8276
.pdf
11
Рисунок 1 – Зависимости расхода воды (Q), объема (W) и площади зеркала водохранилища (F) от отметки уровня воды
12
Годовой объем потерь на испарение определяется по формуле:
|
z F |
F |
|
|
|
|
W |
м |
п |
|
|
, м3. |
(2.11) |
|
|
|
|
|||
исп |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Годовой объем потерь на фильтрацию из водохранилища выражается зависимостью:
|
0,01Ф W |
|
W |
|
|
|
W |
п |
м |
|
, м3, |
(2.12) |
|
|
|
|||||
ф |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Ф – относительные потери на фильтрацию (пункт 5 задания).
Объемы потерь позволяют определить средний за год расход потерь:
|
Q |
|
Wисп Wф |
, м3/с , |
(2.13) |
||
|
|
||||||
|
пот |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
а также уточнить полезный объем водохранилища по формуле: |
|
||||||
W |
W |
Q Т |
меж |
, м3. |
(2.14) |
||
плз |
плз |
|
пот |
|
|
|
|
Сумма Wплз Wм Wп дает уточненное значение полного объема водохранилища, по которому с помощью рисунка 1 устанавливается уточ-
ненное значение НПУ.
2.3.4. Результаты водохозяйственного расчета
Результаты водохозяйственного расчета представляются в табличной форме (таблица 1).
Таблица 1 – Основные параметры водохранилища
|
Уровни воды, |
Объемы, 106 |
м3 |
Площадь зеркала, 106 м2 |
|||||
|
м БС |
|
|
|
|
|
|
||
Тип |
|
|
пол- |
мерт- |
полез |
при |
при |
мелко- |
|
водохранилища |
НПУ |
УМО |
ный Wп |
вый |
ный, |
НПУ |
УМО |
водья |
|
|
|
Wм |
Wплз |
FНПУ |
FУМО |
Fмелк. |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Годичного |
787,2 |
775,5 |
3,8 |
1,5 |
2,3 |
1,09 |
0,66 |
0,26 |
|
регулирования |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Основные параметры водохранилища являются базой для проектиро-
вания гидротехнических сооружений гидроузла.
13
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛА
3.1Глухая земляная плотина
3.1.1Тип плотины и ее класс
Проектируется плотина из местных грунтовых материалов. Тип пло-
тины и характеристики грунтовых материалов указываются в задании на курсовую работу.
Класс плотины назначается по [8] в зависимости от ее максимальной высоты и типа грунтов основания. Высота плотины Н′пл предварительно определяется по формуле
Н′пл = НПУ – ДНО + (2…3) м, (3.1) где ДНО – отметка дна реки, определяемая по рисунку 1.
Впоследствии высоту и класс плотины необходимо уточнить.
3.1.2. Проектирование поперечного профиля плотины
Проектирование поперечного профиля плотины включает в себя оп-
ределение его основных элементов:
а) ширины гребня; если на гребне плотины предполагается устройст-
во дороги, то ширину гребня следует принимать по таблице 2.
Если дорога на гребне отсутствует, то его ширина должна быть не менее 4,5 м.
б) заложения откосов плотины предварительно могут быть приняты по рекомендациям таблицам 3 и 4.
14
Таблица 2 – Ширина гребня плотины в зависимости от категории ав-
томобильной дороги
Категория |
|
Ширина, м |
|
автомобильной дороги |
|
|
|
проезжей части |
|
гребня плотины |
|
|
|
|
|
Первая |
15,0 |
|
27,5 |
Вторая |
7,5 |
|
15,0 |
Третья |
7,0 |
|
12,0 |
Четвертая |
6,0 |
|
10,0 |
Пятая |
4,5 |
|
8,0 |
|
|
|
|
Таблица 3 – Ориентировочные заложения откосов земляных намыв-
ных плотин
Высота |
Плотина безъядерная |
Плотина с ядром |
|||
|
|
|
|
||
откос |
откос низовой |
откос верховой и низовой |
|||
пло- |
|||||
верховой |
|
|
|
||
тины, |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
заложение |
заложение |
грунт внешней |
заложение |
||
м |
|||||
|
|
призмы |
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок мелкий |
3,0 |
|
До 10 |
2,25…2,75 |
3,0 |
песок средний |
2,75 |
|
песок крупный |
2,5 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
гравий |
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок мелкий |
3,5 |
|
10…20 |
2,25… 2,75 |
3,5 |
песок средний |
3,0 |
|
песок крупный |
2,75 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
гравий |
2,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок мелкий |
4,0 |
|
Более |
2,5…3,0 |
4,0 |
песок средний |
3,5 |
|
20 |
песок крупный |
3,0 |
|||
|
|
||||
|
|
|
гравий |
2,5 |
|
Таблица 4 – Ориентировочные заложения откосов земляных насып-
ных плотин
Высота плотины, м |
|
|
|
Заложение откоса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
верхового |
|
низового |
||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
5 |
2,0 |
- |
2,5 |
|
1,5 - 1,75 |
|
5-10 |
2,25 - |
2,75 |
|
1,75 - |
2,25 |
|
10-15 |
2,5 |
- |
3,0 |
|
2,0 - |
2,5 |
15-50 |
3,0 |
- |
4,0 |
|
2,5 - |
4,0 |
50 |
4,0 |
- |
5,0 |
|
4,0 - |
4,5 |
15
в) бермы устраиваются через 10÷15 м по высоте плотины, ширина их
2÷3 м; на верховом откосе на 1÷2 м ниже УМО устраивается берма для
размещения упора крепления верхового откоса; |
|
г) отметка гребня вычисляется по формулам [7]: |
|
Гр = НПУ + hset + hrun 1% + а, |
(3.2) |
Гр = ФПУ + h′set + h′run 1% + а, |
(3.3) |
где hset, h′set – ветровой нагон воды в верхнем бьефе; |
|
hrun 1% , h′run 1% – высота наката ветровой волны на верховой откос; а –
запас, принимаемый не менее 0,5 м.
Форсированный подпорный уровень предварительно может быть
принят как |
|
|
|
|
ФПУ = НПУ + (1…3) м. |
|
|
(3.4) |
|
Ветровой нагон определяется по формуле [6] |
|
|||
|
V 2 L |
|
|
|
hset Kw |
w |
|
cosw , м, |
(3.5) |
g d 0,5 h |
|
|||
|
set |
|
|
|
где Vw – расчетная скорость ветра, м/с (пункт 6 задания);
L – разгон, равный длине водохранилища, м (пункт 6 задания);
Kw – коэффициент, равный 2,1 при скорости ветра до 20м/с;
w – угол между продольной осью водоема и направлением ветра,
град, предварительно w=90 град;
d – глубина воды в верхнем бьефе, вычисляемая по зависимостям
d = НПУ – ДНО, м, |
(3.6) |
или |
|
d = ФПУ – ДНО, м. |
(3.7) |
Высота наката ветровой волны на откос hrun1% может быть в предварительных расчётах принята по графикам, приведенным на рисунке 2 [11],
а для точных расчётов используется зависимость [6]
hrun1% = kr kp ksp krun h1%, м, |
(3.8) |
16
где kr , kp , ksp , krun – коэффициенты, определяемые по таблицам и графикам
[6];
h1% – высота волны 1% обеспеченности [6], м.
При определении отметки гребня по формуле (3.3) ветровой нагон и высоту наката следует вычислять при скорости ветра, равной 0,68· Vw.
Из двух значений, полученных по формулам (3.2) и (3.3), за отметку гребня принимают большее. Затем уточняется максимальная высота пло-
тины, как
Нпл = Гр – ДНО, м, |
(3.9) |
а также ее класс по указаниям [8];
Рисунок 2 – Зависимость высоты наката волны от скорости ветра и длины водохранилища
д) в русловой части плотины со стороны нижнего бьефа устраивается каменный банкет с отметкой гребня
Б = СУ + (1…2) м, (3.10)
где СУ – уровень воды в нижнем бьефе во время перекрытия русла реки,
соответствующий меженному расходу. Приближенно принимается от 2 до
17
5 м3/с. Заложение верхового откоса банкета принимается 1:1,5, низового –
1:2,0; ширина гребня банкета – 3…4 м.
Вычисленные размеры основных элементов плотины позволяют за-
проектировать ее русловой (рисунок 3а) и пойменный (рисунок 3б) профи-
ли.
3.1.3.Фильтрационный расчет плотины
Взадачи фильтрационного расчета входят построение депрессион-
ной кривой и проверка фильтрационной прочности грунта.
Фильтрационные расчеты должны выполнятся согласно положениям
[7], а в курсовой работе необходимо выполнить расчёт только для руслово-
го профиля плотины, и расчётного случая при уровнях: в верхнем бьефе – НПУ; в нижнем – СНУВНБ (самый низкий), определяемый по расходу Qсп
и кривой расходов (рисунок 1).
Расчёты выполняются по рекомендуемой [2] методике. Для случая плотины на водопроницаемом основании конечной мощности при равных коэффициентах фильтрации в основании и теле плотины (KOC=KT) расчёты проводятся согласно [2, таблица 4.10, схема 9] в следующей последова-
тельности.
1.Выбирается расчетная схема (рисунок 4).
2.Строится расчетный профиль плотины. Если в задании приведена глубина залегания водоупора T, то на рисунке откладывается его величина,
если водоупор не задан, то определяется Tусл по формуле
Tусл=2,5H, м, (3.11)
где H – разность отметок уровней воды верхнего и нижнего бьефов (на-
пор).
1
Рисунок 3 – Профили земляной плотины
19
3. Вычисляется отношение |
q |
по формуле [2] |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
KТ |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
H 2 |
H 2 |
|
(H |
1 |
H |
2 |
)T |
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
, |
(3.12) |
||
|
K |
T |
2L |
L |
L |
|
0,4T |
||||||||
|
|
|
|
p |
|
H |
|
P |
|
|
|
|
|
||
где Lp=L+ LВ; LВ=0,4(h1+T); |
LН=(m1∙h2) ⁄ 3; H1 – глубина от НПУ до дна; |
||||||||||||||
H2 – глубина от СНУВНБ до дна (рисунок 4). |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4. Вычисляются ординаты кривой депрессии: |
|
|
|
||||||||||||
а) между сечением 1-1 и дренажём |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
h2 |
h2 |
H 2 |
|
x L T / 2 |
|
, м; |
|
T / 2 L |
||||||||
|
x |
|
c |
c |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
б) между сечением 1-1 и осью ординат
|
|
q |
|
T |
|
|
|
|
hx |
2 |
|
L |
|
|
x |
(T hc ) T |
|
|
|
|
||||||
|
|
KT |
2 |
|
|
|
||
где х – значения по абсциссе, 0≤x≤L;
|
|
2 |
|
q |
T |
|
||
hc |
(H1 T ) |
|
2 |
|
LP |
|
|
T |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
KT |
2 |
|
||
, м,
.
(3.13)
(3.14)
(3.15)
Расчеты удобно выполнять в табличной форме (таблица 5). Кривая депрессии визуально исправляется в зоне, где hx ≥ (H1+T)–q⁄KT.
Таблица 5 – Координаты кривой депрессии
х, м |
5 |
10 |
15 |
|
20 |
25 |
30 |
39 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hх, м |
12,78 |
12,06 |
11,3 |
|
10,5 |
9,58 |
8,59 |
6,46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5. Проверяется фильтрационная прочность грунта по зависимости |
|||||||||
|
|
|
Iд |
Iкр |
, |
|
|
(3.16) |
|
|
|
|
п |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Iд – действующий средний градиент напора;
Iкр – критический градиент по [7];
γn – коэффициент надежности по ответственности, определяемый по [8].
20
Действующий градиент напора для тела плотины вычисляется по
формуле |
|
|
|
|
|
Iд |
|
НПУ СНУВНБ |
. |
(3.17) |
|
|
|
|
|||
|
|
Lр |
|
||
Для основания плотины |
|
|
|
|
|
Iд |
НПУ СНУВНБ |
. |
(3.18) |
||
|
|||||
|
|
Lо 0,9Т |
|
||
Если неравенство (22) не выполняется, что означает возможность на-
рушения фильтрационной прочности грунта тела плотины, необходимо предложить меры по снижению действующего градиента.
3.1.4. Расчет устойчивости низового откоса плотины
Принятые ранее (раздел 3.1.2) заложения откосов являются ориенти-
ровочными. Уточнить их значение можно расчетом устойчивости откосов.
Этот расчет, в курсовой работе, следует выполнять только для низо-
вого откоса, для расчётного случая при уровнях воды: в верхнем бьефе – НПУ, в нижнем – СНУВНБ.
Устойчивость откоса может быть оценена коэффициентом устойчи-
вости, вычисляемым по формуле [2]
Куст |
|
P S |
|
, |
(3.19) |
N Мr |
|
||||
|
|
R |
|
||
где P – сила трения, т;
S – сила сцепления, т;
N – касательная составляющая веса массива обрушения, т;
М – сила воздействия фильтрационного потока, т;
r – плечо, м, равное расстоянию от центра кривой сдвига до центра тяжести площади Ω и измеряемое по рисунку 5.