

2,88

4,93

0,58

36,58

0,0003

1,395





Рисунок 5.1 График зависимости Q=f(h)

Зная водохранилища, с графика снимаем глубину воды в канале .

По значению и определяем диаметр трубы d=0,600 м.

При полунапорном режиме коэффициент расхода:



Определим площадь живого сечения трубы:



Определим перепад уровней:



6. Проектирование, расчет водоспуска и водовыпуска

Водоспуск в составе гидроузла предназначен для полного или частичного опорожнения водохранилища.

Водовыпуск (водозабор) проектируется для целей выпуска воды из водохранилища с последующим её использованием на орошение, и забора – из аванкамеры. Его рассчитывают на пропуск расходов соответствующих режиму водозабора. Рабочие выпуски из водохранилищ при небольших земляных плотинах, можно осуществить, уложив под плотиной металлическую трубу, снабдив её затвором в низовом конце.

Водоспуск.



Длина водоспуска:

lвод=+m1·(152,6–Дно)+0,5=0,5+7,5+0,5=8,5 м

Длина водоспуска равна 8,5 метров определим действующий напор:

z=(Нср–Нбыт)0,5=(154,2-149,99)/2=2,11 м.





Найдём пропускную способность трубы d=200 мм.





Сравним полученное значение с расходом который надо пропустить:



Принимаем трубу диаметром 200 мм.

Водовыпуск.

Длина водовыпуска 19,5 м. Подбираем диаметр труб исходя из полного опорожнения водохранилища на расход соответствующий объёму VII месяца:



Напор в трубе:






Lmp=+m1·(ГП–152,6)–2,0+0,3+bгр+m2·(ГП–УМО)=

=0,5+7,0–2,0+0,3+4,0+9,67=19,5 м

Найдём пропускную способность трубы d=150 мм.





Сравним полученное значение с расходом который надо пропустить:



Принимаем трубу d=150 мм.

Проверка:



Отметка воды в пруде в конце восьмого месяца составляет 151,7 м.



Напор в трубе:



Определение основных исходных данных для расчета гидроузла
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации