Курсовой проект - Гидроузел с грунтовой плотиной - файл n3.doc

Курсовой проект - Гидроузел с грунтовой плотиной
скачать (633.9 kb.)
Доступные файлы (4):
n1.lsp
n3.doc862kb.22.11.2009 20:41скачать
n4.bak
n5.dwg

n3.doc

Содержание проекта:

Глава I: Грунтовая плотина

  1. Выбор типа и профиля плотины

  2. Выбор отметки гребня и расчет крепления верхового откоса

  3. Прогноз физико-механических свойств грунтов тела плотины

  4. Фильтрационный расчет

  5. Подбор зернового состава переходных зон

  6. Расчет устойчивости откосов

Глава II: Гидравлический расчет пропуска строительных расходов

  1. Схема пропуска строительных расходов

  2. Расчет пропуска строительного паводка

  3. Расчет пропуска расхода перекрытия

Глава III: Паводковый водосброс и водовыпуск

  1. Выбор типа паводкового водосброса

  2. Гидравлический расчет быстротока

  3. Расчет водовыпуска

Заключение

Список используемой литературы

I. Глава: «Грунтовая плотина»

1.1. Выбор типа и профиля плотины.

Грунтовые плотины наиболее распространенный тип плотин, что объясняется возможностью полной механизации технологического процесса возведения 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 деформативности, нежели к другим типам плотин.

Исходя из геологических условий створа плотины, в основании которой залегает мелкозернистый песок и наличия местного строительного материала – песка, а так же отсутствия поблизости каких бы то ни было других природных строительных материалов принимаем тип плотины – однородная песчаная плотина. Методом возведения такого типа плотин является намыв.

Для возведения плотины необходима доставка сортированного камня для устройства наслойного дренажа в нижнем бьефе и низовой перемычки.

Заложение откосов плотины: , назначается из интервала для песчаных намывных плотин .

1.2. Определение отметки гребня и расчет крепления верхового откоса.

Отметка гребня грунтовой плотины определяется исходя из
, где

- высота наката волны;

- высота нагона воды;

- запас, принимаемый равным .

Определение отметки гребня производится для расчетного случая и , где скорость ветра над поверхностью водохранилища заданной обеспеченности.

1. Определение средней высоты волны:

Исходя из отметки и отметки дна определим глубину водоема, как . По графику СНиП 2.06.04-82* и следующим данным:

определяем среднюю высоту волны и , а также средний период волны и . В расчет принимаются меньшие из полученных значений, поэтому

- средняя высота волны;

- средний период волны.

- средняя длина волны, при этом необходимо удостовериться что (расчет проводился для глубоководной зоны).

2. Выбор типа крепления откоса:

Крепление откоса на грунтовой плотине применяется железобетонное, т.к. каменное невозможно устроить из-за отсутствия в районе строительства камня любого размера. Определим толщину ж/б плиты, при

- коэффициент запаса;

- ширина плиты:

.

Принимаем толщину ж/б крепления откоса равной .

3. Определение высоты наката волны:

Высота волны 1% обеспеченности определяется по формуле , где -коэффициент, принимаемый по таблицам СНиП, отсюда .

Накат волны той же обеспеченности определяется как , где
- коэффициент, выражающий высоту наката в долях от высоты волны (находится из отношения по графику СНиП);
- коэффициент, выражающий зависимость высоты наката от скорости ветра;
- коэффициент, учитывающий проницаемость крепления верхового откоса;
- коэффициент, учитывающий шероховатость крепления.

.

4. Определение высоты нагона воды:

.

5. Определение отметки гребня:

, где
- отметка нормального подпорного уровня;
- необходимый запас, также обеспечивающий приведение отметки гребня к кратному значению.

Принимаем расчетную отметку гребня .

1.3 Прогноз физико-механических свойств грунта тела плотины.

Для проектирования намывных плотин необходимо спрогнозировать зерновой состав тела плотины. Т.к. (коэффициент неоднородности грунта), то грунт карьера является неоднородным, поэтому определим зерновой состав тела плотины (см. график «Определение зернового состава грунта в теле плотины»). Тогда коэффициент неоднородности .

Принимаем грунт тела плотины однородным.

Физико-механические свойства сыпучих грунтов зависят от степени уплотнения и гранулометрического состава. Песок используемого карьера относится к грунтам средней плотности и имеет показатель относительной плотности , так как методом возведения плотины выбран намыв.

, где и определяются в лабораторных условиях.

Определим максимальное и минимальное значение коэффициента пористости грунта ( и , соответственно) по методике Маслова, для этого вычислим:

, , где
- эмпирический коэффициент, равный для песка ;
- процентное содержание достоверно определенных частиц;
- удельный вес частиц грунта;
- характеристика зернового состава:

, отсюда

.

- максимальный удельный вес сухого песка, тогда
и .

Определим коэффициент пористости грунта:
.

- значение пористости для грунта тела плотины.

Определение коэффициента фильтрации сыпучего грунта производится по формуле Павчича:

, где
- значение коэффициента, учитывающего форму частиц (для песка);
- кинематическая вязкость воды при ;
- крупность частиц, меньше которых содержится в грунте 17%.

Исходя из этого, а также данный и коэффициентов, посчитанных ранее получим:

.

Удельный вес водонасыщенного грунта:

, где
- удельный вес сухого грунта;
- удельный вес воды.

Сцепление в песчаных грунтах отсутствует, поэтому принимаем .

Угол внутреннего трения для мелких песков с находится по таблице и будет равен

1.4 Фильтрационный расчет.

Основные задачи расчета фильтрации:

  1. Определение положения кривой депрессии;

  2. Определение фильтрационного расхода;

  3. Определение градиентов для проверки фильтрационной прочности.

Построим кривую депрессии, для этого примем:

Так как производится расчет однородной песчаной намывной плотины, принимаем:

, где
- коэффициент фильтрации грунта в основании плотины;
- коэффициент фильтрации грунта тела плотины;
- глубина залегания водоупора (так как водоупор находится глубже зоны активной фильтрации, то принимаем фиктивный водоупор). Расчет ведется для распластанной схеме, при условии => , -

, где
- длина непроницаемой части подземного контура. Отсюда

.

Для определения положения кривой депрессии воспользуемся гидравлическим методом. Верховой клин для упрощения заменим прямоугольной вставкой длиной . Гидравлический метод рассматривает фильтрацию в прямоугольной области длиной , где

,
- заложение верхового откоса;

.

Тогда методом последовательных приближений определим значения и (фильтрационный расход и высоту точки высачивания, соответственно) исходя из того, что:

, где
- скорость фильтрации;
- фильтрационный градиент ();
- средняя площадь сечения зоны активной фильтрации. Тогда получается

.

, где
;
- заложение низового откоса;
- глубина воды в нижнем бьефе.

I-е приближение: , -
;
;
;


Т.к. точка высачивания в I-ом приближении получилась , то принимаем значение высоты точки высачивания .

Определим координаты кривой депрессии в однородной грунтовой плотине по формуле:

, последовательно изменяя координату .

 

 

 

 

 

 

 

1

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

36,6

5

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

36,1

10

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

35,4

15

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

34,8

20

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

34,1

25

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

33,5

30

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

32,8

35

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

32,1

40

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

31,4

45

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

30,7

50

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

29,9

55

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

29,1

60

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

28,4

65

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

27,5

70

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

26,7

75

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

25,9

80

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

25,0

85

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

24,0

90

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

23,1

95

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

22,1

100

8,18E-05

1,81E-05

81,7

16,1

21,5

21,0

В результате построения депрессионной кривой возникла необходимость устройства наслойного дренажа в нижнем бьефе плотины, с целью недопущения промерзания тела плотины.

Фильтрационный расход через тело плотины определяется по формуле:

, где
- ширина плотины по створу.

1.5 Подбор зернового состава переходных зон.

Произведем расчет переходного слоя между телом плотины и наслойным дренажем. Для этого построим кривую зернового состава первого слоя переходных зон по формуле:

, где
- размер частиц 10% обеспеченности грунтов тела плотины;
- коэффициент размера пор, зависящий от размера частиц.

, где
- коэффициент неоднородности грунта тела плотины.

Так как кривая зернового состава переходной зоны лежит правее, чем кривая тела плотины, то достаточно устройства одного слоя переходных зон.

1.6 Расчет устойчивости откосов.

Этот расчёт производится в предположении, что грунтовый массив обрушения в теле грунтовой плотины ограничивается круглоцилиндрической поверхностью и разделён на отсеки обрушения вертикальными плоскостями, а также в предположении плоской деформации на участке плотины толщиной 1 м. Условием устойчивости откоса является то, что коэффициент надёжности (устойчивости), равный отношению суммы моментов реактивных сил к сумме моментов активных сил, будет превосходить рекомендуемую нормами величину, составляющую 1.25. При этом речь идёт о коэффициенте для наиболее опасной поверхности из множества рассматриваемых, т. е. наименьший коэффициент устойчивости. Таким образом расчёт сводится к подсчёту коэффициента устойчивости двумя методами:

  1. На ЭВМ с помощью программы “otkos386.exe. В результате введения данных о плотине программа, сравнив большое количество коэффициентов устойчивости откоса по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения разных радиусов и с разными центрами, выдаёт координаты центра поверхности скольжения и её радиус для наименьшего коэффициента устойчивости. Результаты расчета приводятся далее.

  2. Поверочный метод. Целью этого расчета является проверка результатов счёта по определённой машиной поверхности по формуле:

, где

- коэффициент устойчивости откоса;

- вес погонного метра отсека;

- взвешивающее противодавление;

- см. рис.;

- удельное сцепление отсека;

- угол внутреннего трения отсека;

- длина подошвы отсека.

Выполним ручной счет в табличной форме.

Результаты и данные машинного счета приведены далее.
II. Глава: «Гидравлический расчет пропуска строительных расходов»

2.1 Схема пропуска строительных расходов.

В связи с тем, что материалом основания плотины является мелкозернистый песок, то пропуск строительных расходов возможен только через трубчатые галереи.

Трубчатые галереи разбиваются на отдельные трубы по длине на случай возможных деформаций основания, швы между которыми снабжены уплотнительными шпонками. Также необходимо принять меры против контактной фильтрации воды вдоль трубы.

Характеристики принятого трубчатого водосброса:

2.2 Расчет пропуска строительного паводка.

Расчет заключается в проверке возможности использования выбранного водосброса в строительный период. Расчетная формула пропускной способности водослива:

, где
- коэффициент скорости по Н.Н. Павловскому для незакругленного входного ребра;
- принятая расчетная ширина 2-х труб;
- глубина воды в водосливе при для ;
- скоростной перепад. Для определения скоростного перепада определим скорость:

, следовательно,
.

Для определения подтопления определим значения критической глубины:

, где
- коэффициент Кориолиса, связанный с неравномерным распределением скорости по сечению для обычных условий;
- удельный расход через водосброс.

Т.к. , следовательно водосброс будет подтоплен. Глубина в водосбросе .

Уточним высоту строительной перемычки:
- отметка верхнего бьефа при максимальном строительном расходе;
.

Принимаем высоту перемычки .

Проведенные расчеты доказали возможность использования принятого водосброса в данных условиях.

2.3.Расчет пропуска расхода перекрытия.

Расчет производится исходя из условия что при оптимальном уклоне . Так как расход перекрытия на порядок меньше строительного расхода, для пропуска которого был выполнен трубчатый водосброс из 2-х галерей. Т.к. они не оснащены затворами, расход перекрытия будет пропускаться через обе трубы.

Произведем расчет для уклона , где - длина галереи.

Для определения глубины потока при равномерном движении воспользуемся методом приближений:

, где
- расход перекрытия;
- коэффициент шероховатости бетонного трубопровода;
- ширина 2-х трубчатых галерей.

В первом приближении принимаем . Получаем , далее, подставляя будем подставлять полученные значения до получения окончательного результата . Принимаем глубину потока в галереи .

, где
- скоростной перепад на входе;
- скоростной перепад на выходе (равен 0 в к/п);
- длина галереи.

, где
- скорость течение в трубопроводе, при площади поперечного сечения ;
- скорость при подходе к галереи, при площади сечения в верхнем бьефе .

Отсюда получаем что

, следовательно , поэтому условие выполняется.

III. Глава: «Паводковый водосброс и водовыпуск»

3.1. Выбор типа паводкового водосброса.

Т.к. максимальный паводковый расход невозможно пропустить через трубчатую галерею рассчитанную для строительного периода даже при условии добавления галерей (невозможна эксплуатация галереи в безнапорном режиме при паводковом расходе, а устройство напорной трубчатой галереи невозможно по эксплуатационным особенностям), то необходимо выбрать тип паводкового водосброса.

В качестве паводкового водосброса принимает быстроток.

3.2. Гидравлический расчет быстротока.

Состав быстротока:

  1. Входной участок.

  2. Быстроток (перепад).

  3. Выходной участок (успокоитель).

Произведем последовательный расчет трех участков быстротока.

Входной участок.

Рассчитаем геометрические размеры входного участка быстротока, необходимы для пропуска максимального паводкового расхода . Дно входного участка принимается горизонтальным, устраиваются быки в местах соединения секций.

Определим удельный расход быстротока:

, где
- допустимая скорость воды на быстротоке;
- глубина воды в нижнем бьефе при максимальном паводковом расходе по графику .

Получаем полезную ширину входного участка водослива (без учета ширины быков):

. Отсюда принимаем 2 пролета по 10 метров, т.е. , тогда , а скорость воды на быстротоке составит . При принятой ширине быка ширину входного участка быстротока определяем как .

Напор на входном участке быстротока:

, где
- безразмерный коэффициент расхода, различный для разных типов водосбросов и условий работы (для водосливов с широким порогом );
- коэффициент бокового сжатия потока, для быков округой формы.

Критическая глубина на входном участке:

.

Быстроток.

Определим необходимую длину быстротока:

, где
- отметка начала быстротока;
- конечная отметка быстротока (равная отметке дна реки);
- уклон принимается из геологических условий расположения быстротока и должен стремиться к естественному уклону рельефа (при этом уклон на нескальном основании ).

Расчет кривой спада на быстротоке производится по уравнению Бахметьева:

, где
- длина заданного участка быстротока (между глубинами и );
- глубина равномерного расхода при ;
и - относительные глубины и в начале и конце участка;
и - функции, зависящие от , и гидравлического показателя русла .

, где
- формула Манинга для определения коэффициента Шези;
- смоченный периметр;
- гидравлический радиус;
- площадь поперечного сечения.

.

Глубина потока при равномерном его движении на быстротоке определяется методом последовательных приближений по формуле:

.

В первом приближении принимаем . Получаем , далее, подставляя будем подставлять полученные значения до получения окончательного результата .

Принимаем глубину потока в быстротоке .

- гидравлический показатель русла (определяется по таблице между двумя любыми глубинами).

Дальнейший расчет удобно представить в графической форме:

























,

6,75

6,7

6,05

249,0

35,10

7,093

77,01

43,57

3,55

3,53

0,292

0,293

0,5

6,75

6,2

5,8

234,3

34,60

6,772

76,42

43,53

3,55

3,26

0,292

0,32

27,0

6,75

5,7

5,55

220,1

34,10

6,453

75,80

43,46

3,55

3,00

0,292

0,346

52,2

6,75

5,2

5,3

206,2

33,60

6,136

75,17

43,37

3,55

2,74

0,292

0,381

88,7

6,75

4,7

5,05

192,7

33,10

5,820

74,51

43,26

3,55

2,47

0,292

0,429

141,3

6,75

4,2

4,8

179,5

32,60

5,507

73,83

43,12

3,55

2,21

0,292

0,487

206,1

6,75

3,7

4,55

166,8

32,10

5,195

73,11

42,95

3,55

1,95

0,292

0,566

296,6

6,75

3,2

4,3

154,4

31,60

4,885

72,37

42,74

3,55

1,68

0,292

0,689

441,1

6,75

2,7

4,05

142,4

31,10

4,577

71,59

42,50

3,55

1,42

0,292

0,876

663,1

6,75

2,2

3,8

130,7

30,60

4,272

70,77

42,21

3,55

1,16

0,292

1,301

1175,5



Расчет выходного участка.

Сжатая глубина на выходном участке . Тогда число Фруда при скорости потока будет .

Раздельная глубина:

, тогда

, где
- коэффициент запаса;
- коэффициент, учитывающий влияние работы гасителей.

Получено отрицательное значение глубина водобойного колодца в конце быстротока, то в его устройстве нет необходимости. В связи с тем что , то необходимость устройства гасителей в выходном участке быстротока отсутствует.

Минимальная длина водобойной плиты определяется как , где , отсюда определим минимальную длину водобойной плиты, . Конструктивно принимаем водобойную плиту .

3.3. Расчет водовыпуска

Для того чтобы пропускать малые расходы, например расход полезного попуска, необходимо открывать затвор быстротока на очень малую величину. Поэтому помимо основного водосброса (быстротока) в трубах неиспользуемого в эксплуатационный период строительного водосброса устраивается труба металлического водовыпуска (водоспуска) малого диаметра.

Водовыпуск рассчитывается на пропуск расхода полезного попуска .

- пропускная способность напорного водоспуска, где
.

Произведем расчет методом последовательных приближений.

1-е приближение:
При , ,

2-е приближение:
При , где
, где
, ,;
- потери на затвор. Тогда
, а следовательно
, => .

Принимаем диаметр трубы водоспуска, устраиваемого в строительном водосбросе в эксплуатационный период .

Заключение.

В курсовом проекте был рассчитан водопропускной гидроузел, в состав которого входят:

Через створ плотины устроена автодорога, двустороннего направления, по одной полосе, шириной в каждом направлении. Также имеется пешеходная полоса и централизованное освещение.

Гидроузел отвечает всем расчетным и эксплуатационным требованиям. Все детали проекта выходящие за рамки данного курсового проекта приняты конструктивно.

Список используемой литературы:

  1. Гидротехнические сооружения: Учеб. для вузов: В 2 ч. /под ред. Л.Н. Рассказова/ – М.: Стройиздат, 1996-435с

  2. Справочник по гидравлическим расчетам: 5-е изд. /под ред. П.Г. Киселева/ – М.: «Энергия», 1974-313с

  3. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на ГС. Госстрой СССР – М.: 1986-40с

  4. Гидравлические справочные данные по расчету водосливов и каналов. Методическое указание. Типография МГСУ – М.: 1999-46с


- -




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации