Для выявления всех сил, действующих
на откос плотины, массив делим на вертикальные
полосы, ширина которых определяется по
формуле (2.16):
в=0,1R, м,
(2.16)
где R – радиус кривой скольжения.
Принимается R=20 м.
в=0,1*20=2 м,
Разбивку полос начинаем с нулевой,
которая располагается по обе стороны
от вертикали, опущенной из т.О до пересечения
с кривой скольжения. Расчет действующих
сил представлен в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Расчет действующих
сил
№ |
sin |
cos |
Hес |
Hнас |
Hпр |
sin*hпр |
cos*hпр |
tg |
cos*hпр*tg |
C |
|
C |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
9 |
0,9 |
0,44 |
2,2 |
0 |
2,2 |
1,98 |
0,97 |
0,3 |
0,29 |
3,1 |
8,02 |
24,8 |
8 |
0,8 |
0,6 |
4,6 |
0 |
4,6 |
3,68 |
2,76 |
0,3 |
0,83 |
2,1 |
26,5 |
55,6 |
7 |
0,7 |
0,71 |
5 |
1,2 |
5,7 |
3,99 |
4,05 |
0,26 |
1,05 |
7 |
0,7 |
0,71 |
6 |
0,6 |
0,8 |
4,4 |
2,4 |
5,81 |
3,49 |
4,65 |
0,26 |
1,21 |
6 |
0,6 |
0,8 |
5 |
0,5 |
0,87 |
4 |
3 |
5,76 |
2,88 |
5,01 |
0,26 |
1,3 |
|
|
|
4 |
0,4 |
0,92 |
3,6 |
3,8 |
5,83 |
2,33 |
5,36 |
0,26 |
1,39 |
|
|
|
3 |
0,3 |
0,95 |
3,4 |
3,6 |
5,51 |
1,65 |
5,23 |
0,26 |
1,36 |
|
|
|
2 |
0,2 |
0,98 |
3 |
3,4 |
5 |
1 |
4,9 |
0,26 |
1,27 |
|
|
|
1 |
0,1 |
0,99 |
2 |
3,8 |
4,23 |
0,42 |
4,19 |
0,26 |
1,09 |
|
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
4 |
3,35 |
0 |
3,35 |
0,26 |
0,87 |
|
|
|
-1 |
-0,1 |
0,99 |
0 |
3,8 |
2,23 |
-0,22 |
2,21 |
0,26 |
0,57 |
|
|
|
-2 |
-0,2 |
0,98 |
0 |
2,6 |
1,35 |
-0,27 |
1,32 |
0,26 |
0,34 |
|
|
|
-3 |
-0,3 |
0,95 |
0 |
1,2 |
0,7 |
-0,21 |
0,67 |
0,26 |
0,17 |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
33,2 |
32,8 |
52,27 |
20,72 |
44,67 |
|
11,74 |
|
|
80,5 |
hпр=hес+*hнас,
(2.17)
где jнас – объемная
масса насыщенного водного грунта. Определяется
по формуле (2.18):
jнас=(1-n)*(jгр-j),
(2.18)
где n – коэффициент пористости
грунта, равный n=0,74;
jгр – удельный
вес грунта, равный jгр=2,92 т/м3;
j=1;
hес – объемная
масса грунта при естественной влажности.
Определяется по формуле (2.19):
jест=(1-n)*jгр*n,
(2.19)
Для сухого грунта имеем tgφ=0,3; 1=21; С=3,1;
Для мокрого грунта имеем
tgφ=0,25; 2=78; С=2,1.
Длина дуги кривой скольжения
определяется по формуле (2.20):
L=,м,
(2.20)
где R – радиус кривой скольжения,
м.
L1==8,02 м.
L2==26,52 м.
Определяем градиент фильтрационного
потока по формуле (2.21):
=,
(2.21)
==0,29.
Плечо силы фильтрационного
потока 18,2.
Площадь фильтрационного потока
в зоне скольжения массива определяется
по формуле (2.22):
=*hнас*в, м2,
(2.22)
где –
сумма высот насыщенного грунта, м;
b – ширина
полосы, м.
=32,8*2=65,6 м2.
Коэффициент запаса на устойчивость
определяется по формуле (2.23):
Кз=,
(2.23)
где b – ширина полосы, м;
– объемная масса
грунта при естественной влажности, т/м3;
hпр - приведенная
высота, м;
С – сцепление грунта,
т/м2;
l – длина дуги кривой скольжения,
м;
- площадь фильтрационного
потока в зоне скольжения массива, м2;
J - градиент фильтрационного
потока;
r – плечо силы фильтрационного
потока, м;
R – радиус кривой
скольжения, м.
Кз==1,31.
Так как значение коэффициента
запаса больше нормативного Кз=1,311,05, следовательно,
устойчивость низового откоса обеспечена.
2.5
Крепление верхового откоса плотины
Для защиты верхового откоса
грунтовой плотины от разрушающего воздействия
волн применяют различные виды крепления.
В нашем курсовом проекте производим крепление
грунтовой плотины железобетонными плитами,
которые укладываются на обратный фильтр.
Предназначены для предотвращения фильтрационных
деформаций грунта тела плотины.
Схема крепления верхового
откоса представлена на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 – Крепление верхового
откоса: 1 – упор, предназначенный для
предотвращения сползания плит; 2 – железобетонные
плиты; 3 – обратный фильтр
Толщину железобетонной плиты
определяем по формуле (2.24).
, м,
(2.24)
где γ – удельный вес воды, т/м3;
– удельный вес
бетона, т/м3;
hв – высота
волны при отметке НПУ, м;
λ – длина
волны при отметке НПУ, м;
b – размер плиты
в направлении падения откоса, м.
= 0,06 м.
С учетом обеспечения достаточной
толщины защитного слоя принимаем толщину
плиты 8 см.
3
ВОДОСБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Для пропуска излишних паводковых
вод устраивают водосбросные сооружения,
которые подразделяются на открытые и
закрытые.
В качестве открытого водосброса
рассмотрим открытый береговой водосброс
автоматического действия. В его состав
входят:
- подводящий канал с расположением
дна на отметке НПУ;
- сопрягающие сооружения, выполняемые
по типу быстротока;
- отводящий канал.
В качестве закрытого водосбросного
сооружения рассмотрим трубчато-ковшовый
водосброс. В его состав входят:
- водоприемный оголовок (ковш);
- водопроводящие трубы;
- отводящий канал.
3.1
Конструирование и гидравлический
расчет открытого водосброса
3.1.1
Конструирование поперечного профиля
подводящего канала
Подводящий канал выполняется
без крепления откосов. Профиль канала
имеет трапецеидальную форму.
Заложение откосов канала зависит
от вида грунта, слагающего ложе канала.
Согласно [1], для глинистого грунта принимаем
коэффициент заложения откосов канала
m1=1.
Поскольку канал выполняется
без крепления откосов, средняя скорость
воды в канале не должна быть более не
размывающей скорости. Согласно [1], для
глинистого грунта Vнер=1,5 м/с.
Схема поперечного профиля
подводящего канала представлена на рисунке
3.1.
Рисунок 3.1 – Схема поперечного
профиля подводящего канала
Глубина канала определяется
по формуле (3.1):
h=
(3.1)
где ∇ФПУ – отметка форсированного
подпорного уровня, м;
∇НПУ – отметка нормального
подпорного уровня, м.
h=110,5-109,5=1 м.
Ширина канала по дну определяется
по формуле (3.2):
b, м,
(3.2)
где – площадь живого сечения
канала, м2;
m1 – коэффициент
заложения откоса канала;
h – глубина канала,
м.
b=12,7 м.
Площадь живого сечения определяется
по формуле (3.3):
, м2,
(3.3)
где Q – максимальный расход
пятипроцентной обеспеченности, м3/с;
Vнер – не размывающая
скорость, м/с.
=13,7 м2.
Принимаем ширину канала по
дну b=12,7 м.
3.1.2
Гидравлический расчет быстротока
В качестве сопрягающего сооружения
проектируем быстроток. Быстроток
– это канал с уклоном больше критического.
Быстроток состоит из трех основных
частей:
1) вход в быстроток, который
служит для сопряжения подводящего канала
с лотком водоската;
2) лоток водоската, который
проектируется прямоугольным;
3) выход из быстротока,
предназначенный для гашения
избыточной энергии.
Расчетная схема быстротока приведена
на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Расчетная схема
быстротока: 1 – вход в быстроток; 2 –лоток;
3 – выход из быстротока; h0 – нормальная
глубина при которой жидкость движется
с равномерной скоростью; h2 – глубина
воды в конце лотка водоската
Глубина воды на входе в быстроток
определяется по формуле (3.4):
Н=
(3.4)
где ∇ФПУ – отметка форсированного
подпорного уровня, м;
∇НПУ – отметка нормального
подпорного уровня, м.
Н=110,5-109,5=1 м.
Определяем уклон быстротока
по формуле (3.5):
,
(3.5)
где ∆h – разность отметок НПУ
и дна, м;
l – длина лотка водоската, определяемая
по генплану, м.
=0,116.
Разность отметок НПУ и дна
определяется по формуле (3.6):
∆h =
(3.6)
где ∇НПУ – отметка нормального
подпорного уровня, м;
∇дно – отметка дна, м.
∆h =109,5-100=9,5 м.
Полученное значение уклона
удовлетворяет условию 0,1.
Входная часть в быстроток с
гидравлической точки зрения представляет
собой водослив с широким порогом.
Ширину входа в быстроток определяем
по формуле (3.7):
, м,
(3.7)
где Q – расчетный сбросной
расход пятипроцентной обеспеченности,
м3/с;
m – коэффициент
расхода водослива с широким порогом,
m=0,33;
Н0 – полный
напор с учетом скорости подхода, м. Определяется
по формуле (3.8):
, м,
(3.8)
где Н – глубина воды на входе
в быстроток, м;
– коэффициент неравномерности
распределения скоростей, ;
V – скорость в подводящем канале,
равная не размывающей 1,5 м/с.
= 1,13 м.
= 11,7 м.
Принимаем ширину входа в быстроток
равной ширине канала по дну. В=в=12,7 м.
Ширину лотка водоската также
принимаем 12,7 м.
Для определения глубины воды
в конце лотка водоската h2 необходимо
предварительно определить нормальную
глубину h0.
Для определения h0 используем
формулу Шези (3.9):
, м3/с,
(3.9)
где – площадь живого сечения,
м2;
С – коэффициент
Шези;
R – гидравлический
радиус, м;
Площадь живого сечения определяется
по формуле (3.10):
, м2,
(3.10)
где b – ширина по дну, м;
h – глубина,
м.
Смоченный периметр определяется
по формуле (3.11):
, м,
(3.11)
где В – ширина входа в быстроток,
м;
h – глубина,
м.
Гидравлический радиус определяется
по формуле (3.12):
, м,
(3.12)
где – площадь живого сечения,
м2;
– смоченный
периметр, м.
Коэффициент Шези определяется
по формуле (3.13):
С=,
(3.13)
где n – коэффициент шероховатости,
для бетонной поверхности составляет
0,012;
R – гидравлический
радиус, м.
Расходная характеристика определяется
по формуле (3.14):
К=, м3/с,
(3.14)
где – площадь живого сечения,
м2;
С – коэффициент
Шези;
R – гидравлический
радиус, м.
Действующая расходная характеристика
определяется по формуле (3.15):
К0=, м3/с,
(3.15)
где Q – расход воды, м3/с;
i – гидравлический
уклон.
К0==60,19 м3/с.
Нормальную глубину определяем
методом подбора добиваясь равенства
К=К0. Расчет сводим
в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 –Определение нормальной
глубины
h,м |
, м2 |
*, м |
R,м |
|
|
С, м0,5/с |
К, м3/с |
0,2 |
2,54 |
13,1 |
0,19 |
0,44 |
0,34 |
63,18 |
70,615 |
0,15 |
1,905 |
16,5 |
0,115 |
0,34 |
0,34 |
58,11 |
37,638 |
0,185 |
2,35 |
13,07 |
0,18 |
0,42 |
0,34 |
62,2 |
61,8 |
0,18 |
2,286 |
13,06 |
0,175 |
0,42 |
0,34 |
62,32 |
59,84 |
0,1801 |
2,29 |
13,06 |
0,175 |
0,42 |
0,34 |
62,32 |
59,94 |
0,1808 |
2,296 |
13,062 |
0,176 |
0,42 |
0,34 |
62,38 |
60,15 |