10796
.pdf
100
108. Определить какой уклон необходимо придать дну треугольного канала для пропуска расхода Q = 2,5 м3/с при следующих данных: глубина наполнения h = 125 см, коэффициенты заложения откосов m1 = 1,25, m2 = 2,75, коэффициент шероховатости n = 0,025.
109. Определить скорость воды в трапецеидальном канале при следующих данных: ширина канала по дну b = 2 м, глубина наполнения h = 0,5 м, коэффициенты заложения откосов m1 = 1,25, m2 = 1,75, коэффициент шероховатости n = 0,04, уклон дна канала i = 0,001.
110. Определить расход воды в треугольном канале при следующих данных: глубина наполнения h = 0,5 м, коэффициент заложения откосов m = 2,5, коэффициент шероховатости n = 0,015, уклон дна канала i = 0,0003.
111. Определить глубину воды в трапецеидальном канале при следующих данных: расход Q = 4,5 м3/с, ширина канала по дну b = 3 м, коэффициенты заложения откосов m1 = 1,5, m2 = 2,5, коэффициент шероховатости n = 0,025, уклон дна канала i = 0,0045.
112. Определить, какой уклон необходимо придать дну трапецеидального канала для пропуска расхода Q = 2 м3/с при следующих данных: ширина канала по дну b = 1,5 м, глубина наполнения h = 95 см, коэффиц иент заложения откоса m = 1,75, коэффициент шероховатости n = 0,025.
101
113. Определить, какой уклон необходимо придать дну трапецеидального канала для пропуска расхода Q = 2,5 м3/с при следующих данных: ширина канала по дну b = 1,5 м, глубина наполнения h = 145 см, коэффициенты заложения откосов m1 = 1,25, m2 = 2,75, коэффициент шероховатости n =
0,025.
114. Определить, какую шероховатость необходимо придать стенкам треугольного канала для пропуска расхода Q = 1,9 м3/с при следующих данных: глубина наполнения h = 125 см, коэффициент заложения откосов m = 1,25, уклон дна канала i = 0,0012.
115. Определить скорость воды в трапецеидальном канале при следующих данных: ширина канала по дну b = 5 м, глубина наполнения h = 1,3 м, коэффициенты заложения откосов m = 2,5, коэффициент шероховатости n = 0,025, уклон дна канала i = 0,0045.
116. Определить расход воды в трапецеидальном канале при следующих данных: ширина канала по дну b = 2,5 м, глубина наполнения h = 0,5 м, коэффициент заложения откоса m = 2,5, коэффициент шероховатости n = 0,015, уклон дна канала i = 0,0003.
102
117. Определить, какой уклон необходимо придать лотку параболического поперечного сечения для пропуска расхода Q = 57 м3 /с при следующих данных: параметр p = 4 м, глубина наполнения h = 408 см, коэффициент шероховатости n = 0,025.
118. Определить глубину воды в трапецеидальном канале при следующих данных: ширина канала по дну b = 4,5 м, расход Q = 10 м3/с, коэффициент заложения откосов m = 1,5, коэффициент шероховатости n = 0,012, уклон дна канала i = 0,0015.
119. Определить шероховатость стенок в лотке параболического поперечного сечения при следующих данных: расход Q = 0,224 м3/с, параметр p = 0,2 м, глубина наполнения h = 56 см, уклон дна i = 0,0009.
120. Определить, какую шероховатость необходимо придать стенкам трапецеидального канала для пропуска расхода Q = 4,5 м3/с при следующих данных: ширина канала по дну b = 3,7 м, глубина наполнения h = 125 см, коэффициент заложения откосов m = 1,25, уклон дна канала i = 0,00075.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
водохозяйственных сооружений
Методические указания к выполнению расчетной работы.
Рекомендации для самостоятельной работы студентов
Введение
В соответствии с п. 2.1 10 на вновь строящихся и реконструируемых объектах следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ). Согласно рекомендациям таблицы 41.411 при подготовке оснований и монтаже фундаментов в определенных гидрогеологических условиях в зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлованов может быть осуществлено разными способами: с применением открытого водоотлива, электроосмоса, легких иглофильтровых установок, буровых скважин с насосами, дренажных систем и др.
Этот комплекс вспомогательных работ должен исключать нарушения природных свойств грунтов в основании возводимых сооружений и обеспечивать устойчивость устраиваемой земляной выемки.
Впредлагаемой работе будем заниматься конструированием открытого водоотлива, как наиболее приемлемым для осушения строительного котлована под фундамент стандартного жилого здания с подвалом.
1. Предпосылки к расчету
Всоответствии с индивидуальным заданием на курсовую работу студенту необходимо выполнить гидравлический расчет осушения строительного котлована для схемы, указанной на рис. 1.
1.1.Назначение исходных данных
Предварительно студент должен выписать из таблицы задания характеристики строительного объекта и материалы инженерно-геологических изысканий в соответствии с ключом, зашифрованным первыми буквами фамилии, имени и отчества. В работе приводится пример расчета для обезличенного задания из табл. 1.
Таблица 1 – Исходные данные к курсовой работе
|
Характеристики строительного объекта |
Материалы инженерно – геологиче- |
|||||||
|
|
ских изысканий |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Алфавит |
Отметка |
Глубина |
Размеры котлована |
Грунты |
Залегание под |
||||
верха |
строи- |
по дну |
землей на глубину |
||||||
|
|
||||||||
строитель- |
тельно- |
|
|
водо- |
|
грун- |
водо- |
||
ного кот- |
го кот- |
ширина, |
длина, |
водо- |
товых |
||||
|
|
||||||||
|
прони- |
упора |
|||||||
|
лована, |
лована, |
В, м |
L, м |
упор |
вод, |
|||
|
цаемые |
hв.у. м |
|||||||
|
zв , м |
Нк , м |
|
|
|
hг.в., м |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
А |
105,0 |
3,5 |
60,0 |
90,0 |
гравий, |
глина |
1,0 |
5,0 |
|
песок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Б |
99,0 |
3,0 |
55,0 |
80,0 |
крупно- |
глина |
1,5 |
7,0 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
В |
15,0 |
4,0 |
40,0 |
80,0 |
средне- |
глина |
2,0 |
6,5 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Г |
39,0 |
5,0 |
45,0 |
75,0 |
мелко- |
глина |
2,5 |
6,0 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Д |
61,0 |
4,5 |
35,0 |
70,0 |
крупно- |
глина |
1,2 |
5,2 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
Е |
55,0 |
3,5 |
30,0 |
60,0 |
супесь |
глина |
1,7 |
5,8 |
|
Ё |
154,0 |
4,0 |
25,0 |
50,0 |
гравий, |
глина |
1,9 |
6,4 |
|
песок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ж |
68,0 |
5,0 |
40,0 |
60,0 |
сугли- |
глина |
2,2 |
6,7 |
|
нок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
З |
77,0 |
4,5 |
60,0 |
90, |
гравий, |
глина |
2,4 |
7,1 |
|
песок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
И |
48,0 |
4,0 |
70,0 |
100,0 |
мелко- |
глина |
2,6 |
6,9 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
К |
68,5 |
3,5 |
20,0 |
60,0 |
супесь |
глина |
0,8 |
5,5 |
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Л |
-25,0 |
5,0 |
30,0 |
80,0 |
мелкий, |
глина |
1,1 |
6,8 |
|
|
|
|
|
|
супесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сугли- |
|
|
|
|
М |
0,7 |
4,0 |
70,0 |
90,0 |
нок, су- |
глина |
2,1 |
5,3 |
|
|
|
|
|
|
песь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Н |
-30,0 |
4,5 |
40,0 |
90,0 |
мелко- |
глина |
1,9 |
6,3 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
О |
0,0 |
5,0 |
20,0 |
45,0 |
мелкий, |
глина |
2,7 |
6,1 |
|
|
|
|
|
|
супесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
П |
3,0 |
5,0 |
30,0 |
75,0 |
мелко и |
глина |
1,5 |
6,5 |
|
средне- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
Р |
140,0 |
4,5 |
25,0 |
65,0 |
супесь |
глина |
2,5 |
6,2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
30,0 |
4,0 |
35,0 |
65,0 |
сугли- |
глина |
2,4 |
6,5 |
|
нок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Т |
63,0 |
4,5 |
30,0 |
90,0 |
крупно- |
глина |
2,1 |
6,8 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
У |
-20,5 |
5,0 |
40,0 |
100,0 |
гравий, |
глина |
1,7 |
7,2 |
|
песок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
сугли- |
|
|
|
|
Ф |
-0,5 |
4,0 |
45,0 |
90,0 |
нок, су- |
глина |
1,5 |
7,4 |
|
|
|
|
|
|
песь |
|
|
|
|
Х |
1,0 |
4,5 |
20,0 |
70,0 |
гравий, |
глина |
1,0 |
7,0 |
|
песок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Ц |
5,0 |
5,0 |
30,0 |
50,0 |
мелкий, |
глина |
2,2 |
5,7 |
|
|
|
|
|
|
супесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сугли- |
|
|
|
|
Ч |
-12,3 |
4,5 |
75,0 |
90,0 |
нок, су- |
глина |
2,8 |
6,6 |
|
|
|
|
|
|
песь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Ш |
-19,0 |
5,0 |
40,0 |
55,0 |
мелкий, |
глина |
2,6 |
5,8 |
|
|
|
|
|
|
супесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Щ |
0,3 |
4,0 |
35,0 |
45,0 |
средне- |
глина |
1,9 |
6,1 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
Э |
-20,05 |
4,0 |
40,0 |
65,0 |
гравий, |
глина |
2,4 |
6,3 |
|
песок |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ю |
10,0 |
4,5 |
35,0 |
75,0 |
супесь |
глина |
2,6 |
6,6 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
Я |
-25,0 |
4,0 |
75,0 |
100,0 |
крупно- |
глина |
2,3 |
6,0 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
Пользоваться таблицей следует следующим образом:
1.Буква начала фамилии дает выбор размеров колонок 2, 3;
2.Буква начала имени дает выбор размеров колонок 4, 5, 6;
3.Буква начала отчества дает выбор размеров колонок 7, 8, 9.
В соответствии с выбранными данными вычерчивается расчетная схема с указанием расчетных величин.
Перед студентом стоит задача выполнить расчеты в следующей последовательности:
- в разделе 1 «Фильтрационный расчет» определить длину и конфигурацию кривой депрессии, построить её, вычислить приток грунтовых вод, фильтрационный расход, приходящийся на 1 погонный метр водосборной системы
1, 2, 4, 9 ;
-в разделе 2 «Расчет водосборной системы» необходимо в зависимости от варианта задания сконструировать водосбор 2, 4, 9 . Вычислить геодезические отметки начала канала, точки поворота, конца канала. Наметить место и размеры водосборного колодца (зумпфа);
-в разделе 3 «Расчет насосной установки» необходимо рассчитать всасывающую и напорную линии, построить пьезометрические и напорные линии.
Вычислить необходимый вакуум, полный напор насоса и по 3, 8 подобрать марку насоса;
- в разделе 4 «Расчет ливневого коллектора», воспользовавшись рекомендациями 5, 12 , определить фактическое наполнение коллектора, глубину и скорость равномерного движения.
4
1.2. Расчетная схема открытого водоотлива
|
Характеристики строительного объекта |
Материалы инженерно – геологиче- |
|||||||
|
|
ских изысканий |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Алфавит |
Отметка |
Глубина |
Размеры котлована |
Грунты |
Залегание под |
||||
верха |
строи- |
по дну |
землей на глубину |
||||||
|
|
||||||||
строитель- |
тельно- |
|
|
водо- |
|
грун- |
водо- |
||
ного кот- |
го кот- |
ширина, |
длина, |
водо- |
товых |
||||
|
|
||||||||
|
прони- |
упора |
|||||||
|
лована, |
лована, |
В, м |
L, м |
упор |
вод, |
|||
|
цаемые |
hв, м |
|||||||
|
zв , м |
Нк , м |
|
|
|
hг.в., м |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
песок |
|
|
|
|
N |
99,0 |
3,0 |
55,0 |
80,0 |
средне- |
глина |
1,0 |
4,0 |
|
|
|
|
|
|
зернист. |
|
|
|
|
1
м 55=В
м 08=L
|
Q5,0 |
рп |
1 |
i |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|||
Q5,0 |
|
|
|
|
7 |
||
рп |
|
|
|
|
4 |
||
|
|
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
6 |
|||
|
|
i |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
м 99= z |
|
|
в |
|
м 1= |
м 89= z |
h |
в.г |
|
.в.г |
|
|
|
|
Q |
м 4= |
h |
рп |
|
||
.у.в |
|
|
|
|
м 59= z |
|
|
.у.в |
1-1 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ав |
|
дов хывотнург ьневору |
|
|
|
|
|
|
|
|
я |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ед |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ссе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м 3= Н |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м 69= z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в тсалп йынсонодов |
|
К |
|
|
Qрп |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
етнург момеацинорподов |
|
|||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
анилг-ропуодов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Схема строительного котлована
1 – строительный котлован, осушается от грунтовых вод; 2 – водоотводящие лотки; 3 – зумпф (водосборный колодец); 4 – всасывающая линия насоса; 5 – центробежный насос; 6 – напорная линия насоса; 7 – ливневой коллектор; L, B, H – длина, ширина и глубина строительного котлована; НВ.Г. - мощность водопроницаемого грунта;
НВ.П. - мощность водоносного пласта; S - глубина откачки; hг.в. - залегание под землей грунтовых вод; hв - залегание под землей водоупора; zв - отметка верха строительного котлована; z г.в. - отметка уровня грунтовых вод; zк - отметка дна строительного котлована; zв.у. - отметка водоупора
5
2. Фильтрационный расчет
Водопроницаемый грунт состоит из отдельных частиц (песчинок), между которыми имеются поры. Явление движения в воды в этих порах называется фильтрацией. Вода в поры может попасть различным образом, например, выпадая на поверхность земли в виде дождя, она затем просачивается в грунт. На некоторой глубине такая вода может быть задержана слоем водонепроницаемого грунта (плотной глиной, скалой); при этом вода далее будет двигаться по поверхности водонепроницаемого слоя, называемого водоупором.
