Проектирование комплексного гидроузла на реке Онон с грунтовой плотиной
Министерство
образования и науки РФ
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
«Восточно-Сибирский
государственный университет технологий и управления»
(ФГБОУ
ВПО ВСГУТУ)
Кафедра
«Технология кожи, меха. Водные ресурсы и товароведение»
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
по курсу:
«Гидротехнические сооружения комплексного и целевого назначения»
на тему:
«Проектирование комплексного гидроузла на реке Онон с грунтовой плотиной»
Отчёт
выполнила
Студент
3 курса
Группы
Б1102
Загибалова
Кристина Михайловна
Проверил
Дашиев
Руслан Зориктуевич
Улан-Удэ,2014
Введение
Гидроузел - комплекс или группа
гидротехнических сооружений, объединённых по расположению, целям и условиям их
работы.
В зависимости от назначения
гидроузлы делятся на:
· энергетические,
· воднотранспортные,
· водозаборные.
Часто гидроузлы бывают
комплексные, одновременно выполняющие несколько водохозяйственных функций.
Различают гидроузлы:
· низконапорные когда разность
уровней воды верхнего и нижнего бьефов (напор) не превышает 10 м,
· средненапорные (с
напором 10-40 м),
· высоконапорные (с
напором более 40 м).
Низконапорные гидроузлы
сооружаются на равнинных реках, преимущественно в пределах их русла, главным
образом, для транспортных или энергетических целей (ГЭС) и на горных реках (для
орошения). Средненапорные гидроузлы сооружаются для тех же целей, что и
низконапорные, а также для борьбы с наводнениями. Высоконапорные гидроузлы
обычно служат для комплексных целей.
В данной курсовой работе
рассмотрим проектирование комплексного Гидроузла, состоящего из грунтовой
насыпной плотины и канального водосброса.
Плотина - гидротехническое
сооружение, перегораживающее водоток или водоём
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%91%D0%BC> для
подъёма уровня воды.
Также плотина служит для
сосредоточения напора
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BF%D0%BE%D1%80_(%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0)>
в месте расположения сооружения и создания водохранилища.
Обычно плотины входят в комплекс
гидротехнических сооружений (гидроузел
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B7%D0%B5%D0%BB>),
сооружаемый в конкретном месте для использования водных ресурсов в различных
целях: мелиорации, гидроэнергетики
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0>,
обводнения пастбищ и прочего.
Чаще плотины входят в группу речных
гидротехнических сооружений (чем в группу внутрисистемных, расположенных на
каналах). Если при этом комплекс сооружений связан с забором воды
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%B7%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F>
из реки, то его называют водозаборным гидроузлом.
По назначению плотины бывают
водохранилищные, водоопускающие и водоподъёмные. Подпор уровня воды у
водоподъёмных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение
условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр.
Водохранилищные плотины отличаются
заметно большей высотой, как следствие, большим объёмом создаваемого
водохранилища.
Отличительной особенностью больших
водохранилищных плотин является способность регулировать сток, малые плотины, с
помощью которых создают, например, пруды, сток не регулируют.
Чаще всего подобное функциональное
разделение плотин на водохранилищные и водоподъёмные является условным, в силу
трудности определения более важной функции. Вместо этого может использоваться
деление плотин по высоте подъёма воды: низконапорные (глубина воды перед
плотиной до 15 м), средненапорные (15-50 м), высоконапорные (более 50 м).
Так же плотины различаются по типу
основного материала, из которого они возводятся, по назначению и по условиям
пропуска воды.
По типу основного материала
различают плотины:
1. Грунтовые
2. Бетонные
. Металлические
. Тканевые
. Деревянные
. Железобетонные
По способу возведения:
. Насыпные
2. Намывные
. Направленного взрыва
По способу восприятия нагрузок:
. Гравитационные
2. Арочные
. Арочно-гравитационные
. Контрфорсные
По условиям пропуска расхода воды:
. глухие (не допускают перелива воды через
гребень)
2. водосбросные
. фильтрующие (пропуск воды
осуществляется через тело плотины)
. переливные (катастрофического
действия).
Исходя из геологических условий створа плотины,
в основании которой залегает супесь, суглинок, мелкозернистый песчаник, и
наличия местного строительного материала, представленного в виде супеси,
суглинка и песчано-гравийного грунта, а так же при технико-экономическом
сопоставлении ряда вариантов, принимается - Грунтовая насыпная
плотина(см.прил.2).
1. Технико-экономическое обоснование
Плотинами из грунтовых материалов называют
водоподпорные сооружения, возводимые из естественных (глинистых, песчаных,
крупнообломочных) или искусственных грунтов.
Следует отметить, что искусственными грунтами
принято считать грунты природного происхождения, закрепленные и уплотненные
различными методами, насыпные и намывные грунты, смеси естественных грунтов, а
также твердые отходы примышленной и хозяйственной деятельности, например отходы
горно-обогатительных предприятий, шлаки металлургической промышленности и
другие.
Плотины из грунтовых материалов практически
всегда бывают глухим, т.е не допускают перелива воды через гребень.
Грунтовые плотины получили широкое
распространение во всех областях гидротехнического строительства благодаря
следующим преимуществам:
· Их возведение возможно в любых географических
районах не зависимо от климатических и грунтовых условий. В сейсмических
условиях грунтовые плотины надежнее прочих т.к не теряют прочности и
устойчивости;
· Для возведения грунтовых плотин
пригодны практически все местные грунты, находящиеся непосредственно на месте
строительства;
· Затраты на материал сводятся только
к его перемещению, укладки и уплотнения;
· Грунтовые плотины могут быть любой
высоты;
· Стоимость возведения грунтовых
плотин ниже стоимости возведения плотин из других материалов;
· В процессе эксплуатации плотины не
требуют затрат на текущее, а тем более капитальный ремонты, за исключением
затрат на поддержание в рабочем состояния покрытие откосов, гребня и другие. (не
зависит от состояния самой плотины);
· Грунтовые плотины можно не
ограничено наращивать по высоте, причем без выключения из работы водоема при
старом контуре плотины.
Наряду с достоинствами грунтовые плотины имеют и
недостатки:
· Невозможность сброса максимальных расходов через
гребень плотины,
· Наличие в теле плотины
фильтрационного потока, потенциально создающего условия для фильтрационных
деформаций;
· Возможность больших потерь воды на
фильтрацию, если тело плотины выполнено из грунтов повышенной водопроницаемости;
· Трудность укладки насыпи при
значительных и продолжительных минусовых температур;
· Неравномерность осадков по
поперечному профилю плотины;
· Ограничение в использовании
некоторых видов грунтов для тела плотины и оснований.
Но эти минусы являются не значительными, на ряду
с достоинствами
грунтовых плотин. Так же существует множество
методов устранения изъянов таких плотин, что делает грунтовые плотины
достойными конкурентами среди других видов плотин.
.1 Выбор створа плотины
На положение створа плотины оказывают влияние
различные условия: топографические, инженерно-геологические, гидрологические,
строительные, трассировка водосбросного тракта, хозяйственные и др. в процессе
выбора створа плотины на плане намечается ряд возможных вариантов.
Окончательный выбор производиться на основании технико-экономического
сопоставления вариантов с учетом компоновочных решений и эксплуатационных
затрат по узлу.
Руководствуясь только топографией, створ плотины
наиболее целесообразно располагать в самом узком месте водотока, так как это
дает минимальный объем земляных работ.
Желательно, чтобы водохранилища при выбранном
створе имело минимальную площадь зеркала воды, что сокращает площади затопления
и потери воды на испарения.
Геологические условия створа плотины, прежде
всего, требуют, чтобы грунты в основании плотины были прочны и способны принять
на себя дополнительную нагрузку от сооружений.
Для водохранилищных гидроузлов существенную роль
играет водопроницаемость грунтов, как в створе плотины, так и в чаше
водохранилища. Чем более мощный слой грунта с повышенным коэффициентом
фильтрации залегает в основании плотины, тем сложнее и дороже
противофильтрационные работы. Особенно трудоемки такие работы, когда их
проводят непосредственно в ложе водохранилища. Поэтому на геологическое
строение чаши водохранилища нужно обращать к ним особое внимание, а при выборе
створа плотины учитывать фильтрационные потери воды, которые при
неблагоприятном напластовании грунтов могут быть весьма большими.
Грунтовые плотины можно строить из
слабоводопроницаемых и водопроницаемых грунтов на водопроницаемом и
водонепроницаемом основаниях. На водонепроницаемом основании можно возводить
следующие виды грунтовых плотин: однородные, с пластичным или жестким экраном,
с ядром, с диафрагмой из разнородных грунтов( с водонепроницаемой верховой
призмой).
Однородные грунтовые плотины строятся при
наличии на месте строительства достаточного количества относительно
водонепроницаемых грунтов: суглинков, лессов, а также тяжелых глин, насыщенных водой
до нижнего предела пластичности. Т.е их строят практически из всех
относительных водонепроницаемых грунтов.
Грунтовые плотины из легких и средних суглинков
возводятся без защитного слоя. При возведении плотин из тяжелого суглинков и
глин с содержанием глинистых частиц 20%и более в районах с суровыми зимами
целесообразно устраивать защитный слой из гравийного - песчаного или песчаного
грунта по откосам и гребня плотины. Толщина защитного слоя должна быть не
меньше глубины промерзания грунта. Для однородных плотин можно также
использовать песчаные грунты при значении фильтрационного расхода воды,
допустимого по водохозяйственным расчетам.
В однородных грунтовых плотинах рекомендуется
устраивать дренажи со стороны низового откоса.
По этим причинам в данном проекте будет
представлена насыпная однородная грунтовая плотина с дренажным банкетом,
месторасположение которой, предположительно на реке Турга, между поселками
Ясная и Ясногорск.
.2 Выбор основных размеров профиля плотин
Очертания откосов. Откосы грунтовых плотин
принимаются в зависимости от типа плотины, ее высоты и вида грунта, из которого
она возводится, а также свойств основания. Верховой откос, который находится
под воздействием волн и льда и насыщен водой почти на всю высоту, делают более
пологим, низовой откос - более крутым. Откосы плотин высотой до 10…15 м
принимаются с постоянным коэффициентом заложения. При большой высоте следует
принимать ломаное очертание верхового и низового откосов, постепенно уменьшая
их уклон от гребня к основанию.
Для предварительных расчетов плотин высотой до
15…20 м коэффициент заложения верхового откоса принимают 3…3,5, низового -
2,25…2,5, высотой 20…30 м - соответственно 3…3,5 и 2,25…2,75.
После выполнения фильтрационного расчета плотины
нужно обязательно сделать статический расчет устойчивости откосов и уточнить
коэффициент заложения.
откос дренажный фильтрационный плотина
2. Расчетная часть
Для начала нам нужно определиться с некоторыми
исходными данными, которые в дальнейшем понадобятся при расчетах.
1. Район возведения гидроузла, в составе
которой проектируется грунтовая плотина - в 8 километрах, от с.п. Яснинское на
р.Онон (см. прил.1,2).
2. Основания плотины сложено из скальных
пород.
. По гребню плотины предусмотрена дорога IV
категории для проезда автотранспорта.
. В тело плотины укладывается суглинок.
. Класс гидротехнических сооружений - IV.
Верховой откос принимаем без бермы. Заложение
верхового откоса назначаем m1=3,0,
низовой откос принимаем с заложением равным 2 (m2=2,0).
По гребню плотины предусмотрена автомобильная
дорога IV категории,
для которой ширина земляного полотна в=6м ( согласно: СНиП 2.05.02-85 ).
Исходные данные при проектировании грунтовой
плотины:
. Отметка НПУ -10,5.
Исходя из которой, ФПУ=10,5+1=11,5;
. Категория дороги на гребне плотины IV;
. Крепление верхового откоса железобетонные
плиты;
. Скорость ветра v,
м/с =17,8 м/с;
. Угол между продольной осью водоема и
направления господствующих ветров β=200;
.Длина разгона волны L=2,5км;
. Тип грунта плотины -суглинок;
. Уровень воды в нижнем и верхнем бьефе
соответственно 2,0 м и 10,5
. Расход паводковых вод, сбросных вод Q=
8 м3/с;
. Расход водоспуска Q=1,5
м3/с;
. Непрерывная продолжительность действия ветра t=10
мин.
.1 Определение отметки гребня в глубоководной
зоне
.Определение расчетной скорости ветра
На высоте 10 м расчетная скорость ветра
определяется по формуле:
υw=
υw2*
K z*
K f
где: υw2-
скорость ветра, измеренная на высоте 2 метра;
K
z- коэффициент
привидения к высоте 10 м (K
z
0,9 при Z=20
м);
K
f- коэффициент
пересчета данных по скоростям ветра, измеренных по флюгеру (по табл.6 [1]);
Из чего следует:
υw=
17,8*0,9*1=16,02
. Определение ширины гребня плотины
Определяя ширину гребня плотины, по которому
предусмотрена автомобильная дорога IV
категории используем формулу:
гр=в+2а
где: в - ширина проезжей части;
а - запас возвышения гребня плотины.
Следовательно:
bгр =6+2*0,7=8,4
. Вычесляем безразмерные параметры:
ξ = gL1/
υw12
= 9,81*2500/162 = 95,8;
По параметру ξ
и графику на рис.5определяем ε1
= 1,60 и η1 = 0,02. [1]
τ = gt/
υw1=
9,81*10*60/16 =368
По параметру τ
аналогично находят ε2 = 2,10 и η2
= 0,029.
Т = ε1
υw1/g
= 1,6*16/9,81 =2,6 с.
По меньшему значению η1
= 0,02 вычисляем высоту волны:
= η1*
υw1
2/g =
0,02*162/9,81=0,52м.
. Определяем среднюю длину волны, по формуле:
λ = gT2/2π
= 9,81*2,62/2*3,14 = 10.56м.
. Обеспеченность высоты волны при определении
высоты наката принимаем равной 1%.
Высота волны при этой обеспеченности
определяется умножением средней высоты волны h
на коэффициент К1%, который определяется по графику на рис.2 в зависимости от ξ
= 95,8 и К1 = 2,07. [1]
Тогда:
1% = h
* К1% = 0, 52*2,07=1,08 м.
. Высоту наката волн на откос определяем по
формуле:
%= h1%*Kr* Kp * Ksp * Krun *Kβ
*Ki run.
Предварительно определив значения коэффициентов,
входящих в эту зависимость:
) Кr
и Kp принимаем по
табл.1: для крепления откоса бетонными плитами Кr
= 1,0, Kp= 0,9; [1]
) по табл. 2 при скорости ветра υw1
= 16 м/с и заложении откоса равном 3, путем интерполяции Ksp
= 1,4; [1]
) по графику на рис.7 в зависимости от заложения
откоса m1 = 3,0 и пологости
волны:
λ/ h1%
= 10.56/1,08 = 9,8 Krun
= 1,4; [1]
)по табл. 3 в зависимости от угла фронта подхода
волн к сооружению β1 = 200 Кβ
= 0,96; [1]
)по табл. 4 в зависимости от обеспеченности по
накату волны ί = % Krun1%
= 1,0. [1]
Из чего высота наката на откос волн 1 % - ной
обеспеченности, равна:
h
run1% = 1,08*1,0*0,9*1,4*1,4*0,96*1,0=1,82;
8. Высоту ветрового нагона, при β=200и
Кw=2,1*10-6, а в
первом приближении принимаем ∆hset
= 0, тогда ∆h ,определяем
по формуле:
∆hset = Кw
* υw2*L / g ( d + ∆hset)
cosβ
где: Кw
- коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости ветра;
d - глубина воды в
ВБ, м;
L - длина разгона
волны по условию равно 2500м.
Из чего следует:
∆hset
= 2,1*10-6*162*2500/9,8*(10,5+0)*cos200
= 0,01.
Так как, величина ветрового нагона на откос
очень мала, то второго приближения при определении ∆hset
не делают.
. Запас высоты плотины а=0,1 h1%=0,1*1,08=0,108
м. Ввиду того что а>amin=0,7
,принимаем а=0,7 м.
