Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Ноября 2013 в 17:57, курсовая работа
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.
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 ?
Принимаем высоту верховой строительной перемычки Hпер. = 24.0 м.
Габариты туннеля водосброса выбирается из расчёта пропуска строительного расхода по формуле:
, где
Q – максимальный строительный расход, Qстр = 305м3/с;
m – коэффициент расхода, в первом приближении принимаем m = 0.7;
w – площадь поперечного сечения туннеля;
Hд – действующий напор, определяемый по формуле:
Hд = ÑВБ – ÑНБ(Qстр) = (Hпер. – 0.5м) – ÑНБ(Qстр =81.0-0.5- 60= 20.5 м.
Площадь поперечного сечения туннеля определяем по формуле:
.
Таким образом, диаметр туннеля будет равен:
Уточнение коэффициента расхода m производим по следующей формуле:
, где
– сумма коэффициентов
-квадрат отношения выходного сечения к i –му равен 1, так как на протяжении всего строительного туннеля площадь его не меняется.
Коэффициенты сопротивления определяются по рекомендациям [5]:
zвхода =[0.04÷0.2]– коэффициент сопротивления при входе в туннель, при закругленных кромках и плавном входе принимаем zвхода = 0.2;
zдлины – коэффициент сопротивления по длине туннеля, определяемый по формуле:
, где
L – длина туннеля;
R – гидравлический радиус, R = w / c, где
w – площадь поперечного сечения туннеля;
c – смоченный периметр, c =πd
l – коэффициент трения определяемый по длине:
,
где
– относительная шероховатость;
где Δэкв=0.35÷0.4 мм эквивалентная шероховатость для строительного водосброса в хорошем состоянии;
zповорота – коэффициент сопротивления при повороте туннеля, определяемый по зависимости:
, где
z90° – коэффициент сопротивления при повороте на 90°, зависит от R / d (отношения радиуса закрепления R к диаметру туннеля d) и коэффициента сопротивления по длине l и определяется по формуле А.Д. Альтшуля:
;
a – угол поворота строительного туннеля, α=34°
Методом последовательных приближений с постоянным уточнением коэффициента расхода m. Дальнейший расчёт удобно произвести в табличной форме (таблица 1) при известных значениях максимального строительного расхода Qстр = 305 м3/с действующего напора Hд = 20.5 м, длины строительного туннеля L = 408 м, эквивалентная шероховатость Δэкв=0.4мм, УНБ=60.0, угол поворота α=34 и радиус поворота 50м. Допустимая высота поднятия воды в ВБ до отметки 80.5 м.
Таблица 1
№ приближения |
m |
w, м2 |
d, м |
zвхода |
c, м |
R, м |
Δ, м |
l |
zдлины |
z90° |
zповорота |
åz |
Qстр =305 м3/с, Hд =20.5 м, L = 408м | ||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
13 | |
1 |
0.700 |
21.74 |
5.26 |
0.20 |
16.53 |
1.32 |
0.000076 |
0.011 |
0.88 |
0.08 |
0.07 |
1.15 |
2 |
0.667 |
22.82 |
5.39 |
0.20 |
16.93 |
1.35 |
0.000074 |
0.011 |
0.86 |
0.09 |
0.07 |
1.13 |
3 |
0.670 |
22.70 |
5.38 |
0.20 |
16.89 |
1.34 |
0.000074 |
0.011 |
0.86 |
0.09 |
0.07 |
1.13 |
4 |
0.670 |
22.71 |
5.38 |
0.20 |
16.89 |
1.34 |
0.000074 |
0.011 |
0.86 |
0.09 |
0.07 |
1.13 |
5 |
0.670 |
22.71 |
5.38 |
0.20 |
16.89 |
1.34 |
0.000074 |
0.011 |
0.86 |
0.09 |
0.07 |
1.13 |
Вывод: Окончательно принимаем диаметр строительного туннеля d = 5.4м
2.3.
Гидравлический расчет
Расчет производится из условия, что перепад уровней предельного
Рис. 2.3.1. Строительный
водосброс с равномерным
Перепад уровней определяется по формуле:
– принятый уклон туннеля;
– длина туннеля;
– перепад, образующийся при выходе потока из туннеле в русло нижнего бьефа, по соображениям расчета с запасом величиной пренебрегают и принимают ;
– перепад, образующийся при входе потока в туннель, рассчитывается по формуле:
– коэффициент скорости, зависящий от формы входной кромки. При закругленной входной кромке принимаем ;
– средняя скорость течения в туннеле;
– средняя скорость в верхнем бьефе при подходе к туннелю
Для определения скорости движения потока в туннеле необходимо вычислить глубину потока в нем , воспользовавшись формулой расхода при равномерном движении жидкости.
– расход перекрытия русла;
– площадь живого сечения потока;
– гидравлический радиус;
– смоченный периметр;
– коэффициент Шези, будем вычислять по формуле Маннинга;
– коэффициент шероховатости галереи. Для гелереи из бетона в средних условиях ;
– принятый уклон галреи.
Выразим , , и через заменив круглое, частично заполненное сечение трубы прямоугольным, и подставим полученное в формулу расхода..
Таким образом получаем выражение:
Используя его в табличной форме (табл. № 2.3.1.) для различных значений глубины вычисляем значения расхода и строим график .
Таблица № 2.3.1.
ho |
a |
w |
||||||
1 |
5.40 |
5.4 |
7.4 |
0.730 |
0.014 |
67.77 |
0.002 |
13.98 |
1.05 |
5.40 |
5.67 |
7.5 |
0.756 |
0.014 |
68.18 |
0.002 |
15.03 |
1.1 |
5.40 |
5.94 |
7.6 |
0.782 |
0.014 |
68.55 |
0.002 |
16.10 |
1.15 |
5.40 |
6.21 |
7.7 |
0.806 |
0.014 |
68.91 |
0.002 |
17.19 |
1.2 |
5.40 |
6.48 |
7.8 |
0.831 |
0.014 |
69.26 |
0.002 |
18.29 |
1.25 |
5.40 |
6.75 |
7.9 |
0.854 |
0.014 |
69.58 |
0.002 |
19.42 |
1.3 |
5.40 |
7.02 |
8 |
0.878 |
0.014 |
69.89 |
0.002 |
20.55 |
1.35 |
5.40 |
7.29 |
8.1 |
0.900 |
0.014 |
70.19 |
0.002 |
21.71 |
1.4 |
5.40 |
7.56 |
8.2 |
0.922 |
0.014 |
70.47 |
0.002 |
22.88 |
1.45 |
5.40 |
7.83 |
8.3 |
0.943 |
0.014 |
70.74 |
0.002 |
24.06 |
1.5 |
5.40 |
8.1 |
8.4 |
0.964 |
0.014 |
71.00 |
0.002 |
25.25 |
1.55 |
5.40 |
8.37 |
8.5 |
0.985 |
0.014 |
71.25 |
0.002 |
26.46 |
1.6 |
5.40 |
8.64 |
8.6 |
1.005 |
0.014 |
71.48 |
0.002 |
27.68 |
1.65 |
5.40 |
8.91 |
8.7 |
1.024 |
0.014 |
71.71 |
0.002 |
28.92 |
Принимаем глубину потока в галереи
Средняя скорость течения в туннеле:
– площадь живого сечения потока в галереи
Средняя скорость в верхнем бьефе при подходе к галерее:
– площадь живого сечения потока в верхнем бьефе
Перепад при входе потока в галерее:
Таким образом, перепад уровней равен:
Условие выполняется, таким образом галереи можно использоваться для пропуска расхода перекрытия.
Глава III. Эксплуатационные водосбросы и водовыпуск.
3.1Выбор эксплуатационного водосброса.
В качестве паводкового водосброса используем галереи .
3.2 Расчет эксплуатационного водосброса.
3.2.1 Выбор конструкции для
Для пропуска расчетного расхода Q1%=1030м3/с . переоборудуем строительный водосброс в башенный водосброс.
Диаметр башенного водосброса выбирается из расчёта пропуска расчетного случая по формуле:
, где
Q – максимальный строительный расход, Q1% = 1030м3/с;
m – коэффициент расхода, в первом приближении принимаем m = 0.7;
w – площадь поперечного сечения туннеля
где d=5.4м диаметр туннеля
высота входного отверстия.
Hд – действующий напор, определяемый по формуле:
Hд = ÑНПУ – Ñдна-hвх = 130.0-57.0-7.0= 66.0 м.
Площадь поперечного сечения туннеля определяем по формуле:
.
Зная диаметр трубы , определяем высоту её напорного сечения:
Уточнение коэффициента расхода m производим по следующей формуле:
, где
– сумма коэффициентов
-квадрат отношения выходного сечения к i –му равен 1, так как на протяжении всего строительного туннеля площадь его не меняется.
Коэффициенты сопротивления
zвхода =[0.04÷0.2]– коэффициент сопротивления при входе в туннель, при закругленных кромках и плавном входе принимаем zвхода = 0.10;
zдлины – коэффициент сопротивления по длине туннеля, определяемый по формуле:
, где
L =14м– длина напорного участка трубы, принимаемая равной ;
R – гидравлический радиус, R = w / c, где
w – площадь поперечного сечения туннеля;
c – смоченный периметр, c = pd.
l – коэффициент трения определяемый по длине:
,
где
– относительная шероховатость;
где Δэкв=0.15÷0.4 мм эквивалентная шероховатость для эксплуатационного водосброса в хорошем состоянии; принимаем Δэкв=0.4
zповорота – коэффициент сопротивления при повороте туннеля, определяемый по зависимости:
, где
z90° – коэффициент сопротивления при повороте на 90°, зависит от R / d (отношения радиуса закрепления R к диаметру туннеля d) и коэффициента сопротивления по длине l и определяется по формуле А.Д. Альтшуля:
;
Эксплуатационный водосброс
a1 – угол поворота туннеля, α1=0°
R1 –радиус поворота туннеля R1=0м
Необходимый диаметр туннеля определяется методом последовательных приближений с постоянным уточнением коэффициента расхода m. Дальнейший расчёт удобно произвести в табличной форме (таблица 2) при известных значениях расчетного расхода Q1% = 1030 м3/с, действующего напора Hд = 66.0 м, эквивалентная шероховатость Δэкв=0.4мм,
Таблица 2
№ приближения |
m |
w, м2 |
d, м |
zвхода |
c, м |
R, м |
Δ, м |
l |
zдлины |
åz |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
13 |
1 |
0.700 |
40.91 |
7.22 |
0.10 |
22.67 |
1.80 |
0.000021 |
0.009 |
0.02 |
0.12 |
2 |
0.906 |
31.60 |
6.34 |
0.10 |
19.93 |
1.59 |
0.000024 |
0.009 |
0.02 |
0.12 |
3 |
0.905 |
31.64 |
6.35 |
0.10 |
19.94 |
1.59 |
0.000024 |
0.009 |
0.02 |
0.12 |
4 |
0.905 |
31.64 |
6.35 |
0.10 |
19.94 |
1.59 |
0.000024 |
0.009 |
0.02 |
0.12 |
5 |
0.905 |
31.64 |
6.35 |
0.10 |
19.94 |
1.59 |
0.000024 |
0.009 |
0.02 |
0.12 |
В конце напорного режима образуется сжатое сечение
, где-коэффициент сжатия определяется по формуле
, где
величина зависящая от схемы истечения т.к. у нас истечение из под сегментного затвора
Высота потока в сжатом сечение(
начале безнапорного режима ) равна:
м
Вывод: Окончательно принимаем диаметр строительного туннеля а = 5.4 м и высоту hвх=6.35м. lнар =14м.
При переходе потока воды от напорного режима течения в безнапорное образуется кривая подпора (высота потока начинает возрастать). Гидравлический расчёт безнапорного участка заключается в определении величины этой высоты на выходе из трубы (т.е. там, где она максимальна), и проверке на её основании принятой высоты трубы ; должно выполняться следующее условие:
- расстояние от поверхности воды до потолка.
В данном случае расчёт трубы выполняем как расчёт канала с прямым уклоном (i > 0). В качестве расчётного расхода берётся максимальный (паводковый) расход QПАВ = 1030 м3/с. Кривая подпора определяется следующим уравнением:
i – уклон дна трубы, равный 0.02,
L – длина безнапорного участка трубы, равная
h0–глубина при равномерном течении (нормальная глубина),
η1 и η2 – относительные глубины в начале и в конце трубы соответственно, вычисляемые как
h1 и h2 – глубина, соответственно, в начале (h1 = hвх = 4.76 м – высота сечения потока на входе в безнапорную часть трубы) и в конце трубы ;
jср – величина, зависящая от разности глубин на входе в безнапорный участок и на выходе из него,
φ(η1) и φ(η2) – функции относительных глубин.
Из приведённого выше уравнения требуется определить глубину h2. Для этого надо вычислить все требуемые величины и для различных глубин h2 найти соответствующие им длины. По этим данным требуется построить график зависимости длины от глубины, и по известной длине определить искомую глубину воды на выходе из галереи.
Нормальная глубина течения h0 определяется так же, как и в расчёте перекрытия русла (см. выше):
=5.4м,
i=0.002м
Используя его в табличной форме (табл. № 2.3.2.) для различных значений глубины вычисляем значения расхода и строим график .