Проектирование комплексного гидроузла - Геология, гидрология и геодезия курсовая работа

Главная

Геология, гидрология и геодезия
Проектирование комплексного гидроузла

Общая характеристика грунтовой плотины, ее разновидности и отличительные черты. Порядок определения высоты тела плотины, отметки ее гребня. Методика и этапы конструирования тела плотины, ее фильтрационный расчет. Устройство и назначение водосброса.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Калининградский Государственный Технический Университет
Кафедра водных ресурсов и водопользования
по дисциплине «Гидротехнические сооружения»
«Проектирование комплексного гидроузла»
Результаты компоновки сооружений на генеральном плане
1.1 Определение высоты грунтовой плотины
1.3 Фильтрационный расчёт тела плотины. Депрессионная кривая
1.3.1 Фильтрация в теле плотины с ядром на водонепроницаемом основании
1.3.2 Фильтрация в теле плотины с экраном на водонепроницаемом основании
1.4. Расчёт устойчивости низового откоса грунтовой плотины методом
круглолиндрических поверхностей скольжения
1.5 Окончательное проектное решение
2. Водосбросные сооружения при грунтовой плотине
2.2 Гидравлический расчёт сооружения
2.2.1 Расчёт входного оголовка водослива
2.2.2 Расчёт водопропускной части водослива
2.2.3 Устройство нижнего бьефа в виде консольного сброса
2.3 Окончательное проектное решение
3.1 Проектирование тела бетонной плотины
3.3 Устройства нижнего бьефа водосливной плотины
3.4 Пространственный гидравлический прыжок за водосливной плотиной
3.6 Окончательное проектное решение
4. Конструирование плоского затвора
4.3 Окончательное проектное решение
Коэффициент фильтрации Кф = 0.3 м/сут
Коэффициент бокового сжатия ? = 0,85
Результаты компоновки сооружений на генеральном плане:
Угол наклона водосброса к горизонтальной плоскости ??23 0 .
Высота входного оголовка Р = 1,5 м.
Разность бьефов z = ?НПУ-?НБ = 13 - 0 = 13 м
Напор на гребне водослива бетонной плотины H = 1 м.
Основная задача гидротехники - приспособление (а в необходимых случаях и изменение) существующего естественного режима водного объекта - реки, озера, моря, подземных вод - к нуждам народного хозяйства при обеспечении минимума отрицательных экологических последствий.
Инженерные сооружения, позволяющие реализовать поставленную задачу, называются гидротехническими сооружениями.
Цель объектов гидротехнического строительства обеспечить перераспределение стока реки во времени, а также обеспечить его использование. Поэтому возводимые объекты включают не одно, а несколько гидротехнических сооружений разного назначения, решающих комплекс задач. Совокупность гидротехнических сооружений, объединённых общностью целей и расположенных на небольшой территории, называется гидроузлом.
Гидроузлы принято классифицировать по ряду признаков. По месторасположению их подразделяют на речные, морские, озёрные и прудовые.
По величине создаваемого напора они могут быть безнапорными (при заборе воды из рек в их естественном состоянии, портовые сооружения и др.), низконапорными (напоры менее 10 м), средненапорными (напор 10-50 м) и высоконапорными (напоры более 50 м).
По основному назначению гидроузлы подразделяются на водозаборные (для орошения, водоснабжения и др.), энергетические, воднотранспортные, водохранилищные (для перераспределения стока рек), а также рекреационные, служащие для организации отдыха населения.
Гидроузлы чаще всего перераспределяют сток реки во времени.
Территориальное перераспределение водных ресурсов реализуют с помощью гидросистем - комплекса гидроузлов и отдельных сооружений, объединённых общностью целей и расположенных на значительной территории. Гидросистемы, как и гидроузлы, могут быть специализированными и комплексными.
Плотины, которые возводят из местного грунта как строительного материала, называются грунтовыми (земляные насыпные, земляные намывные, каменно-земляные и каменно-набросные). Они получили широкое распространение, т. к. являются самыми экономичными. Используя местный грунт, их можно возводить практически во всех географических зонах, строить любой высоты, возведение их высоко механизировано. Однако грунтовые плотины имеют и недостатки.
Через тело плотины осуществляется фильтрация, что потенциально создаёт условия для фильтрационных деформаций, ведёт к большим потерям воды. В процессе эксплуатации грунтовые плотины имеют неравномерную осадку по поперечному профилю. Ограничено и использование некоторых типов грунтов для тела плотины и её основания.
Плотины подразделяют по конструкции тела плотины, противофильтрационных устройств в теле и основании на следующие основные типы: из однородного грунта и неоднородного грунта; с экраном (из грунтовых и негрунтовых материалов), с ядром из грунта, диафрагмой из негрунтовых материалов; с зубом, замком, диафрагмой в основании, со шпунтовой стенкой, понуром. В зависимости от высоты плотины, характера грунтов основания плотины делят на 4 класса, которые принимаются согласно СНиП.
Обычно гребень плотины служит проезжей частью. Ширина его зависит от категории дороги и принимается согласно СНиП. Отметку гребня выбирают из условия недопущения перелива через него.
Тип грунта и его сдвиговые характеристики позволяют назначать заложение откосов. Откосы плотин по высоте могут иметь переменное заложение у высоких, что позволяет экономично использовать грунт, в низких плотинах заложение принимается постоянным.
Низовой откос закрепляется для защиты от выветривания или посевом трав, или одерновкой. Для крепления верхового откоса применяют: каменную наброску, бетонные и железобетонные плиты, биологическое крепление.
Противофильтрационные устройства в теле плотин применяют, когда плотину отсыпают из сильно проницаемых грунтов для снижения фильтрационных потерь через плотину. Для создания противофильтрационных устройств используют грунты (суглинки, глины, глинобетон), а также битумные составы, асфальтобетон, бетон и полимерные плёнки.
В теле плотины конструируют одно из следующих противофильтрационные устройств: ядро, экран, диафрагму. Они необходимы, если плотины возводят на проницаемых основаниях для уменьшения фильтрационных потерь и снижения градиентов напора. Эти сооружения могут прорезать весь проницаемый слой до водоупора или быть висячими, не достигающими его.
Замок устраивают, если водонепроницаемое устройство прорезает водопроницаемый слой и входит в водоупор. Его выполняют, укладывая в траншею плотный суглинок, глину, глинобетон.
Зуб устраивают, если водопроницаемое устройство не доходит до водоупора. Его можно применять в комбинации со шпунтовой стенкой. Зуб, особенно при устройстве со шпунтом, делают из бетона.
Дренаж грунтовой плотины - это конструктивный элемент для сбора и отвода воды, фильтрующийся через тело плотины. Дренаж имеет повышенную проницаемость по сравнению с грунтами тела плотины и основания. Он понижает депрессионную кривую, предотвращает выклинивание фильтрационного потока на низовой откос и состоит из двух частей - приёмной и отводящей.
Тип дренажа и его местоположение выбирают из условия обеспечения устойчивости низового откоса. Основными типами дренажей являются: наслонный, дренажная призма, комбинированный (наслонный с дренажной призмой), плоский, плоский с вертикальной или наклонной приёмной частью, ленточный.
1.1. Определение высоты тела плотины, отметки гребня плотины
Высоту плотины назначаем с превышением d над расчётным уровнем воды в водохранилище, гарантирующем отсутствие перелива воды через гребень и равным:
где: ? h - высота ветрового нагона волны;
h н - высота наката волн на откос плотины;
a - конструктивный запас, принимаемый как большее из значений 0,5 м и 0,1h 0,1% ;
0,1h 0,1% - высота волны 1%-ной вероятности превышения.
Расчёты по формуле (1) проводим для двух расчётных случаев:
Расчётную скорость ветра в первом случае принимаем 1%-ной вероятности превышения, наблюдаемую в течение года, а во втором - 50%-ной вероятности превышения, наблюдаемую во время форсировки уровня. При определении элементов ветровых волн и ветрового нагона согласно СНиП 2.06.04-82 следует принимать вероятность превышения шторма для сооружения III класса 4%.
В качестве расчетной отметки гребня плотины принимают большую из отметок:
где Z нпу и Z фпу - отметки нормального и форсированного подпорных уровней.
Рассчитаем высоту ветрового нагона воды по следующей зависимости:
где: W - расчётная скорость ветра на высоте 10   м над уровнем воды.
При НПУ: W = 20   м /с ; при ФПУ: W = 10   м /с .
- коэффициент, зависящий от скорости ветра. ;
- длина разгона ветровой волны. При НПУ: D = 4,5   км ; при ФПУ: D = 4,7   км ;
- условная расчётная глубина воды в водохранилище, Н = 13   м ;
- угол между продольной осью водоёма и направлением господствующих ветров, .
Табл. 1.1. Значения расчётной скорости
Т. к. величина ?h , стоящая в знаменателе, мала по сравнению с величиной Н , то полагаем, что ?h = 0 .
Таким образом, высота ветрового нагона, вычисленная по формуле (4) при уровне воды в водохранилище на отметке НПУ, равна:
Высоту наката волны определяют по формуле:
Высоту волны 1%-ной вероятности превышения определим в следующей последовательности:
1) Вычисляем безразмерные комплексы:
где t - продолжительность действия ветра, принимаемая при отсутствии фактических данных ;
2) По графику /1/ для каждого найденного комплекса определяем значения параметров и ,
3) Из найденных двух пар значений параметров выберем наименьшие и по ним установим параметры и :
5) Определяем высоту волны 1%-ной вероятности превышения:
где К 1 - коэффициент, устанавливаемый по графику /2/ при 1%-ной вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса
Коэффициенты К ? и К НП зависят от типа и относительной шероховатости крепления откоса и определяются по таблице 1.2.
Табл. 1.2. Значения коэффициентов К ? и Кнп
Гравийно-галечниковые, каменные или бетонные (железобетонные) блоки
Из таблицы (1.2.) при креплении откоса железобетонными плитами коэффициенты К? и Кнп принимаем равными: К ? ?= 1.0; Кнп=0.9.
Коэффициент К с зависит от скорости ветра и коэффициента заложения верхового откоса (m1 = 3). определяется по таблице 1.3.
Табл. 1.3. Значения коэффициента К с
а) так как при НПУ скорость ветра W=20 м/с., то по таблице находим Кс=1.5;
б) так как при ФПУ W=10 м/с, следовательно по таблице находим Кс=1.1
Значение коэффициента К? принимается в зависимости от угла ? подхода фронта волны к плотине.
Табл. 1.4. Значения коэффициента К
Коэффициент К НГ определяется по графикам. Для того, чтобы его определить, рассчитаем величину :
Коэффициент К HJ учитывает вероятность превышения J (%) по накату. Как уже упоминалось ранее, по СНиП для третьего класса сооружений J принимается равным 4%. Соответственно, К HJ = 0,93.
Табл. 1.5. Значения коэффициента К HJ
Подставим все найденные коэффициенты в формулу (5) и определим высоту наката волны 4%-ной вероятности превышения:
По зависимости (1) вычисляем требуемое превышение гребня плотины над расчётным уровнем:
Отметка гребня плотины соответственно должна быть равна:
В качестве расчетного значения отметка гребня плотины принимаем Z гр ср = 15,0 м.
Т.к. отметка берега равна 0 м относительно Балтийской системы, можно определить расчётную высоту плотины:
В конструктивном отношении гребень выполняют, как дорогу в насыпи, которая состоит из проезжей части, обочины, ограждения и дренажных устройств. Проезжая часть имеет основание и покрытие. На песчаную подушку укладывают покрытие в зависимости от категории дороги. Покрытие имеет двусторонний поперечный уклон. С обеих сторон дороги на расстоянии м от бровки ставят ограждения: столбики через 4…6 м, низкие стенки.
Грунтовая плотина представляет собой насыпь трапецеидального сечения. Общий вид плотины показан на рис. 1.
