СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Ценнейшим природным ресурсом
являются водные ресурсы. Они составляют
основу социального и экономического
развития любой страны, региона, города,
поселка. Без водных ресурсов не может
существовать и развиваться ни одно предприятие,
ни один населенный пункт.
Для благополучия населения
требуется бесперебойное снабжение водой
в любое время года. Строительство водохранилища
позволяет регулировать сток. Без водохранилищ
невозможно было бы обеспечить гарантированное
водоснабжение, они помогают удовлетворять
потребности человека в воде.
Поэтому целью данной курсовой
работы является проектирование гидроузла
в составе грунтовой плотины, водосбросного
сооружения и водовыпуска.
Для достижения поставленной
цели необходимо решить следующие задачи:
- выбрать створ плотины;
- выбрать тип водосброса, водовыпуска,
водозабора;
- запроектировать поперечный
профиль плотины;
- разработать схему пропуска
строительных расходов;
- разработать мероприятия по
охране природы.
1
КОМПАНОВКА ГИДРОУЗЛА
Компоновка гидроузла включает
выбор створа грунтовой плотины, трассы
водосбросного сооружения и других сооружений,
входящих в состав гидроузла.
На топографическом плане (студенту
выдается планшет к заданию) в районе строительства
гидроузла намечается несколько створов.
По каждому створу производится эскизная
компоновка гидроузла в целом и его отдельных
элементов.
Компоновка гидроузла должна
всесторонне учитывать природные и производственно-строительные
условия района. Особое внимание необходимо
уделить геологическому строению, подтоплению
и заболачиванию территории, условиям
судоходства, рыбоводства. Необходимо
предусмотреть сохранение природных условий.
После технико-экономического сопоставления
вариантов утверждается проектный створ.
При компоновке в принятом створе сооружений
необходимо учитывать:
а) топографические условия;
б) геологическое строение основания
и берегов - в качестве основания желательно
иметь скалу: особенно желательно на скальном
основании располагать бетонные сооружения,
входящие в гидроузел;
в) гидравлические условия -
в верхнем бьефе желательно иметь плавный
подход воды (в плане) к водосбросным сооружениям,
чтобы не возникали большие боковые сжатия
потока, поступающего в отверстие, и большие
водоворотные области; в нижнем бьефе
должны обеспечиваться аналогичные условия
- плавный отвод воды от водопропускных
сооружений.
г) условия производства работ
- от принятого метода пропуска строительного
расхода через створ гидроузла существенно
может зависеть расположение сооружений
в створе;
д) удобство эксплуатации
гидроузла.
Обращаясь непосредственно
к компоновке сооружений, необходимо
приблизительно установить их
габаритные размеры, чтобы потом
на основе этих размеров можно
было бы составить несколько
вариантов компоновки.
При выполнении курсового проекта
вопрос компоновки решается параллельно
с выбором створа и типов отдельных сооружений.
При этом можно придерживаться следующих
правил:
1. Створ гидроузла назначать
в наиболее узкой части долины перпендикулярно
к горизонталям поймы, чтобы получить
минимальный объем работ.
2. Водосбросное сооружение
располагать на более прочном берегу.
3. Водовыпуск, судоходный
шлюз, рыбопропускные сооружения располагать
на противоположном берегу, чтобы избежать
неудобств при эксплуатации.
4. Компоновку необходимо
увязать со схемой пропуска строительных
расходов.
5. Добиваться наиболее
простой и удобной для воспроизведения
и эксплуатации схемы размещения
сооружений при минимальных объемах
работ.
Составленную схему сооружений
гидроузла необходимо согласовать с преподавателем.
После ее утверждения можно приступать
к конструированию и расчету отдельных
сооружений.
2
ПЛОТИНА
2.1 Конструирование
поперечного профиля плотины
Согласно данных геологических
изысканий плотина возводится из глинистого
грунта (глины пылеватые), характеристика
которых представлена в задании.
Конструирование поперечного
профиля плотины заключается в назначении
ширины плотины по гребню и коэффициентом
заложения откосов. Согласно [1] назначаем
ширину плотины по гребню 6 м.
Проектируем плотину с дренажем при наличии
воды в нижнем бьефе. Глубину воды в НБ
определяем по графику связи Q=f(H). График
представлен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – График связи Q=f(H)
По графику связи при расходе
Qmax=19,5 м3/с определяем
глубину воды в НБ. Получаем h0=2 м.
Определяем предварительную
высоту плотины по формуле (2.1):
Нпл=ФПУ-ДНО+1,
м,
(2.1)
Нпл=110,5-100+1=11,5
м.
На основании полученных данных
по таблице 4 [1] принимаем заложение верхового
откоса m1=2,5 м, а низового
откоса m2=2 м.
На основании полученных данных строим
поперечный профиль грунтовой плотины,
который представлен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Поперечный профиль
грунтовой плотины
2.2
Определение отметки гребня плотины
Возвышение гребня плотины
над расчетным уровнем воды ВБ определяется
по формуле (2.2):
d0=Δh+hн+а,
(2.2)
где hн – высота
наката ветровой волны, м;
Δh – высота
ветрового нагона, м;
а – запас
по высоте плотины, м. Согласно
[1] принимаем а=0,5 м.
Схема к определению отметки гребня плотины
представлена на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 - Схема к определению
отметки гребня плотины
Высота наката волны на откос
определяется по формуле (2.3):
hн=*hв*,
(2.3)
где Км – коэффициент,
зависящий от типа крепления откоса. Т.к.
предусматривается крепление железобетонными
плитами, то согласно [1] Км=1;
m1 – коэффициент
заложения верхового откоса;
hв – высота
волны, м;
λ – длина
волны, м.
Высота ветрового нагона определяется
по формуле (2.4):
Δh=К*, м,
(2.4)
где К – коэффициент, согласно
[1] К=6*10-3;
10 – расчетная
скорость ветра, измеренная на высоте
10 м над уровнем воды. Для перевода скорости
ветра, измеренную на высоте 2 м над уровнем
воды, которая представлена в задании,
следует умножить на 1,25.
10=1,25*,
(2.5)
где L – длина разгона ветровой
волны, км. Т.к. нет сведений по длине разгона,
принимаем L, равную длине водохранилища
при соответствующем уровне;
Н – глубина
водоема, м. Определяется по формуле (2.6):
Н=, м,
(2.6)
где РУ – расчетный уровень;
- угол между
осью водохранилища и направлением ветра.
Принимаем наиболее опасный случай когда
=0, т.е. cos=1.
Высота волны определяется
по формуле (2.7):
hв=0,0208**L1/3, м,
(2.7)
Длина волны определяется по
формуле (2.8):
λ=0,304**L1/2, м,
(2.8)
где - скорость ветра, м/с;
L – длина разгона
волны, км.
Расчет проводится для двух
расчетных уровней ФПУ и НПУ. Принимается
результат с наибольшей отметкой гребня
плотины. Все расчеты представлены в таблице
2.1.
Таблица 2.1 – Определение отметки
гребня плотины
Параметры |
ФПУ |
НПУ |
Ед.изм. |
1.Высота волны, hв |
0,45 |
0,59 |
м |
2.Длина волны, λ |
5,63 |
6,7 |
м |
3.Глубина водоема, Н |
5,25 |
4,75 |
м |
4.Расчетная скорость ветра, 10 |
8,75 |
11,25 |
м/с |
5.Высота ветрового нагона,
Δh |
0,0208 |
0,0326 |
м |
6.Высота наката волны
на откос, hн |
0,84 |
1,061 |
м |
7.Возвышение гребня плотины
над расчетным уровнем, d0 |
1,36 |
1,59 |
м |
8.Отметка гребня плотины,
|
111,86 |
111,09 |
м |
Окончательно принимаем наибольшее
значение отметки гребня плотины. Принимаем
отметку гребня плотины 112 м.
2.3
Фильтрационный расчет плотины
Фильтрационный расчет плотины
заключается в построении кривой депрессии
и в определении фильтрационного расхода
через плотину.
В нашем случае производим фильтрационный
расчет однородной грунтовой плотины
с дренажем при наличии воды в НБ. Расчетная
схема для построения кривой депрессии
представлена на рисунке 2.4.
Исходные данные для расчетной
схемы представлены в таблице 2.2
Таблица 2.2 – Исходные данные
для расчетной схемы
Показатель |
Величина |
Коэффициент фильтрации грунта
тела плотины |
Кт=1*10-5 м/сут |
Высота плотины |
Нпл=12 м |
Ширина гребня дренажной призмы |
в=2 м |
Высота гребня дренажной призмы |
hд=4 м |
Ширина гребня грунтовой плотины |
В=6 м |
Возвышение гребня плотины
над отметкой ФПУ |
d0=1,5 м |
Глубина воды в НБ |
h0=2 м |
Превышение гребня дренажной
призмы над уровнем воды НБ |
Q0=2 м |
Коэффициенты заложения откосов |
m1=2,5
m2=2
m3=1
m4=1,5 |
Определяем параметр S по формуле
(2.9):
S=B+(Hпл-hg)*m2-0*m3, м,
(2.9)
S=6+(12-4)*2-2*1=20 м.
Определяем h по формуле (2.10)
методом подбора:
h=, м,
(2.10)
где S – параметр, м;
m1 – коэффициент
заложения верхового откоса плотины;
Нпл – высота
плотины, м;
d0 – возвышение
гребня плотины над отметкой ФПУ, м;
h0 – глубина
воды в нижнем бьефе, м.
1) h=7:
h==7,28 м.
2) h=7,2:
h==7,23 м.
Принимаем h=7,2 и получаем под
корнем 7,2. Таким образом, h=7,2 м.
Определяется удельный фильтрационный
расход через плотину по формуле (2.11):
qt=, м3/сут,
(2.11)
где h0 - глубина
воды в нижнем бьефе, м;
S – параметр,
м;
Кt – коэффициент
фильтрации грунта тела плотины, м/сут.
qt==1,196* м3/сут.
Определяются ординаты кривой
депрессии по формуле (2.12):
y2=h2-,
(2.12)
где - удельный фильтрационный
расход через плотину, м3/сут;
Кt – коэффициент
фильтрации грунта тела плотины, м/сут.
Расчет ординат кривой депрессии
представлен в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Расчет ординат
кривой депрессии
Номер точки |
Х, м |
|
y2 |
У, м |
1 |
0 |
2,392 |
51,84 |
7,2 |
2 |
4 |
2,392 |
42,272 |
6,5 |
3 |
8 |
2,392 |
32,704 |
5,7 |
4 |
12 |
2,392 |
23,136 |
4,85 |
5 |
16 |
2,392 |
13,568 |
3,7 |
6 |
20 |
2,392 |
4 |
2 |
2.4 Расчет
устойчивости низового откоса
Расчет устойчивости низового
откоса производим по методу круглоцилиндрической
поверхности графоаналитическим способом.
На профиль наносим кривую депрессионной
поверхности фильтрационного потока в
теле плотины на рисунке 2.5.
Коэффициент запаса на устойчивость
определяется по формуле (2.13):
Кз=,
(2.13)
где - сумма моментов
удерживающих сил;
- сумма сдвигающих
сил.
Для определения удерживающих
сил на тело плотины проводим кривые скольжения.
Рекомендуется центр кривых скольжения
расположить в секторе ДЖЖ’Д’. Для построения
этого сектора из середины откоса т.Б проводим
вертикальную прямую и линию под углом
85◦ к откосу, затем вычисляем радиусы
БД и БЖ и проводим дуги ЖЖ’ и ДД’.
По рекомендациям:
БД=К1*Нпл,
(2.14)
БЖ= К2*Нпл,
(2.15)
где К1=0,9; К2=2.
БД=0,9*12=10,8.
БЖ=2*12=24.
В секторе БЖЖ’Б’ выбираем
центр скольжения, из которого вычерчиваем
кривую скольжения с таким расчетом, чтобы
она проходила между осью плотины и бровкой
низового откоса.