. Определение возвышения гребня плотины hs
над соответствующим расчетным уровнем определяем по формуле:
= ∆hset + h run1% + а
=0,0076+1,82+0,7 = 2,53 м
. Тогда отметка гребня плотины по расчету:
↓ГП = ↓НПУ + hs
= 10,5м + 2,53м =13,03м
. Расчет основания плотины:
Для расчета основания плотины Впл используем
следующую формулу:
Впл = hпл*m1
+ hпл*m2 + bгр
Из которой следует:
Впл=13,03*3 +13,03*2+8,4 =73,55 м
.2 Откосы и бермы
Для крепления верхнего откоса принимаем
монолитные железобетонные плиты размером 8* 8 м и толщиной 0,1 м. Масса одной
плиты 4т. Швы между большими плитами уплотняют асфальтобетоном или фасонной
резиной, что сообщает креплению известную гибкость, необходимую для сохранения
его работоспособности при возможных деформациях откосов в результате осадки
сооружений.
Толщину плит определяем по формуле:
где: ηпл
- коэффициент, принимаемый для монолитных плит, ηпл
=1;
Уb
и Уω-соответтвенно
плотность воды и бетона(Уb
=1,Уω=2,5),
т/м3;
m- коэффициент
заложения верхового откоса;
νпл - объемная масса
плиты, m/м3;
bsl - размер
плиты или карты, м;
h% - высота волны 1%
- ной вероятности, равна 1,4м;
λ - средняя длина
волны , равняя 10.56м.
из чего следует:
Результаты расчета подтверждает
возможность крепления верхового откоса плитами толщиной 0,1м. Под плитами
располагает однослойную фильтровую подготовку толщиной 0,2м.
Железобетонное крепление
предусматриваем, начиная от гребня плотины и до отметки ниже УМО не менее чем
на 2,8м. Ниже этой отметки принимаем крепление из гравелисто-галечниковых
грунтов.
Низовой откос покрываем слоем
растительного грунта толщиной 0,2м с посевом трав.
Для покрытия используем грунт,
снятый в основании плотины.
Бермы следует предусматривать на
верховом откосе у нижней границы его крепления для создания необходимого упора,
на низовом откосе - для служебных проездов, сбора и отвода атмосферных вод,
размещения контрольно-измерительной аппаратур.
.3 Дренажные устройства
Грунтовые плотины высотой 6...8м,
как правило, оборудуются дренажами. Они служат для понижения кривой депрессии,
предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос приема и отвода
профильтровавшейся воды через тело плотины в нижний бьеф.
Дренажные устройства в теле и
основании плотины выполняют с целью: а) приема и организованного отвода в
нижний бьеф фильтрационной воды, чтобы исключить фильтрационные деформации
грунтов тела и основания плотины, б) уменьшения зоны действия фильтрационного
потока , что позволяет повысить устойчивость низового откоса; в) недопущения
выхода фильтрационного потока на низовой откос - заглубления депрессивной
кривой ниже зоны промерзания; г) ускорения консолидации глинистых и илистых
грунтов и уменьшения порового давления в отдельных зонах плотины или основания.
Дренажной призмой называют банкет из
крупнообломочного материала с обратным фильтром. Банкет обычно выполняют
отсыпкой камня в воду при перекрытии русла. По внутреннему откосу образованного
таким образом банкета укладывают обратный фильтр. При наличии в основании
мелкозернистого грунта и значительных выходных скоростях фильтрационного потока
под банкетом также предусматривают устройство обратного фильтра.
В данном проекте, в качестве
дренажного устройства принимаем дренажный банкет из крупнообломочного материала
с обратным фильтром.
.4 Фильтрационные расчеты
Под действием напора, создаваемого
плотиной, происходит фильтрация воды через тело плотины и ее основание из
верхнего бьефа в нижний.
Свободная поверхность грунтового
потока называется депрессионной поверхностью, а линия пересечения этой
поверхности с вертикальной плоскостью - депрессионной кривой.
В нашем проекте используется -
однородная плотина с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании. (см.
прил.3), имеющей следующие параметры:
Нпл = 13,03 м- высота плотины;
bгр=8,4-
ширина гребня плотины;
m1 = 3; m2 = 2-
откосы плотины;
hд =4м -
высота дренажного банкета;
bд =2м -
ширина гребня дренажного банкета, равна 2м,
Н1 = 10,5м - глубина воды в верхнем
бьефе,
Н2 = 2,0м - глубина воды в нижнем
бьефе.
d=2,53м-
превышение гребня плотины над уровнем воды в верх. бьефе
Уравнения для определения
фильтрационного расхода в этом случае имеет вид:
т= Кт * Н12 - Н22/2 ( Lp + lдр)
где: H1 и Н2 -
глубина воды в верхнем и нижнем бьефе;
lдр -
величина захода депрессионной кривой в дренаж, ею можно пренебречь и принять
равной 0.
Lp - ширина
эквивалентного профиля плотины по основанию;
=ΔL+L
ΔL = β Н1
где β -
коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса, определяемый по формуле
Г.К.Михайлова:
β = m1 / (2 m1 + 1).
при m1 ≥ 2,
значение β ≈ 0,4
L = m1d+вгр+m2(H1+d-hg)-m3hg
Где:d-превышение
гребня плотины над уровнем воды в верх. бьефе, м
Вгр -ширина гребня, м;
hg - высота
дренажного банкета;
m3 - заложение
откосов дренажного банкета.
.Определяем ширину эквивалентного профиля
плотины по основанию:
= β
Н1 + m1d+bгр+m2(H1+d-hg)-m3hд.
β=3/(2*3+1)=0,4;
ΔL
=β Н1=0,4 *10,5=4,2;
Следовательно:
Lp
=4,2+7,59+8,4+18,06-4=34,25 м.
. Вычисляем удельный фильтрационный расход через
тело плотины:
Кт - коэффициент фильтрации для суглинка равна
0,08 м/сутки,
Величиной захода депрессионной кривой в дренаж -
пренебрегаем: lдр=0.
qт = 0,08(10.52 -
22) / 2 * 34.25 =0,124 м3/сутки.
. Ордината кривой депрессии в начале дренажа:
2 = qт
/ Кт = 0,124/0,08=1,55≈2м
. Кривую депрессии строят по уравнению
.
Задавая х от х = ΔL до х = Lp,затем
исправляя визуально.
Координаты кривой депрессии в начале
дренажа, определяемого по зависимости равна:
|
Х,м
|
4
|
8
|
12
|
16
|
20
|
24
|
28
|
32
|
|
У,м
|
9,8
|
9,2
|
8,5
|
7,8
|
6,9
|
5,6
|
4,1
|
2,2
|
. По полученным результатам на поперечном
профиле плотины наносим депрессионную кривую.
.5 Расчет устойчивости откосов грунтовой плотины
Устойчивость откосов из однородных грунтов с
постоянной объемной массой и постоянными физико-механическими характеристиками
грунта определяют по графику ВНИИ ВОДГЕО.(см. прилож. рис.5).
Этот график построен для предельного состояния
устойчивости и дает связь между углом наклона откоса к горизонту q
и характеристиками грунта j,c. Для ряда значений углов
внутреннего трения j на поле графика даны кривые.
При помощи графика можно определить, будет ли
устойчив заданный откос при известных характеристиках грунта, или при заданных
характеристик грунта найти устойчивый угол откоса.
При использовании графика ВНИИ ВОДГЕО вначале
вычисляют вспомогательное число M .
= С/ηv1h
Где: С - удельное сцепление грунта т/м2, С=3
т/м2;
η -
коэффициент запаса устойчивости, принимаем η
=1, 1;-удельная плотность грунта, принимаем v1=1,8 т/м3;- высота откоса
плотины, из расчета h=13,03.
Откуда определяем значение
M:=3,0/1,1*1,8*13,03=0,12
По графику ВНИИ ВОДГЕО (рис.15 [1]) определяем
угол безлопастного откоса q =490.
Коэффициент безопасного откоса m=tg490=1.1504,
данная величина больше η=1,1.
Таким образом, верховой и низовой откосы с
коэффициентами заложения m=3 и m=2, будут устойчивыми.
Также по таб.10[1] определяем угол внутреннего
трения грунта j, который для данного вида грунта (суглинки)
будет равен, при естественной влажности j=35, а при
насыщении грунта водой j=27.
3. Расчет и проектирование водосбросного
сооружения
В качестве водосброса принимаем водосбросный
канал без крепления поверхности откосов. (см.прил.4)
По данным нашего проекта Q
=8 м3/с, υдоп = 0,9м/с для
суглинков средней плотности по таб.13, глубина воды равна призме регулирования:
h = hрег
= 1,5м.[1]
ω = Qрасч
/ υдоп
, м2
где: Qрасч-
расчетный сбросной расход, м3/с
υдоп- допускаемая скорость
воды в канале, м/с, в нашем случае:
υдоп =0,9м/с;
Из чего следует:
ω =
8,0/0,9=8,89м2
) Рассчитаем среднюю ширину канала по формуле:
ср = ω
/ h, м
где: h-принятая
глубина воды в канале, м.
Получится:
bср = 8,89 /1,5=5.9м
) Ширина канала по дну рассчитываем по формуле:
= bср
- m*h,
м
где: m-коэффициент
заложения откоса.
Принимаем m
= 2,следовательно:
b = 5,9-2*1.5=2,9м≈3м
) Определяем смоченный периметр по формуле:
Р = в + 2h√1+m2,
м
Получаем: Р =3+2*1,5√1+22=13,42м
) Гидравлический радиус определяем по формуле:
= ω
/p, м
Откуда:
R = 8,89/13,42=0,66м
) Для определения коэффициента Шези- С при R=0,66
и коэффициенте шероховатости n=0.025,используем
формулу:
=1/n*R1/6
Из чего коэффициент скорости
С=1/0,025*0,661/6=37,2.
Определяем уклон канала:
i = υ2доп/С2R,
м
из чего следует:
i = 0.92/37,22*0,66
=0,81/913,33=0,00088.
) Принимаем уклон i
= 0,0008 и находим фактическую скорость:
υфакт=С√Ri,
м/с
следовательно: υфакт=37,2√0,66*0,0008=0,85м/с.
По данным расчетам можно сделать вывод, что
данный водосбросный канал размываться не будет, т.к. υфакт<υдоп.
4. Расчет и проектирование водовыпускного
сооружения
В качестве водоспуска примем стальной трубчатый
водовыпуск, с плоским затвором и подтопленном выходном отверстии.
Имеем следующие исходные данные:
- Расчетный расходы воды Q=1,5м3/с
- Выходные отверстия уровней верхнего и
нижнего бьефа Z=10,0м
Длина водоспуска l=74
м, берется с учетом ширины плотины по основанию.
Коэффициент сопротивления при входе εвх=0,2
Диаметр трубы d=
0,4м, диаметр входного отверстия d1=0,6м.
)Определяем коэффициент сопротивления решетки по
формуле:
εреш=1,5(d/
d1)4
Получим
εреш=1,5(0,4/0,6)4=0,3.
) Сумму коэффициентов всех местных сопротивлений
находим из формулы:
Σε=εвх+εреш+εзат+εвых.
где: εзат
- коэффициент сопротивления затвора, (при плоском затворе,εзат=0,2);
εвых-коэффициент
сопротивления при выходе,(при подтопленном выходном отверстии εвых
=1).
Следовательно, получим:
Σε =
0,2+0,3+0,2+1=1,7
) Рассчитаем гидравлический радиус:
R= ω
/P, м
где: ω
- площадь поперечного сечения трубы:
ω = π*
d 2/4.
Откуда:
ω =3, 14*0,
42/4=0,126м2
Р - смоченный периметр:
Р = π*D
Следовательно:
Р= 3,14*0,4=1,26м
Из расчетов можно вычислить:
R=0,126/1,26=0,1м
) Определяем коэффициент расхода по формуле:
µ=√1/1+ εвх+λl/4R.
Где:λ
- гидравлический коэффициент трения,(принимаемый по прил.табл.6, равный 0,025).
l - длина отводящей
трубы, м
Следовательно:
µ = √1/1+0,02*2,15/4*0,1=√0,9412=0,9
ω =Q/µ*√2gz.
Откуда:
ω =1,5/0,9*√2*9,81*10=1,5/13,587=0,11м2
Принимаем водоспуск из 2 труб, тогда площадь
сечения одной трубы:
ω
/2=0,11/2=0,055 м2
а диаметр одной трубы будет равен:
d=√4*0,055/3,14=0,26м=0,3м
Заключение
В результате выполненных расчетных и графических
заданий по проектированию комплексного гидроузла, в который входит однородная
грунтовая плотина с дренажным банкетом и водосбросный канал без крепления
поверхности откосов, получились следующие характеристики.
Высота плотины- Нпл = 13,03 м, bгр=8,4-
ширина гребня плотины и ширина основания плотины Впл=73,55.
Глубина воды в верхнем бьефе Н1 = 10,5м, а
глубина воды в нижнем бьефе, Н2 = 2,0м.
Так же было рассчитано превышение гребня плотины
над уровнем воды в верхнем бьефе hs
=2,53м ,что исключает возможность размыва гребня плотины.
При расчете откосов плотины, было выявлено, что
откосы с коэффициентами заложения (m1
= 3; m2 = 2) будут
устойчивыми, так как коэффициент безопасного откоса m=1.1504, и данная величина
больше η=1,1.
С учетом климатических условий и так как в
районе строительства в достаточном количестве имеются камни и каменные
материалы, был выбран дренаж, выполненный в виде банкета из каменной наброски.
Превышение гребня дренажного банкета над
максимальным уровнем воды в нижнем бьефе, hд=2
м. Ширину гребня дренажного банкета выбрали, исходя из условий работ, bд
=2м. Коэффициент заложения внутреннего откоса, m3
= 1, наружного m4 = 1,5.
Поэтому можно сделать вывод, что данная
водосливная плотина удовлетворяет всем поставленным условиям.
Также были проведены расчеты по водосбросному
каналу, отводящий канал шириной по дну 3м и средней шириной канала bср
=5,9, обеспечивает сопряжение сбрасываемого потока с руслом реки. Максимальная
пропускная способность берегового водосброса составляет 0,85м/с.
К тому же при данных характеристиках
водосбросный канал не будет размываться, так как значение фактической скорости
(расчетной) меньше допустимой скорости определенной по значению расхода канала,
υфакт<υдоп.
В качестве водоспуска был принят стальной
трубчатый водовыпуск из 2 труб, с плоским затвором и подтопленном выходном
отверстии. Данный водовыпуск был выбран исходя из того, что он удобен при
пропусках не больших расходов.
Для устранения влияния осадки грунтовой плотины
на трубы и улучшения условий эксплуатации и надзора, трубы водовыпуска были
расположены в железобетонной штольне.
В ходе выполнения данного курсового проекта,
нами были получены практические навыки и закреплены знания по данной
дисциплине.
Список используемой литературы
1. Проектирование
комплексного гидроузла с грунтовой плотиной. Л.А. Цыцыктуева, Р.З.Дашиев.:
Улан-удэ 2012.[1]
2. Справочник
по гидравлическим расчетам. П.Г. Киселев, М. - Л.: Госэнергоиздат.: 1961 г.[2]
. Волков
И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К. Гидротехнические сооружения. - М.: Колос,
1968. - 465 с.[3]
. Гришин
М.М. Гидротехнические сооружения. - М.: Энергия, 1968.-343 с
. СНиП
33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения : строит. нормы и
правила : приняты и введ. в д. 30.06.03 : взамен
. СНиП
2.06.01-86 : дата введ. 01.01.04 / Госстрой России. - М. : ФГУП ЦПП, 2006. -
III, 25 с. [6]
. СНиП
2.06.05-84*. Плотины из грунтовых материалов : строит. нормы и правила : изм.,
утв. 17.09.90 : утв. Госстроем СССР 28.09.84 : взамен.[7]
. СНиП
II-И.4-73 (II-53-73) : срок введ. в д. 01.07.85. - М. : Технорматив, 2008. 68
с. : ил.[8]
Приложение 1
Схема русла реки Онон
Приложение 2
Место расположения комплексного гидроузла
Приложение 3
Однородная плотина с дренажным банкетом
Приложение 4
Сечение трапецеидального канала