Гидроузел с грунтовой плотиной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра гидротехнических сооружений

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к курсовому проекту

на  тему:

 

 

 

“Гидроузел  с грунтовой плотиной”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Факультет: ГСС-IV

Группа: 1

Выполнил:Гамов И.А.

Руководитель  проекта:

Толстиков В.В.

 

 

 

 

 

 

 

Москва 

2013

Оглавление

 

Глава I. Проектирование грунтовой плотины    ?

1.1. Выбор  типа и профиля плотины      ?

1.2. Определение  отметки гребня грунтовой плотины  и расчет

крепления верхового  откоса       ?

1.3. Определение  физико-механических характеристик  грунтов тела

плотины          ?

1.4. Расчет  устойчивости откосов      ?

 

Глава II. Пропуск строительных расходов     ?

2.1. Описание схемы пропуска строительных расходов   ?

2.2. Гидравлический расчет пропуска строительного паводка  ?

2.3. Гидравлический расчет пропуска расхода перекрытия  ?

 

Глава III. Эксплуатационные водосбросы и водовыпуск  ?

3.1. Подводящий  канал        ?

3.2. Расчет  водоприемника       ?

3.3. Расчет сбросной части       ?

3.4. Расчет сопряжения бьефов       ?

3.5. Расчет водовыпуска        ?

 

Заключение          ?

 

Список использованной литературы      ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I. Проектирование грунтовой плотины.

 

1.1. Выбор типа и профиля плотины.

 

Выбор типа плотины из грунтовых  материалов является определяющим при  проектировании гидроузла и проводится на основе технико-экономического сопоставления  ряда вариантов. На выбор типа плотины  влияют различные факторы: климатические, топографические, гидрологические, геологические, а также назначение плотины и  район, где она будет располагаться.

Грунтовые плотины - наиболее распространенный тип плотин, что объясняется возможностью полной механизации технологического процесса по возведению плотины, от разработки грунта в карьере до укладки его  в тело плотины.

Для возведения тела плотины могут  использоваться любые материалы, находящиеся  в ближайшем карьере. К грунтовым  плотинам применяются меньшие требования по деформируемости основания, нежели к другим типам плотин.

Исходя из геологических условий  створа плотины, в основании которой  залегает известняк и наличия местного строительного материала, представленного в виде глины и горной массы принимаю тип плотины –каменно-земляная плотина с ядром из глины и призм горной массы

Возведение плотины будет происходить  методом укатки.

Заложение откосов плотины: верхового  – m = 2,0 низового – m = 2,1

 

1.2. Определение отметки гребня грунтовой  плотины и расчет крепления  верхового откоса.

 

При определении  отметки гребня плотины необходимо учесть, что под воздействием ветра  образуется нагон и поверхность воды перестает быть горизонтальной; также образуются волны высотой и длиной , т.е. надо учесть накат волны .

Таким образом отметка верха крепления:

 

 – отметка уровня верхнего  бьефа, принимаем равной отметке  нормального подпорного уровня

 – нагон

 – накат  волны

 – запас, принимаем  равным 0,5 м

 

1.2.1. Определение параметров расчетного  шторма.

 

Исходя из расчетной длины разгона волны  в направлении действующих ветров и расчетной скорости ветра над поверхностью водохранилища определим параметры расчетного шторма:

220.7

 

 – расчетная длина разгона  волны в направлении действующих  ветров

 – продолжительность шторма

 – расчетная скорость  ветра над поверхностью водохранилища

Определим средние  значения элементов ветровых волн:

При gt/V_w =            = 0.09, = 4.5;

при gL/V_w² =220.7  = 0.026, = 2.0.

Для определения средней  высоты волны`h<sub>d</sub>, м, и среднего периода волн`Т, с, принимаем наименьшие из полученных значений = 0.026, = 2. 0.

 

 

 

 

Так как  (где H =НПУ-дно=130-57=73)– глубина воды в водохранилище), то зона глубоководная.

Определим высоту волны 1%-ной обеспеченности :

 

 – коэффициент, определим по графику

Так как , то

 

 

4.2.1 Определение веса камня.

Вес камня, m, соответствующий состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять по формуле:

, где

ρ_m – плотность камня, равная ρ_m =2.71 т/м³;

k_fr – коэффициент, принимаемый по таблице 12 (СНиП 2.06.04–82 , стр. 8). При каменной наброске принимаем k_fr = 0.025;

ctgφ = 2.0.

;

 

4.2.2 Определение диаметра камня  и толщины крепления.

Диаметр камня вычисляется  по формуле:

, где

_{В карьере  имеется камень данного  диаметра.}

       Толщину  каменной наброски принимается при несортированном камне 3D_ш=3·0.7=2.1м.

диаметром

 

Вывод: Толщина наброски при сортированном камне диаметром 0.7м принимаем равной 2.1м

 

 

1.2.3. Определение высоты наката.

 

Высоту наката волны можно определить по формуле:

 

 – коэффициент учитывающий угол наклона откоса

 – пологость волны

 – заложение верхового  откоса

 

Для крепления  и при

– коэффициент, учитывающий  проницаемость крепления

 – коэффициент, учитывающий  шероховатость крепления

 – коэффициент, учитывающий  скорость ветра, при скорости  ветра  и заложении откоса принимаем

 – высота волны  1%-ой обеспеченности

 

 

1.2.4. Определение нагона волны.

 

 

 – расчетная скорость  ветра над поверхностью водохранилища

 – расчетная длина разгона  волны в направлении действующих  ветров

 – глубина воды в водохранилище

 

 

1.2.5. Определение отметку верха крепления.