На рис. 1 показана схема несовершенного колодца (котлована), у такого колодца дно не доведено до водоупора. Здесь фильтрующаяся вода поступает в колодец не только через его боковые стенки, но и через дно.
Через некоторое время после того, как колодец будет выкопан в грунте, он заполнится водой, причем уровень воды в нем будет совпадать с естественным уровнем грунтовых вод. Представим себе, что из такого колодца начали откачивать определенный расход воды Q=const. При этом уровень воды в колодце будет понижаться; причем по направлению к колодцу начнется движение грунтового потока с образованием депрессионной воронки, симметричной при однородном грунте. По мере понижения уровня расход воды, поступающей из грунта в колодец, будет увеличиваться. Вскоре наступает такой момент, когда расход воды, поступающей из грунта в колодец, сделается равным расходу Q, откачиваемому из колодца. При этом получается установившееся движение грунтовой воды, которому отвечает определенная глубина h в колодце. В этом случае уровень воды в колодце и отметки кривой депрессии будут постоянны.
2.1. Построение кривой депрессии
Кривую депрессии можно построить по уравнению, вытекающему из уравнения Дюпюи (3). При этом выясняется величина радиуса влияния R. Понятие радиуса влияния колодца носит несколько условный характер, это расстояние до точек, где влияние колодца на положение уровня грунтовых вод прекращается. Величину R иногда назначают по данным практики – в зависимости от рода грунта, например, для мелкозернистого грунта R=250 м, для крупнозернистого R=1000 м. Более точное значение R устанавливают на осно-
вании гидрогеологических изысканий. |
|
|
|
Определим R по эмпирической формуле В. Зихарда |
|
(1) |
|
R = 3000 S k |
, |
|
|
|
|
|
|
где S=zк – zг.в. =98,0-96,0=2,0 м – глубина откачки; k=25 м/сут.= |
25 |
=0,0003 |
|
|
|||
24 3600 |
|||
м/с – коэффициент фильтрации среднезернистого песка, принят по приложению 1 данных указаний.
R=3000·2,0· 
0,0003 =103,9 м.
Строим кривую депрессии по уравнению:
6
y |
|
= H |
|
− |
H |
2 |
− H |
2 |
|
|
|
|
|||||
2 |
2 |
|
1 |
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x
,
(2)
где Н1=3 м – расстояние от УГВ до водоупора; Н2=1 м – расстояние от дна котлована до водоупора; x и y показаны на рис. 2. Вычисления сводятся в табл. 2. По данным табл. 2 вычерчивается кривая депрессии, рис. 2.
Таблица 2 – К построению кривой депрессии
x, м |
0 |
25 |
50 |
75 |
100 |
103,9 |
y2 |
9 |
7,07 |
5,15 |
3,23 |
1,3 |
1 |
y, м |
3 |
2,7 |
2,27 |
1,8 |
1,14 |
1 |
|
м ,y |
|
0,99 |
|
4 |
м1=h |
0,89 |
|
|
вг |
3 |
|
|
м 3=Н |
2 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
0,59 |
|
0 |
м 9,301=R
|
ии |
|
|
|
|
|
ссер |
|
|
|
м 3= H |
|
п |
ед |
|
|
|
|
|
яавирк |
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,69 |
|
|
|
|
|
м 1=Н |
|
|
|
|
9,301 |
2 |
|
|
|
|
|
|
52 |
|
05 |
57 |
001 |
м ,х |
|
|
|
|
|
Рисунок 2 – Построение кривой депрессии
2.2. Расчет притока воды в котлован
Уравнение Дюпюи записывается
2q |
= |
Н12 − Н 22 |
, |
(3) |
|
k |
l |
||||
|
|
|
Определим величину расхода фильтрационных вод на 1 погонный метр периметра котлована по уравнению, вытекающему из (3), заменив длину участка между двумя сечениями l на R
|
Н12 |
− Н 22 |
2 |
|
q = |
|
|
k , м /с |
(4) |
|
2R |
|||
|
|
|
|
q = 92 −12 0,0003=1,15·10-5 м2/с.
2 103,9
Вычислим общий фильтрационный расход, притекающий в котлован
Q=q·(2B+2L), м3/с (5)
где (2B+2L) - фронт сбора фильтрационных вод.
Q =1,15·10-5·(2·55+2·80)=3,1·10-3 м3/с.