Гидроузел с грунтовой плотиной

,

коэффициент фильтрации глины:

.

1.4 Фильтрационные расчеты

Для того чтобы обеспечить надежность и экономичность сооружения, необходимо знать силы воздействия фильтрационного  потока на плотину, положение депрессионной  кривой, величины фильтрационного расхода  и выходных градиентов в дренаж или  на низовой откос.

Так как  проектируемая плотина  располагается на грунте, в котором  фильтрация проходит в обход плотины, так как грунт основания имеет  более высокий коэффициент фильтрации, чем грунт тела плотины. Устраиваем цементационную завесу и  галерею  с дренажом в теле плотины.

Роль противофильтрационного элемента плотины выполняет ядро.

 Ширину ядра поверху конструктивно  принимаем. Верх ядра располагаем на отметке НПУ + 2м, т.е. 57 м. Тогда высота ядра H_я = 75.0м. Ширина ядра понизу:

 

Для решения задач по фильтрации в грунтовых плотинах существуют гидромеханические, гидравлические методы.

В учебнике содержатся готовые гидромеханические решения для различных типов плотин. В нашем случае, для плотины с отношением коэффициентов фильтрации упорных призм и ядра:

  применима схема с центральным ядром на непроницаемом основании.

При таком соотношении коэффициентов  фильтрации фильтрационные расчеты  проводятся только для ядра плотины.

Фильтрационные расчеты проводятся когда уровень воды в нижнем бьефе  минимален –  НБ_min = 57.2 м при Q_{пол.поп} = 8м³/с.

 

 

 

 

1.4.1. Построение депрессионной кривой

При соотношении коэффициентов  фильтрации до ядра положение кривой депрессии будет на уровне верхнего бьефа, а после ядра – на уровне нижнего бьефа.

В ядре ордината депрессионной кривой упадет на величину:

,

где - ширина ядра поверху;

     - угол наклона грани ядра к основанию;

    

       .

 

1.4.5.Определение  выходных градиентов.

Выходные градиенты в переходные зоны и фильтрационный расход определяются с помощью построения гидродинамической  сетки. Она строится графическим  способом. Гидродинамическая сетка представлена на рис.2.

Рис.2

 

Построив сетку, определяем для  набора точек выше уровня воды в  нижнем бьефе выходные градиенты  из ядра в переходные зоны по формулам:

• максимальный в данной точке:
• направленный перпендикулярно к откосу ядра:
• направленный по касательной к откосу ядра:

где b - угол выхода (угол между низовой гранью ядра и касательной к линии тока в месте выхода фильтрационного потока из ядра) – определяется по гидродинамической сетке;

Максимальный выходной градиент, .

 

1.4.6. Определение фильтрационного расхода

Проведя построения эпюры выходных градиентов (см.рис.2), определим фильтрационный расход по формуле:

Где  - площадь эпюры выходных градиентов;

Эпюра имеет криволинейный характер, ее площадь определяем с чертежа.

Тогда площадь эпюры:

 

Тогда .

1.5. Подбор зернового состава  переходных зон

 

Переходные зоны защищают грунт  ядра от фильтрационных деформаций.

1.5.1. Принципы подбора зернового  состава переходных зон и порядок  расчета

      Существуют два  расчетных случая:

когда фильтром защищаются противофильтрационный  элемент из глинистого грунта.

Когда фильтром защищается несвязный  грунт.

    При подборе зернового  состава переходных зон по  первому расчетному случаю, подбор  ведется по двум условия:

    а) противофильтрационное  устройство монолитно и опасности  образования трещин нет, то  есть исходя из условия недопущения  контактного выпора в поры  фильтра глинистого грунта ядра.

    б) образование сквозных  поперечных трещин в противофильтрационном  элементе возможно и, следовательно,  расчет и подбор фильтра необходимо  производить из условия кольматации пор слоя фильтра частицами глинистого грунта противофильтрационного элемента.

При защите от фильтрационных деформаций песчаного грунта (например, слоев  переходных зон), зерновые составы переходных зон подбираются из условия непросыпаемости грунта в поры упорных призм.

Общим требованием к грунту, отсыпаемому  в слои переходных зон, является требование однородности .

1.5.2. Описание защищаемого противофильтрационного  элемента

Противофильтрационный элемент выполнен в виде центрального ядра. Угол наклона  грани ядра к основанию  .

Влажность грунта на пределе текучести  .

Максимальный градиент фильтрационного  элемента на выходе из противофильтрационного элемента определяется в результате фильтрационного расчета по гидродинамической  сетке. .

1.5.3. Подбор первого слоя фильтра

В данном случае переходными зонами защищаются противофильтрационный  элемент из супеси, следовательно, подбор зернового состава этих зон производится по первому расчетному случаю.

а) считаем, что ядро «монолитно»  и опасности возникновения в  нем трещин нет. Величина максимально  допустимого градиента при контактном выпоре глинистого грунта без крупных  включений может быть определена по формуле:

   

Где С_р – сцепление глинистого грунта на разрыв;

    К₃ – коэффициент запаса, принимается в зависимости от класса капитальности сооружения принимается равным от 3 до 5.

    - коэффициент, учитывающий пористость грунта n. Этот коэффициент определяется по графику на рис.3.17. .

    - диаметр частиц грунта первого слоя переходных зон 90%-ной обеспеченности.

Сцепление на разрыв может быть определено по справочной литературе или по формуле:

,

где (см,рис.3, кривая 1)

Для первого класса капитальности  К₃ = 5.

При пористости суглинка n = 0,374 =0,16.5( по рис.3.19 стр 84)

Из величины максимального допустимого  градиента можно определить диаметр  частиц первого слоя переходных зон:

Проведя через полученную точку  кривую с коэффициентом неоднородности h =10, находим, что

 

Имея две точки гранулометрического  состава первого слоя фильтра, строим эту кривую (кривая 3, рис.3).

Б) Допускаем образование сквозной трещины в ядре плотины. При этом будет возможен вынос из ядра фильтрационным потоком по трещинам агрегатных частиц ядра. Чтобы не допустить при этом разрушения ядра подберем зерновой состав переходных зон так, чтобы его  поры были закольматированы агрегатами глинистых частиц. То есть расчет ведем по условию кольматации первого слоя фильтра агрегатными частицами глинистого грунта.

Крупность различных агрегатов  зависит от физико-механических характеристик  грунта при  его уплотнении. Экспериментально установлено, что если:

,

то происходит процесс кольматации агрегатами. Зная влажность грунта на пределе текучести и зная, что , определим по графику отношение  

Отсюда находим  .

Тогда диаметр частиц 60% - ой обеспеченности первого слоя фильтра:

  

Для того, чтобы в процессе отсыпки грунта переходных зон не происходило сегрегации, вводится условие, что коэффициент неоднородности . При таком значении , расслаиванием грунта можно пренебречь.

  .

Определив из условия контактного выпора и по условию кольматации, проводим через эти точки линии, характеризующие гранулометрический состав с коэффициентом неоднородности .(кривые 3,4 на рис.3)

Как видно из рис.2 линия 3, построенная  по условию недопущения контактного  выпора, пересекается с линией 4 следовательно, подбор гранулометрического состава первого слоя ведется по условию недопущения контактного выпора и по условию кольматации.

Рис.3

 

Вывод: Как видно из Рисунка 3:  устраиваем 2 переходные зоны

 

1.5. Расчет устойчивости откосов.

 

Критерием устойчивости откоса является условие:

 

 – расчетные значения соответственно обобщенных сдвигающих сил и сил предельного сопротивления

 – коэффициент сочетания нагрузок для основного сочетания нагрузок

 – коэффициент условия работы

 – коэффициент надежности по степени ответственности сооружения для I-го класса сооружений

Выразив значение и обозначив его (коэффициент устойчивости откоса) получим новое выражение для определения устойчивости откоса:

 

Расчёт предполагает, что неустойчивая часть откоса, отделившись  от остальной устойчивой массы, оползает по некоторой цилиндрической поверхности. Размеры сползающей части откоса, называемой отсеком обрушения, зависит  от величины радиуса R и положения центра О. таких отсеков может быть множество и каждый из них характеризуется своим коэффициентом запаса устойчивости. Задачей расчёта является установление наименее устойчивого отсека обрушения и соответствующего ему коэффициента запаса путём определения устойчивости ряда отсеков обрушения и соответствующих им коэффициентов.

 

Расчёт минимального коэффициента устойчивости производим ручным способом:

 

 

1) Ручной счет.

Целью ручного  счёта является проверка коэффициента устойчивости для определённой машиной  поверхности по формуле:

 

 – коэффициент устойчивости  откоса

 – вес погонного  метра i-го отсека

 – угол между вертикалью  и радиусом, проведенным в точку  пересечения срединных высот  отсеков с кривой поверхности  обрушения

 – удельное сцепление i-го отсека

 – угол внутреннего  трения i-го отсека

 – длина дуги в  основании i-го отсека

Произведем  вручную расчет коэффициента устойчивости низового откоса и сведем результаты расчета в таблицу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом  коэффициент устойчивости откоса будет  равен:

 

Условие выполнено, следовательно, устойчивость низового откоса обеспечена.

 

Глава II. Пропуск строительных расходов.

 

2.1. Описание схемы пропуска строительных  расходов.

 

Выбор типа водосбросного сооружения выбирают с учётом:

1) Типа плотины  и напора на ней;

2) Паводковых  и строительных расходов;

3) Общей схемы  организации работ и пропуска  строительных расходов;

4) Топографических,  геологических и гидрогеологических  условий в районе площадки  гидроузла;

5) Эксплуатационных  особенностей;

6) Данных технико–экономических  сопоставлений.

На основании выше изложенных пунктов, при высоте плотины 76.0м, напоре на плотину 68.5 м, при песчаном основания, при максимальных паводковом и строительном расходах, равных соответственно 1030 м³/с и 305 м³/с, принимаем в качестве строительного водосброса туннель круглого сечения для пропуска строительного расхода.

 

Трассировка строительного туннеля:

1) Туннель должен быть  заглублен в скалу не менее  чем на 2 диаметра туннеля.

2) Желательно избегать  поворотов трассы туннеля

3) Если есть поворот,  то он не должен превышать  60

4) Радиус поворота туннеля  обычно принимают более 3 диаметров  туннеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1.1. Трассировка строительного туннеля.

 

2.2. Гидравлический расчет пропуска  строительного паводка.

 

Первый этап строительства: подготовка строительного водосброса

Второй этап строительства: 1. перекрытие реки – банкет перекрытия

2. возведение  низовой перемычки

Третий этап строительства: возведение верховой перемычки

 

Пропускная  способность напорного водовода:

 

 – коэффициент расхода

 – площадь поперечного сечения  водовода на выходе

 – действующий напор

Отсюда найдем площадь поперечного сечения  и диаметр строительного туннеля:

 

 длина строительных галерей: ;

– уклон  строительных галерей: .

 

Диаметр и  количество строительных галерей будем  находить приближениями:

2.21. Гидравлический  расчет пропуска строительного  паводка