 

 

Принимаем отметку  верха крепления 

 

1.3. Определение физико-механических  характеристик грунтов тела

плотины.

Проектирование профиля  плотины тесно связано с выбранными характеристиками грунтов. Основное внимание уделяют рациональному размещению того или иного грунта в конструкции  для наиболее эффективного использования  его свойства и получения возможности  регулировать свойства грунтов, предназначенных  к укладке в тело плотины. В  грунтовых плотинах свойства грунта можно регулировать, изменяя гранулометрический состав, влажность и метод укладки. Главной характеристикой грунта является его плотность сложения, а для связного грунта – ещё  и влажность.

Гранулометрический состав грунта в карьере:

Способ укладки  грунта: укатка

Коэффициент относительного уплотнения I_Д=0.8

1.3.1. Назначение удельного  веса горной массы

При назначении удельного веса сухого сыпучего крупнообломочного грунта необходимо руководствоваться коэффициентом  относительной плотности:

 

, – соответственно максимальное и минимальное значение коэффициента пористости, определяемые в лабораторных условиях

Определим максимальное и минимальное  значение коэффициента пористости грунта по методике Маслова:

Удельный вес сухого грунта, соответствующего предельно рыхлому сложению сыпучего материала, может быть найден из условия:

 

 – эмпирический коэффициент, принимаем равным

 – для песка

 – для горной массы

 – для гравийно-галечникого грунта

метрическом составе грунта

 – удельный вес частиц грунта

 – коэффициент, характеризующий гранулометрический состав грунта

 

 – соответственно максимальный и минимальный размер достоверно определенных фракций

 – процентное содержание достоверно определенных фракций i-го участка кривой гранулометрического состава

 – соответственно максимальный и минимальный размер фракций i-го участка кривой гранулометрического состава

.

Определим действительный коэффициент пористости грунта:

,

 – значение пористости  для грунта тела плотины.

 

Δp =	90		A =	18.6	γч =	26.6
Боковые призмы плотины (горная масса)
D1=		0.6
D2=		540		A =	B =
Δq		d1i	d2i	Δq/(d2i-d1i)	lg(d2i/d1i)	A*B
15		0.6	2.4	8.33333333	0.60206	5.017167
20		2.4	21	1.07526882	0.9420081	1.012912
20		21	70	0.40816327	0.5228787	0.21342
20		70	170	0.2	0.3853509	0.07707
15		170	540	0.04054054	0.5019448	0.020349
K=		12.86395	Iд =	0.8	Σ =	6.341
γсух, мин =		13.99	ε max =	0.902	ε =	0.461
γсух, макс =		19.7	ε min =	0.350	γсух =	18.21
n=		0.315	γнас =	21.37
Принимаем   γсух =			18.21	кН/м³

 

 

Пористость грунта:

 

Удельный вес водонасыщенного грунта (песок):

 

 

 

 

1.3.3. Определение коэффициента фильтрации

Определение коэффициента фильтрации сыпучего грунта производится по эмпирической формуле Павчича:

 

 – кинематическая вязкость воды при температуре

 – коэффициент, характеризующий форму частиц, принимаем равным

 – для круглых частиц

 – для угловатых частиц

1) Для 1-ой кривой  гранулометрического состава:

 – коэффициент неоднородности

 

 – размер частиц, меньше которых содержится в грунте 17%

Пористость грунта:

 

 

 

Для оценки прочности крупнообломочного  грунта часто используется не φ – угол внутреннего трения грунта и c – удельное сцепление, а угол сдвига – ψ₀.

• начальный угол внутреннего трения горной массы (нормальное напряжение равно нулю):

,

 

где θ – угол сдвига при I_D → 0, принимаемый равным для горной массы в пределах 40 ÷ 45°,

а – эмпирический параметр, принимаемый равным для горной массы в пределах 8 ÷ 12°,

k – эмпирический параметр, принимаемый равным для горной массы в пределах 0,4 ÷ 0,7.

 

    Для горной массы напряжением, при котором угол внутреннего трения не                   

изменяется, можно считать 1,5 МПа, а сам угол около 34°. Таким образом можно приближённо нарисовать график зависимости угла внутреннего трения от нормального напряжения:

 

 

 

   Удельное сцепление горной массы равно нулю: с = 0.

 

_{δ=γ∙h=21.37∙86=1695кН/м³=1,84МПа}

Коэффициент пористости :

 

угол внутреннего трения горной массы: φ = 47.5

 

 

1.3.2. Прогноз физико–механических  свойств для Глины.

В теле плотины  глинистый грунт чаще всего используют для создания противофильтрационных  устройств в виде, например, ядра. Глинистый грунт в тело плотины  стремятся укладывать при оптимальной  влажности. Под оптимальной понимают влажность, при которой при выбранном методе уплотнения достигается максимальная плотность.

1) Определим  оптимальную влажность:

,

расчётная влажность (принимается для снижения порового давления грунта ядра):

.

Так как расчётная влажность глины соответствует влажности суглинка, имеющейся в карьере (20 % =20 % ),то глину перед укладкой в тело ядра нет необходимости увлажнять или подсушать.

удельный вес скелета глины:

,

где V – объём воздуха, защеплённого в порах суглинок, принимаемый равным в пределах 0,03 ÷ 0,05,

коэффициент пористости глины:

.

По влажности на границе раскатывания и коэффициенту пористости определяем угол внутреннего трения глины и удельное сцепление: φ = 20°, с = 0,034 МПа.

пористость глины:

,

удельный вес глины в насыщенном состоянии:

,

коэффициент пористости глины на границе текучести: