Расчет и проектирование водохранилищного узла

Расчет и проектирование водохранилищного узла

1. Расчет земляной плотины

1.1 Конструирование поперечного профиля плотины

Один из основных вопросов проектирования плотин из грунтовых материалов — определение устойчивого и экономически выгодного ее профиля. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины, а также условий строительства и эксплуатации.

1.1.1 Гребень плотины

Ширину гребня плотины принимают в зависимости от категории дороги, но не менее 4,5 м.

Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается односторонний или двусторонний поперечный уклон (при асфальтобетонных покрытиях =1,5‰, а при других =3‰), а на обочинах устраиваются ливнестоки.

По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб (бетонные столбики размерами 10,30,3 м с шагом 5 м); низких стенок или парапет.

Покрытие проезжей части автодороги выбирается в зависимости от ее категории и укладывается на подготовку из гравийно-песчаного или щебеночного грунта. Если гребень плотины сложен из глинистых грунтов, то для его защиты от промерзания укладывается слой несвязного (песчаного) грунта, толщина которого, включая и покрытие гребня, должна быть не менее глубины промерзания грунта в районе строительства.

1.1.2 Высота плотины

Высота плотины назначается на основе расчета необходимого возвышения d над расчетным уровнем воды в верхнем бьефе. При этом рассматриваются два случая стояния уровня воды в верхнем бьефе:

1. Нормальный подпорный уровень (НПУ)=28.

2. Форсированный подпорный уровень (ФПУ)=30.

Возвышение гребня плотины d в обоих случаях определяется по формуле:

(1.1)

где, а — запас возвышения гребня плотины, принимаемый для всех классов плотин не менее 0,5 м; в курсовом проекте принимаем = 1 м.

— ветровой нагон воды в верхнем бьефе

(1.2)

Здесь — угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град;

W — расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема, м/с;

D — длина разгона волны, м;

d — глубина воды в ВБ при расчетном уровне, м;

— коэффициент, определяемый по табл. 1.1.

Таблица 1.1

— высота наката на откос волн обеспеченностью 1%, м.

. (1.3)

Здесь k_? и k_н.п коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по табл. 1.2.

Таблица 1.2

K_с — коэффициент, определяемый (табл. 1.3) в зависимости от скорости ветра и заложения откосов. Принимаем K_с=1,1

Таблица 1.3

K_в — коэффициент, принимаемый в зависимости от угла подход фронта волны к плотине, при угле=12?, K_в=0,98.

K_н.г.=1,4, при заложении откоса m=3 и при /h_1%=22.7/1.9=12 (график 3.4 [1]).

K_н1%.=1, коэффициент, учитывающий вероятность превышения по накату 1% вероятности.

h_1% — высота волны 1%-й обеспеченности, определяется в следующей последовательности:

1) вычисляются безразмерные комплексы

и ,

где t=6 ч=21 600 сек, D=12 500 м длина водохранилища и W=17 м/с скорость ветра при 1% обеспеченности.

2) по графику 3.2 по каждому из найденных комплексов определяется значение относительных параметров и

= =

; ;

3) принимаем наименьшие значения относительных параметров и найдем среднюю высоту волны h=0,032*17²/9,81=0,94 м и средний период волны ф=2,2*17/9,81=3,8.

4) Вычисляем среднюю высоту волны:

(1.4)

5) Высота волны 1% вероятности превышения определяется по формуле:

. (1.5)

Здесь k_1% =2,1 — коэффициент, принимаемый по графику 3.3 [1];

Н_пл=d+НПУ=28+3,615=32 м Проводим аналогичный расчет при ФПУ:

— высота наката на откос волн обеспеченностью 1%, м.

h_1% — высота волны 1%-й обеспеченности, определяется в следующей последовательности:

1) вычисляются безразмерные комплексы

и ,

где t=6 ч=21 600 сек, D=15 000 м длина водохранилища и W=17 м/с скорость ветра при 1% обеспеченности.

2) по графику 3.2 по каждому из найденных комплексов определяется значение относительных параметров

и

= =

; ;

3) принимаем наименьшие значения относительных параметров и найдем среднюю высоту волны h=0,035*17²/9,81=1 м и средний период волны ф=2,3*17/9,81=3,99.

4) Вычисляем среднюю высоту волны:

5) Высота волны 1% вероятности превышения определяется по формуле:

.

Здесь k_1% =2,1 — коэффициент, принимаемый по графику 3.3 [1];

K_н.г.=1,3, при заложении откоса m=3 и при /h_1%=24,8/2,1=11,8 (график 3.4 [1]).

Н_пл=d+НПУ=30+3,65=33.65=34 м Из двух полученных результатов расчета (при НПУ и ФПУ) выбирается более высокая отметка гребня. Принимаем высоту плотины Н_пл.= 34 м.

1.1.3 Откосы плотины

Выбор заложения (крутизны) откосов плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, методов производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются.

Ориентировочные значения заложений откосов земляных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью, не меньшей, чем в теле плотины, приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Приведенные в табл. 1.4 данные относятся к средним по высоте значениям заложения откосов. В высоких плотинах откосы могут иметь переменное заложение, увеличивающееся сверху вниз, что позволяет запроектировать более экономичный профиль плотины, обеспечивая устойчивость его откосов.

На откосах высоких и средней высоты плотин устраиваются бермы. На верховом откосе бермы устраиваются в конце основного крепления, создавая ему необходимый упор и обеспечивая возможность его осмотра и ремонта, и в местах изменения заложения откоса. На низовом откосе бермы служат для сбора и отвода дождевых и талых потоков, предохраняя тем самым низовой откос от размыва, а также для обеспечения проезда в период строительства плотины. Иногда по бермам низового откоса могут прокладываться автомобильные или железные дороги. Как правило, бермы устраивают в местах изменения заложения откоса и сопряжения тела плотины со строительными перемычками. Расстояние между бермами по высоте плотины принимается равным 10…15 м.

Ширина бермы назначается не менее 3 м, если по ней предусматривается проезд, и не менее 1…2 м, если проезд не предусмотрен.

На внутренней стороне бермы устраивается кювет, служащий для сбора и организованного отвода дождевых и талых вод.

1.1.4 Крепления откосов

Откосы земляных плотин подвержены разрушающим воздействиям ветровых волн, течений воды, льда, атмосферных осадков и т. д. Для предотвращения их разрушения предусматриваются соответствующие виды креплений.

Наиболее распространенными видами креплений верхового откоса плотины являются:

а) Каменная наброска из несортированного камня. Такое крепление обычно применяется на откосах с заложением m 2,5…3 при расчетной высоте волны до 2,5…3 м В составе наброски из несортированного камня должно быть по объему не менее 50% материала с расчетным диаметром D_ш.

где D₈₅ — диаметр камня, масса которого вместе с массой более мелких фракций составляет 85% массы всей каменной наброски;

б) Железобетонные крепления из монолитных или сборных плит. Монолитные железобетонные плиты используются для крепления откосов плотин на крупных водохранилищах при высоте волны от 2 до 4 м.

Сборные железобетонные плиты имеют размеры в плане от 1,51,5 м до 55 м в зависимости от условий их транспортировки и удобства укладки на откос. В процессе укладки плиты омоноличиваются в секции размером в плане 2020 м и более. Применяются они обычно при высоте волны до 2,5…3 м.

Все виды креплений верхового откоса плотины укладываются на подготовку в виде обратного фильтра, материал, число слоев и толщина которого выбирается в зависимости от грунта откоса и наличия местных строительных материалов.

Обратный фильтр под каменной наброской и плитами с открытыми швами может состоять из одного слоя разнозернистых материалов или двух слоев материалов с различными по крупности частицами, а также из искусственных водопроницаемых материалов (стекловолокна, минеральной ваты и др.). Под плитами с закрытыми швами, как правило, укладывается однослойный обратный фильтр. Минимальная толщина подготовки 35 см.

Крепление верхового откоса плотины подразделяется на основное (в зоне наиболее интенсивного волнового и ледового воздействий) и облегченное, располагаемое ниже основного крепления.

Верхней границей основного крепления, как правило, является гребень плотины. Нижняя граница основного крепления принимается на отметке, заглубленной на величину Н_кр = 2h_1% под минимальный уровень воды в водохранилище (ГМО). Нижняя граница облегченного крепления принимается на отметке, где донные волновые скорости не превышают размывающих скоростей для грунта откоса плотины. Ориентировочно нижнюю границу облегченного крепления можно принимать на отметке, заглубленной на величину Н_кр под нижнюю границу основного крепления.

Часть низового откоса земляных плотин, подверженная воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, крепится аналогично верховому. Остальная часть низового откоса защищается от разрушения атмосферными осадками, либо посевом трав по слою растительного грунта толщиной 0,2…0,3 м, либо отсыпкой гравия или щебня толщиной 0,2 м.

1.1.5 Противофильтрационные устройства

Противофильтрационные устройства выполняются из материалов значительно менее водопроницаемых, чем материал тела плотины. Это либо слабоводопроницаемые грунты (глины, суглинки и др.) и их смеси, либо негрунтовые материалы (бетон, железобетон, асфальтобетон, полимерные пленки и т. д.). Конструктивно противофильтрационные устройства выполняют в виде экрана, понура, ядра, диафрагмы, зубьев, шпунтовых стенок, инъекционных завес и т. д.

Для земляных насыпных плотин толщину грунтового экрана и ядра по верху назначают из условия производства работ, но не менее 0,8 м с постепенным утолщением к низу (ширина ядра по низу не меньше 0,1Н₁). Отметка гребня экрана должна быть не ниже отметки ФПУ с учетом высоты наката и ветрового нагона уровня воды. Возвышение гребня ядра над ФПУ принимается только с учетом ветрового нагона. Ширина экрана равна от 0,8 м по верху и от 1 до 3 по низу.

Понур выполняется толщиной не менее 0,5 м для предотвращения промерзания и размывов, участки ядра и понура покрываются защитным слоем (песок).

Толщина защитного слоя верхней части экрана не меньше глубины промерзания, а у подошвы плотины до 2 м. Длина понура принимается (5−10) Н₁, толщина понура меняется от 0,5 в начальной части и до 1,5 м у экрана. По подземному контуру рекомендуется устанавливать 2 зуба: в начале понура, глубиной до 0,5 м и в месте сопряжения с экраном, глубиной до 2 м.

1.2 Дренажные устройства

Дренажные устройства в теле земляной плотины предназначены для сбора и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационного потока, недопущения его выхода на незащищенный низовой откос плотины и в зону, подверженную промерзанию, а также ускорения консолидации глинистых грунтов и уменьшения порового давления в теле плотины и основании.

Обычно дренаж состоит из двух частей: приемной, которая выполняется в виде обратного фильтра, и отводящей, выполняемой из камня, дренажных труб, пористого бетона и т. д.

Дренажная призма (банкет) устраивается чаще всего на русловых участках плотины. Превышение гребня дренажной призмы над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе h_s определяется с запасом на волнение и должно быть не менее 0,5 м. Минимальная ширина призмы поверху 1 м. коэффициент заложения внутреннего откоса составляет 1…1,5, а наружного 1,5…2.

Трубчатый дренаж используется на тех участках плотины, где отсутствует вода в нижнем бьефе. Выполняется он из гончарных, перфорированных бетонных или асбестоцементных труб, в также труб из пористого бетона, уложенных с уклоном параллельно подошве низового откоса и обсыпанных обратным фильтром. Поперечное сечение дренажных труб определяется гидравлическим расчетом из условия обеспечения в них безнапорного движения воды. Минимальный диаметр дренажных труб 200 мм. По длине трубчатого дренажа через каждые 50…200 м устраиваются смотровые колодцы.

1.2.1 Фильтрационный расчет

В ходе выполнения фильтрационного расчета определяют:

1) положение кривой депрессии,

2) фильтрационный расход воды через тело плотины и ее основание,

3) скорости и градиенты напора фильтрационного потока в нижний бьеф, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтрационных устройств.

Расчет однородной плотины с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании.

Под водонепроницаемым понимают такое основание, коэффициент фильтрации которого, по сравнению с коэффициентом фильтрации тела плотины настолько мал, что может быть приравнен к нулю.

Порядок расчета Высота выхода депрессионной кривой на низовой откос над уровнем основания плотины в НБ равна:

(1.6)

где H₁ — глубина воды в верхнем бьефе;

L_p — ширина эквивалентного профиля плотины по основанию, определяется:

L_p=?L+L (1.7)

?L=в*H₁=0.4*30=12 м (1.8)

в — коэффициент учитывающий крутизну верхового откоса со стороны ВБ, при откосе m?2, в=0.4

(1.9)

где m₁ = 3, m₂ =4, m₃=1.2 — заложения откосов верхового, низового и наружного дренажного банкета соответственно;

b_гр =6 м — ширина гребня плотины;

h_д =3 м — высота дренажного банкета;

d — превышение над расчетным уровнем воды, рассчитанное нами раннее.

L_p =11,2+141,25=152,45 м Величину захода депрессионной кривой в дренаж определяют по формуле:

(0,05…0,06)*Н₁=0,05*28=1,4 м Расход фильтрационного потока через тело плотины определяется по зависимости:

(1.10)

Где К_т — коэффициент фильтрации через тело плотины[2]

Ордината кривой депрессии в начале дренажа определяется:

h₂=q_т/K_т=2,55 м (1.11)

Кривую депрессии строим по уравнению:

(1.12)

Задаемся значением х не менее 6 раз в диапазоне от х=?L до x=L_p и вносим в таблицу 1.5.

Таблица 1.5 — Координаты для построения кривой депрессии

Скорость фильтрации при выходе фильтрационного потока на низовой откос составляет:

н_вых=К_т*J_вых =0,18*10^-3 (1.13)

где J_вых — уклон кривой депрессии (градиент напора) при выходе на низовой откос, будет равен:

J_вых=?у /?х =25,45/141,25=0,18 (1.14)

?у =25,45 — падение депрессионной кривой на интервале? х =141,25 разность двух крайних расчетных точек при построении кривой депрессии.

1.3 Расчет устойчивости откосов

Расчет устойчивости откосов грунтовой плотины всех классов следует выполнять для кругло цилиндрических поверхностей сдвига. При использовании метода круглоцилиндрических поверхностей сдвига выполняются следующие операции:

1) Строят область нахождения центров поверхностей сдвига. Построение области нахождения центров поверхностей сдвига ведем по рекомендациям В. В Фандеева. Для этого из середины низового откоса проводим вертикальную линию и прямую под углом 85° к откосу.

По значению (таблица 2) устанавливаем значение коэффициентов и и определяем радиус.

Таблица 1.6

(1.15)

(1.16)

Дуги найденных радиусов также проводим из середины низового откоса. Построенный таким образом криволинейный четырехугольник представляет собой область наиболее вероятных центров кривых сдвига.

2) Проводят круглоцилиндрические поверхности сдвига. Поверхность сдвига на поперечном графике представляет собой дугу окружности радиусом, проведенную таким образом, чтобы она пересекала гребень плотины и захватывала часть основания. При этом граница кривой сдвига на поверхности основания обычно не выходит за пределы 2 во внешнюю сторону от подошвы откоса. При несвязных грунтах основания и тела плотины кривую сдвига рекомендуется проводить вблизи подошвы плотины.

3) Вычисляем значения коэффициентов устойчивости откоса для множества поверхностей сдвига. Значение коэффициента устойчивости откоса для некоторой кривой сдвига вычисляем для 1 м длины плотины в следующей последовательности:

— область, ограниченную кривой сдвига и внешним очертанием плотины (массив обрушения) разбивают вертикальными кривыми на отсеки с шириной. Центр нулевого отсека размещаем под центром кривой сдвига, а остальные отсеки нумеруем с положительным знаком при распределении их вверх по откосу.

— для каждого откоса вычисляем и, где — угол наклона подошвы отсека к горизонту. При, где — порядковый номер отсека с учетом его знака. Заполняем таблицу 1.7.

Таблица 1.7

— определяем средние высоты

— слой грунта тела плотины при естественной влажности;

— слой грунта тела плотины при насыщении водой;

— слой грунта основания при насыщении водой.

В качестве средних высот принимаем высоты частей замеренных в середине отсека по чертежу.

— вычисляем плотность грунта каждого слоя по формулам

— плотность грунта тела плотины при естественной влажности и при насыщении водой, при насыщении водой грунта основания;

— пористость грунта;

— коэффициент зависящий от влажности грунта

— плотность воды;

 — удельная плотность частиц грунта тела и основания плотины.

— определяем приведенную высоту отсеков:

(1.17)

Где — слой воды над отсеком (в данном проекте отсутствует).

— устанавливаем силу трения, возникающую на подошве всего массива обрушения, суммируя соответствующие силы по отсекам

(1.18)

находим по таблице 3.8. Значение будет постоянным на протяжении каждой составной части кривой сдвига, проходящей в грунте тела плотины выше кривой депрессии, ниже кривой депрессии —, в основании плотины — .

— подобным же образом вычисляют касательную составляющую веса массива обрушения:

(1.19)

— силу сцепления, возникающую на подошве массива обрушения, определяют по формуле

(1.20)

где, , — удельные сцепления грунта тела плотины при естественной влажности и при насыщении водой, а также грунта основания, насыщенного водой;

, — длины дуг кривой сдвига, соответствующих удельным сцеплениям, ,, определенные по чертежу.

— фильтрационную силу учитывают как объемную. При отсутствии дренажа

(1.21)

где ;

— средний градиент фильтрационного потока

— падение депрессионной кривой в пределах массива обрушения; - расстояние на котором произошло падение депрессионной кривой на .

— вычисляют значение коэффициента устойчивости откоса

— плечо фильтрационной силы, которое измеряют по чертежу.

Найденное значение превышает нормативное, что свидетельствует о невозможности обрушения откоса по рассматриваемой поверхности сдвига.

1.4 Расчет осадки тела и основания плотины

Расчет осадки тела и основания плотины проводят для определения требуемого строительного объема плотины, а также для уточнения работ по ее возведению.

При расчете осадок основания и тела плотины руководствуются СНиП II.16−76.

Требуется определить стабилизированную осадку гребня плотины методом Н. А. Цитовича и по эмпирической зависимости М. И. Гогоберидзе.

Полную осадку основания под гребнем плотины определяют по формуле

м — мощность сжимаемого основания плотины;

1) — средневзвешенный коэффициент пористости грунта основания плотины при .

— значение, взятое с компрессионной кривой (рисунок 3.18, в[1]) для соответствующего грунта при ;

— толщина одного слоя грунта;

— напряжение в середине сжимаемого слоя грунта основания плотины при естественном состоянии.

— объемная масса грунта.

Отсюда Так как в основании нами рассчитывается один грунт, то

2) — средневзвешенный коэффициент пористости при .

— напряжение в основании под гребнем плотины с учетом первоначального напряжения .

Напряжение в точке В от насыпи составит составит:

Напряжение в точке С находим как сумму от трех нагрузок (левого треугольника, средней части (прямоугольника) и правого треугольника):

(1.27)

· Считаем нагрузку на левый треугольник. Вычислим соотношения:

По данным соотношениям устанавливаем вертикальное напряжение по таблице 3.11, выраженное в долях от интенсивности нагрузки.

· На среднюю часть:

По таблице 3.10 определяем вертикальное напряжение .

· На правый треугольник Устанавливаем вертикальное напряжение по таблице 3.11 [1]

Далее подставляем полученные значения в формулу 1.27:

По формуле 1.26 определяем напряжение в основании под гребнем плотины с учетом первоначального напряжения:

Отсюда, тогда полная осадка равна:

Эмпирическая зависимость М. И. Гогоберидзе.

Приближенное значение стабилизированной осадки вычисляем по зависимости:

(1.28)

2. Расчет башенного водовыпуска

Гидравлический расчет водовыпуска

Трубы водовыпусков рассчитываются как длинные: h_тр?10Н с уклоном i_кр?i и па безнапорный режим.

Запроектируем водовыпуск для пропуска воды в оросительный канал. Расчетный расход воды потребления:. Труба состоит из двух участков: и. В конце трубы для успокоения потока устроен водобойный колодец глубиной d = 0,5 м и длиной 3,35 м. Отметка НПУ595,0 м.

Гидравлический расчет сводится к определению размеров трубы с условием сопряжения бьефов. Для начала выполним гидравлический расчет оросительного канала на максимально возможный расход.

Примем ширину канала по дну, коэффициент шероховатость n = 0,025, уклон дна канала .

Определим площадь поперечного сечения канала по формуле:

(2.1)

Смоченный периметр определим по формуле:

(2.2)

Гидравлический радиус и коэффициент Шези по формулам:

(2.3)

(2.4)

Скорость и расход воды в канале равны:

(2.5)

(2.6)

Дальнейшие расчеты производим в табличной форме (табл. 2.1).

Таблица 2.1 — Гидравлические характеристики участкового канала

Отсюда по рисунку 2.1 определим фактическую максимальную глубину и соответствующую скорость воды в канале: = 1,05 м, V_max = 3,5 м³ /с.

Строительная высота канала равна:

(2.7)

где строительный запас,

Рисунок 2.1 — Кривая зависимости

Гидравлический расчет водовыпуска сводится к определению размеров трубы и условия сопряжения бьефов.

Работа водовыпуска при минимальном уровне.

Размеры трубы определяют из условия пропуска заданного расхода при минимальном уровне воды в водохранилище, близком к уровню мертвого объема. В этом случае движение воды через водовыпуск происходит, как в безнапорной трубе, и расход вычисляется по формуле затопленного водослива с широким порогом:

(2.8)

где — коэффициент бокового сжатия; - коэффициент скорости; - ширина трубы; - глубина воды в трубе, принимаемая приближенно равной глубине воды в отводящем канале; - потери напора в трубе водовыпуска.

Высоту трубы назначаем на 0,25 м больше глубины воды в трубе.

На свободной поверхности воды образуются три перепада, выражающие гидравлические потери при входе в трубу в начале, при входе в трубу в башне и при входе воды в канал.

Зная бытовую глубину в оросительном канале м. при расходе и ширину канала, найдем перепад из уравнения (2.8).

Приняв значение и и подставив значения величин в формулу, получим

; .

Скорость подхода приблизительно равна:

(2.9)

Скоростной напор, следовательно:

;

Тогда глубина воды в трубе .

Принимаем ширину прямоугольной трубы, определим уклон трубы из формулы равномерного движения:

(2.10)

где площадь живого сечения потока;; гидравлический радиус. При коэффициенте шероховатости и находим. Тогда потери по длине трубы составят.

Перепад при входе потока в трубу в башне можно определить аналогичным путем, но учитывая незначительность этих величин принимаем.

Тогда.Так же находим, но здесь ширину подходного потока считаем, то есть к ширине трубы прибавляем толщину стенки трубы. Тогда:

; .

Скорость подхода потока из водохранилища к отверстию трубы мала, и ее влиянием можно пренебречь, тогда и глубина при входе будет.

Общие потери напора составят, то есть не выходят из обычных норм.

В результате расчета имеем следующие отметки:

· отметка уровня воды в канале

· отметка порога трубы в башне;

· отметка порога в начале трубы;

· отметка минимального уровня сработки ;

Истечение из-под щита.

Когда уровни воды в водохранилище близки к НПУ, вода через трубу водовыпуска пропускается из-под щита.

Определим, на какую высоту нужно поднять затвор, чтобы пропустить расход при отметке уровня воды в водохранилище 595,00 (НПУ).

Высоту поднятия затвора найдем из уравнения истечения из-под щита [3]:

(2.11)

где — коэффициент бокового сжатия, (0,95); - коэффициент скорости, при отсутствии порога =1,0; ;- коэффициент вертикального сжатия (для нашего случая равен 0,65); .

Подставляя значения величин, получаем:

Решая это уравнение подбором, находим.

Глубина и скорость в сжатом сечении равна:

(2.12)

(2.13)

Строим график зависимости

Сопряжение бьефов

Для выяснения условий сопряжения потоков в водосливной трубе с нижнего бьефа, надо знать глубину и скорость при входе из трубы. За щитом свободная поверхность потока в трубе будет иметь вид кривой подпора, так как глубина увеличивается от в конце трубы.

Глубину определяем из уравнения Павловского:

(2.14)

При малых значениях относительной глубины з уравнение свободной глубины упрощается:

) (2.15)

где L=80 м — это расстояние то начала подпора до 2-го сечения; б=1; - это глубина при равномерном движении воды в трубе при максимальном расходе; - уклон водовыпуска равный 0,002;

(2.16)

где ч — это смоченный периметр для значения, которой мы задаемся. тогда ч =3,44 м; R=5,21 м; с=52,67;

тогда

находим из уравнения (2.15):

Для проверки затопления прыжка, определяем глубину, сопряженную с глубиной в конце трубы при удельном расходе:

В водобойном колодце глубина равна бытовой глубине в канале и плюс глубине колодца. Сравниваем:

значит, прыжок затапливается.

Длину водобойного колодца определяем по формуле:

где:

где

Заключение

В данном курсовом проекте рассчитан и запроектирован водохранилищный узел, а также запроектирован земляная плотина из крупного песка с ядром. Произведены следующие расчеты:

1. Расчет фильтрации земляной плотины. Построена кривая депрессии.

2. Расчет устойчивости низового откоса, вследствие чего были определены коэффициенты запаса устойчивости низового откоса плотины и его осадки в массиве

3. Расчет осадки грунтов земляной плотины

4. Расчет башенного водовыпуска и траншейного водосброса - для обеспечения свободного прохождения и аккумуляции воды.

Список источников

плотина дренажный устойчивость водохранилищный

1. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. / Под редакцией В. С. Лапшенкова — М.: Агромпромиздат, 1989. — 448 стр.

2. Справочник по гидравлическим расчётам. / Под редакцией П. Г. Киселева. — М.: Энергия, 1974. -312 стр.

3. Д. К. Волков «Проектирование ГТС» — М.: Колос, 1979. — 303 с.

4. Методическое указание по сельскохозяйственным гидротехническим сооружениям/ Под ред. С. Е. Аксеменко. г. Фрунзе, 1989. -50 с.

5. «Справочник гидротехника» — М.: Росагропромиздат, 1989. -384 с.

6. И. Ф. Хрупа, В. П. Иванов. «Гидросооружения и сельскохозяйственные мелиорации» — М.: 1977. — 305 с.