Один из основных вопросов проектирования грунтовой плотины - определение устойчивого и экономически выгодного её профиля. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, её высоты, характеристик грунта тела плотины и её основания, а также условий строительства и эксплуатации.
При конструировании гребня плотины руководствуются условиями производства работ и эксплуатации плотины. Т.к. необходимо обеспечить проезд транспорта и сельскохозяйственной техники, то назначаем его ширину в соответствии с нормами на проектирование дорог. По СНиП 2.06.05-84 ширина гребня плотины должна быть не менее 4,5 м. Принимаем её равной 7,0 м по таблице (в зависимости от категории дороги) /1/.
Так как в нашем случае гребень плотины состоит из глинистого грунта, то во избежание его пучения при морозах необходимо предусматривать защитный слой из песчаного грунта или щебня.
Отметку гребня плотины мы определили в разделе 1.1.
При выборе коэффициентов заложения откосов руководствуются тем, что они должны быть устойчивыми при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и прочих нагрузок.
Верховой откос устраивают более пологим, чем низовой, так как он больше насыщен водой.
Заложение откосов назначают в зависимости от рода грунта, высоты плотины и свойств основания. В соответствии с таблицей 1.6. для однородных плотин из глинистого грунта при высоте менее 15 м коэффициент заложения верхового откоса m 1 = 3, коэффициент заложения низового откоса m 2 = 2,5.
Табл. 1.6. Среднее заложение откосов земляных плотин
Рассчитаем расход фильтрационного потока через тело плотины:
В формуле (7) х - абсцисса кривой депрессии. Задаём величину х в пределах от 5   м до 55   м .
Для каждого значения х п определяем величину у п по формуле (7). Расчёт ведём в табличной форме (табл. 1.7).
Табл. 1.7. Координаты кривой депрессии
По полученным координатам на поперечном профиле плотины строим кривую депрессии (рис. 2).
По полученным координатам на поперечном профиле плотины строим кривую депрессии (рис. 3).
1.3.2 Фильтрация в теле плотины с экраном на водонепроницаемом основании
При расчёте виртуальным методом экран заданных размеров, выполненный из грунта с коэффициентом фильтрации К э , заменяют на эквивалентную в фильтрационном отношении призму с коэффициентом фильтрации К т .
1). По формуле (14) находим среднюю толщину экрана ? ср . :
2). Определяем приведённую (виртуальную) толщину эквивалентного экрана:
L пр.э. = ? ср. * К т / ( К э * sin? ) , (21)
где ? - угол наклона средней линии экрана к основанию плотины.
L пр.э. = 4,5 * 0,3 / (0,1 * sin45?) = 19,0 м
3). Вычисляем приведённую ширину гребня плотины:
b пр.гр = b гр + L пр.э. - ? ср, (22)
4). Величину L определяем по следующей зависимости:
L = m 1 * d + b пр . гр + m 2 * (H + d) , (23)
где m 1 и m 2 - коэффициенты заложения верхового и низового откосов:
b пр.гр - ширина гребня плотины: b гр = 7 м;
d - превышение над расчётным уровнем воды: d = 2,96 м.
L = ctg45? * 2,96 + 21,5 + 2,5 * (13+ 2,96) = 51,36 м
- ширина эквивалентного профиля плотины по основанию:
Рассчитаем высоту выхода депрессионной кривой на низовой откос над уровнем основания плотины в нижнем бьефе:
Строим кривую депрессии по уравнению:
где: у - ордината кривой депрессии;
q - расход фильтрационного потока через тело плотины:
где К ф - коэффициент фильтрации тела плотины. К ф = 0,3   м /сут
Табл. 2.10. Координаты кривой депрессии
По полученным координатам на поперечном профиле плотины строим кривую депрессии (рис. 4).
Расчеты устойчивости откосов грунтовых плотин всех классов следует выполнять для круглоцилиндрических поверхностей скольжения. При использовании метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения выполняют следующее:
1). Строят область нахождения центров поверхностей скольжения;
2). Проводят круглоцилиндрические поверхности сдвига;
3) . Вычисляют значения коэффициентов устойчивости откоса для множества поверхностей сдвига по формуле:
где R удер , F сдвиг - равнодействующие моментов удерживающих сил и сдвигающих сил.
4) .Делают вывод об устойчивости откоса и правильности принятого его заложения. Откос считается устойчивым, если:
где К н - коэффициент надёжности по классу сооружения, для плотин 3-го класса К н = 1.15 ;
К с - коэффициент сочетания нагрузок, для основного сочетания равен 1 ;
Для построения области нахождения центра поверхности сдвига предложено несколько методов. Один из наиболее простых метод В.В. Фандеева, в котором рекомендуется центры круглоцилиндрических поверхностей сдвига располагать в криволинейном четырёхугольнике. Этот четырёхугольник образуется следующими линиями, проведёнными из середины откоса: вертикалью и прямой под углом 85? к откосу, а также двумя дугами радиусов:
где К 1 и К 2 - коэффициенты внутреннего и внешнего радиусов, которые определяются в зависимости от заложения откоса.
При коэффициенте заложения низового откоса m 2 = 2.5, К 1 = 0,875 и К 2 = 2,025
Т. о.: R 1 = 0,875 * 15,0 = 13,1 м; R 2 = 2,025 * 15,0 = 30,3 м.
Поверхность сдвига на поперечном профиле плотины представляет собой дугу окружности радиуса , проведённую таким образом, чтобы она пересекала гребень плотины и захватывала часть основания. Проведём окружность радиусом R = 30   м .
Значение коэффициента устойчивости откоса для кривой сдвига вычисляем для 1   м длины плотины в такой последовательности:
(1) Область, ограниченную кривой сдвига и внешним очертанием плотины (массив обрушения), разбиваем вертикальными прямыми на отсеки. Ширина отсеков равна b . При расчёте «вручную» удобно величину b принимать равной 0,1R , центр нулевого отсека размещать под центром кривой сдвига, а остальные отсеки нумеровать с положительными знаками при расположении их вверх по откосу и с отрицательными - вниз к подошве плотины, считая от нулевого отсека.
(2) Для каждого отсека вычисляем sina и cos a , где a - угол наклона подошвы отсека к горизонту. При b = 0,1*R значение sina = 0,1*N , где N - порядковый номер отсека с учётом его знака; .
Далее считаем величины sina , cos a и вносим в таблицу 2.2. Порядковый номер N определяем по чертежу (рис. 5).
(3) Определяем средние высоты составных частей каждого отсека, имеющих различные плотности (рис. 5): - слоя грунта тела плотины при естественной влажности; - слоя грунта тела плотины при насыщении водой; - слоя грунта основания при насыщении водой; - слоя воды (на рисунке не показан). В качестве средних высот принимаем высоты частей, замеренные по чертежу в середине отсека. При наличии по краям массива обрушения неполных отсеков их эквивалентная средняя высота:
где - площадь неполного отсека, определяемая графически. (31)
Определим площади неполных отсеков 10 и -7:
Отсюда определяем средние высоты отсеков:
h 10 = ? 10 / b = 3,75 / 3,0 = 1,25 м; h -7 = ? -7 / b = 0,5 / 3 = 0,16 м.
(4) Вычисляем плотность грунта каждого слоя по формулам:
где - плотность грунта тела плотины при естественной влажности;
- плотность грунта тела плотины при насыщении его водой;
- плотность грунта основания при насыщении водой;
- коэффициент, зависящий от влажности грунта - при влажности, равной 12…18%,
- удельная плотность частиц грунта тела плотины;
- удельная плотность частиц грунта основания плотины.
Физико-механические характеристики грунта следует устанавливать по данным натурных исследований, но так как они отсутствуют, то для предварительных расчётов используем данные таблицы 2.1.
Пользуясь таблицей, указанной в исходных данных, вычислим плотность грунта каждого слоя:
поскольку в основании залегают те же грунты, из которых состоит тело плотины. Табл. 2.1. Характеристики грунта тела плотины
(5) Определяем приведённые высоты отсеков:
где - глубина слоя воды над отсеком.
Т. к. и , то уравнение можно представить в следующем виде:
Величины и определяем графически по рисунку и вносим в таблицу 2.2. В этой же таблице рассчитываем величину
Табл. 2.2. Определение действующих сил
(6) Устанавливаем силу трения, возникающую на подошве всего массива обрушения, по следующей формуле:
Угол внутреннего трения зависит от вида грунта и его влажности в зоне кривой сдвига, при отсутствии фактических данных его принимают по таблице 2.1. Значения угла указаны в таблице 2.2.
Величина рассчитана для каждого отсека также в таблице 2.2.
(7) Подобным образом вычислим касательную составляющую веса массива обрушения:
Величина рассчитана в табл. 2.2 (для каждого отсека).
(8) Определим силу сцепления, возникающую на подошве массива обрушения по следующей зависимости:
где: с 1 - удельное сцепление грунта тела плотины при естественной влажности;
с 2 - удельное сцепление грунта тела плотины при насыщении водой;
с 3 - удельное сцепление грунта основания, насыщенного водой;
Длины дуг кривой сдвига вычисляются по общей формуле:
где - центральный угол круглоцилиндрической поверхности сдвига, опирающийся на дугу l .
Углы измеряются по чертежу (рис. 5):
Подставляем измеренные углы в формулу:
(9) Рассчитываем фильтрационную силу:
- средний градиент фильтрационного потока
где - падение депрессионной кривой в пределах массива обрушения;
- расстояние, на котором произошло падение депрессионной кривой на .
Определяем эти величины по рисунку 5.
Подставим найденные величины в формулу
(10) Вычисляем значение коэффициента устойчивости откоса:
где - плечо фильтрационной силы, равное расстоянию от центра кривой сдвига до центра тяжести площади , которое измеряют по чертежу. (рис. 5).
Вывод об устойчивости откоса: окончательно можно сделать вывод, что значение, найденное по формуле превышает нормативное, а, значит, обрушение откоса по рассматриваемой поверхности сдвига невозможно.
1.5 Окончательное проектное решение
При проектировании тела плотины в курсовом проекте были выполнены следующие расчёты: определение параметров плотины, фильтрационный расчёт, а также расчёт устойчивости низового откоса методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
На основании проведённых расчётов окончательно принимаем следующие размеры плотины: , , , . Кроме того, в основании плотины устраиваем зуб.
В ходе выполнения фильтрационного расчёта было определено положение депрессионной кривой, фильтрационный расход воды через тело плотины, высота выхода фильтрационного потока на низовой откос. По результатам этого расчёта проектируем наслонный дренаж. Эта конструкция наиболее проста, доступна для осмотра и ремонта. Наслонный дренаж выполняют после возведения плотины из 2-3 слоёв обратного фильтра, пригруженного слоем каменной наброски. Он не понижает депрессионную кривую, но, являясь пригрузкой, увеличивает устойчивость низового откоса против обрушения и оплывания.
Для того, чтобы защитить верховой откос земляной плотины от воздействия ветра, льда, течения воды, осадков и других факторов СНиП 2.06.05-84 рекомендует следующие крепления: каменное, бетонное, железобетонное, асфальтобетонное и биологическое.
Выполним крепление верхового откоса железобетонными плитами размером 1,5?1,5 м и толщиной 0,1 м. В нижней части крепления устраиваем упор в виде бетонного массива.
Низовой откос покрываем слоем растительного грунта толщиной 0,2 м с посевом трав.
2. Водосбросные сооружения при грунтовой плотине
Водосброс служит для пропуска в нижний бьеф паводковых расходов. Для гидроузлов с глухими плотинами можно привести основные типы водосбросов: открытые (с быстротоком или перепадом); закрытые (трубчатые, туннельные); комбинированные.
По конструкции входной части открытые водосбросы различают на фронтальные, траншейные, полигональные и др. Закрытые водосбросы бывают шахтные, трубчато-ковшовые, туннельные, башенные и др.
По условиям управления водосбросы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые.
Выбор варианта водосброса - это один из наиболее ответственных вопросов проектирования. Тип и конструкция водосброса должны основываться на учёте природных, гидрологических и инженерно-геологических условий района строительства, а также эксплуатации проектируемых сооружений.
На практике оптимальный вариант принимают на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. Около 75% построенных сооружений для наиболее вероятных условий низконапорных водохранилищных гидроузлов запроектированы по типовым проектам.
Однако целью данного курсового проекта является самостоятельный выбор типа и конструкции водосброса, а также расчёт его оптимальных размеров.
Исходя из особенностей рельефа (рис. 1), наиболее выгодно конструировать открытый береговой водосброс.
В расчёт берегового водосброса входит определение размеров входного оголовка на пропуск максимального расхода, а также определение размеров водопропускного тракта сооружения и устройств нижнего бьефа сооружения.
Этот расчёт мы будем рассматривать далее.
2.2 Гидравлический расчёт сооружения
2.2.1 Расчёт входного оголовка водослива
Проектируем береговой водосброс с полигональным входным оголовком.
Рассчитаем ширину каждой грани оголовка. Для этого определим его периметр:
где m - коэффициент расхода водослива, который определяется по формуле Ребока:
где Н - напор над оголовком. Н = 0,4   м .
Р - высота входного оголовка. Р = 1,5   м .
Подставим эти значения в формулу (44):
В формуле (43) ? - коэффициент сжатия потока, который определяется для водосбросов с фронтальным входным оголовком по формуле Базена:
Однако в случае водосброса с полигональным входным оголовком значение ? принимается равным 1.
Н 0 - напор над оголовком водослива с учётом скорости подхода:
В данной формуле величину для предварительных расчётов можно принять равной 2% от , т.е. .
Далее определяем периметр входного оголовка водослива:
Принимаем 5 граней: 4 шириной по 7 м, и одна - 3.5 м.
2.2.2 Расчёт водопропускной части водослива
1) Начнём расчёт водопропускной части водослива с определения ширины водопропускного тракта на пропуск расхода, который вошёл в оголовок водослива.
Перепад уровней во входном оголовке определяется по зависимости
где - критическая глубина потока во входном оголовке
Подставляя значения в формулу (47), определяем перепад уровней
2) Рассчитаем глубину воды на входе в водопропускной тракт водосбросного сооружения:
где - коэффициент бокового сжатия..
3) Рассчитаем вероятную глубину воды на водопропускном тракте:
- скорость движения воды на водопропускном тракте. .
4) Т. к. мы не можем утверждать, что найденная глубина - это действительная глубина на водопропускном тракте, то необходимо её проверить, рассчитав кривую спада. Уравнение кривой свободной поверхности определяется по формуле Ларькова
Величина A определяется по следующей формуле:
где - угол наклона водосброса к горизонтальной плоскости. .
Подставляем найденные величины и в формулу:
Таким образом, глубина воды в конце водопропускного тракта . Отсюда следует, что к концу водоспуска глубина уменьшается и образуется кривая спада.
Назначаем высоту стенок водопропускного тракта с учётом сухого запаса , т.е. глубина канала в начале , а в конце -. Или, округляя до стандартных величин, получим:
Определим среднюю глубину воды на водопропускном тракте:
5) Рассчитаем расход, который может пропустить водопропускной тракт, по следующей зависимости
Для проверки рассчитаем расход по формуле Шези:
где - коэффициент Шези, определяемый по формуле
где - коэффициент шероховатости бетона.
Отсюда определяем коэффициент Шези:
? - площадь поперечного сечения канала:
i - уклон дна водопропускного тракта
Подставляем все найденные значения в формулу:
Рассчитанный расход превышает заданное значение, однако превышает на допустимую величину. Таким образом, окончательно принимаем ширину канала равной 2 м.
6) Рассчитаем скорость воды на водопропускном тракте:
7) Т. к. полученное значение скорости превышает , то необходимо установить устойчивость потока. В случае если поток неустойчив, необходимо устраивать искусственную шероховатость для того, чтобы погасить энергию потока и стабилизировать его.
Поток устойчив в случае, когда , где - число Фруда:
- критическое значение числа Фруда:
Рассчитаем эти параметры для значения :
, следовательно, поток неустойчив, и его необходимо стабилизировать с помощью искусственной шероховатости.
Теперь нужно рассчитать, в каком месте водопропускного тракта её устанавливать. Для этого определим и для разных глубин.
Таким образом, искусственную шероховатость нужно начать устанавливать в том месте, где глубина воды превышает .
8) Рассчитаем высоту выступов искусственной шероховатости по следующей зависимости:
где - глубина воды в том месте, где начинают устанавливать искусственную шероховатость. .
2. 3 Окончательное проектное решение
Наиболее оптимальным водосбросным сооружением для данного проекта является береговой открытый водосброс. Проектируем его с полигональным входным оголовком.
В расчётах, приведённых выше, были определены размеры водосброса. Так, 5 граней входного оголовка равны: 4 шириной по 7 м, и одна - 3.5 м, ширина водопропускного тракта составляет 2 м. На самом водопропускном тракте установлена искусственная шероховатость для того, чтобы погасить энергию потока и стабилизировать его.
В нижнем бьефе устанавливается водобойная плита для предотвращения его размыва. За водобоем устанавливаем рисберму, после которой вода попадает в канал, соединяющий её с рекой.
Одним из наиболее распространенных типов водосливных плотин являются бетонные, как наиболее простые по конструкции.
Основной отличительной особенностью водосливных бетонных плотин, возводимых на не скальных основаниях, является геометрическая форма, в основу которой положен рациональный треугольный профиль с наклонными гранями.
Бетонные водосливные плотины относятся к гравитационным гидротехническим сооружениям, устойчивость которых обеспечивается за счет их массы и сил трения. Материалом для плотин служит в основном бетон и железобетон.
Достоинства бетонных плотин заключается в простоте конструкции; возможности широкой механизации строительных работ; надежности конструкции в различных климатических условиях; возможности применения невысоких по прочности и стоимости марок бетона; недостатки - относительно большие удельные объемы бетона, неполное использование прочностных его свойств, неравномерное распределение напряжений в основании сооружения, неблагоприятное влияние внешних температурных колебаний и термического режима.
Для снижения указанных недостатков на низконапорных гидроузлах применяют плотины облегченной конструкции - с консолью, ячеистые, контрфорсные, решетчатые с вакуумно-безвакуумным профиле
Проектирование комплексного гидроузла курсовая работа. Геология, гидрология и геодезия.
Курсовая работа по теме Порядок формирования и состав Правительства Российской Федерации
Курсовая работа по теме Особенности распространения болот Евразии
Курсовая работа по теме Прокурорский надзор за исполнением закона в ходе досудебного производства, при производстве предварительного следствия и дознания
Реферат: Вооружение и тактика восточных и западных монголов в эпоху позднего средневековья (XVII в.)
Темы Курсовой Работы По Английскому
Как Мне Избежать Безработицы Эссе
Элементы правоотношения. Права и обязанности
Реферат: Market Analysis Uniform Co Essay Research Paper
Контрольная работа по теме Расходы муниципального образования
Курсовая работа по теме Валютные риски: оценка и управление
Эссе По Экономике На Тему Ода Науке
Курсовая работа по теме Приказная, коллежская и министерская система делопроизводства
Курсовая работа по теме Влияние семьи на развитие детской агрессии
Дипломная Работа На Тему Підприємство. Повна Характеристика Діяльності
Реферат: Комплектование тракторных агрегатов. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат На Тему Секреты Разнополых Близнецов
Реферат На Тему Экономический Строй В Условиях Перехода От Командно-Административной Системы Хозяйствования К Рыночным Отношениям
Реферат: Революция в естествознании. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Массовые представления
Курсовая работа по теме Проблемы изучения поэзии
Общая аудиторская проверка расчетных операций - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Свойства нейромедиаторов - Биология и естествознание реферат
Бухгалтерская отчетность - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа