L = d∙m1 + B + Hпл∙m2 – Sдр = 3,1∙3 + 10 + 6∙2 – 9,5 = 21,8 м;
Lр = ∆l + L = 1,25 + 21,8 = 23,05 м,
где ∆l = β ∙ H1 = 0,43∙2,9 = 1,25 м,
где
;¾ коэффициент фильтрации через тело плотины: Кф = 0,001 м/сут.
¾ координаты кривой депрессии, рассчитанные по формуле (18):
x | 1,25 | 5 | 10 | 15 | 20 | 21,8 |
y | 2,85 | 2,57 | 2,19 | 1,74 | 1,10 | 0 |
Сечение III-III
¾ высота плотины в сечении:
Нпл = ÑГП – ÑДна = 221,2 – 216,9 = 4,3 м;
¾ глубина воды в верхнем бьефе:
Н1 = ÑНПУ – ÑДна = 218,1– 216,9 = 1,2 м;
d = Hпл – H1 = 4,3 – 1,2 = 3,1 м;
¾ горизонтальная проекция депрессионной кривой:
L = d∙m1 + B + Hпл∙m2 – Sдр = 3,1∙3 + 10 + 4,3∙2 – 9,5 = 18,4 м;
Lр = ∆l + L = 0,52 + 18,4 = 18,92 м,
где ∆l = β ∙ H1 = 0,43∙1,2 = 0,52 м,
где
;¾ коэффициент фильтрации через тело плотины: Кф = 0,001 м/сут.
¾ координаты кривой депрессии, рассчитанные по формуле (18):
x | 0,52 | 1 | 5 | 10 | 15 | 18,4 |
y | 1,18 | 1,17 | 1,02 | 0,80 | 0,49 | 0 |
3.2.4 Фильтрационный расход
Фильтрационный расход складывается из удельных фильтрационных расходов тела плотины (qтi) и ее основания (qоi):
qi = qтi + qоi , м2/сут (19)
Удельный фильтрационный расход основания плотины находится по формуле:
где K0 – осредненный коэффициент фильтрации грунтов основания, м/сут;
Т – толщина водопроницаемого слоя основания, м;
Bпл – ширина плотины в сечении по основанию, м;
n – поправочный коэффициент, зависящий от ширины плотины в сечении и от толщины водопроницаемого слоя;
Сечение I-I:
Т = 2,05 м, n = 1,15;
, ; ;Удельный расход через основание плотины в данном сечении:
м2/сут;q1 = qт1 + qо1 = 0,0012 + 0,0003 = 0,0015 м2/сут.
Сечение II-II:
Т1 = 1,2 м, Т2 = 7,8 м, n = 1,23;
, ; ;Удельный расход через основание плотины в данном сечении:
м2/сут;q2 = qт2 + qо2 = 0,00018 + 0,02 = 0,02 м2/сут.
Сечение III-III:
Т = 9,8 м, n = 1,3;
, ; ;Удельный расход через основание плотины в данном сечении:
м2/сут;q3 = qт3 + qо3 = 0,00004 + 0,0001 = 0,00014 м2/сут.
3.2.5 Оценка фильтрационной прочности
Фильтрационная прочность – способность грунта сопротивляться фильтрационным деформациям. Фильтрационная прочность оценивается путем сравнения действительного градиента напора с допустимым. В данном курсовом проекте оценивается только общая фильтрационная прочность грунта тела плотны.
(21)гдеYср – осредненный градиент напора в расчетной области фильтрации, определяется по формуле:
, (22)где ∆y – падение депрессионной кривой в пределах массива обрушения;
∆x – расстояние, на котором произошло падение депрессионной кривой.
– осредненный критический градиент напора для грунта, для суглинка принимается равным от 4 до 1,5;Кн – коэффициент надежности сооружения, для IV класса Кн = 1,1.
Таким образом, отношение
;Далее определялся осредненный градиент напора в сечениях:
Сечение I-I:
По формуле (22):
;Т.к.
то условие соблюдается: 0,21≤1,82 ÞÞ фильтрационных деформаций не наблюдается.
Сечение II-II:
По формуле (22):
;Т.к.
то условие соблюдается: 0,21≤1,82 ÞÞ фильтрационных деформаций не наблюдается.
Сечение III-III:
По формуле (22):
;Т.к.
то условие соблюдается: 0,05≤1,82 ÞÞ фильтрационных деформаций не наблюдается.
Условие (21) выполняется по всем сечениям, следовательно, фильтрационная прочность грунта тела плотины обеспечена.
3.3 Расчет устойчивости откоса
3.3.1 Расчетные случаи и методы расчета
Различают три расчетных случая:
¾ 1 основной расчетный случай. Когда в верхнем бьефе равна ÑНПУ, а нижнем – 0;
¾ 2 основной расчетный случай. Когда в верхнем бьефе ФПУ1 , а нижнем бьефе УНБ (при основном расходе водосброса);
¾ Поверочный. Когда в верхнем бьефе ФПУ2 , а в нижнем – УНБ (при 1% расходе для сооружения IV класса).
Так как курсовой проект учебный, то ограничиваемся одним расчетным случаем: 1 основным. Метод расчета относится к группе графоаналитических методов и носит название – метод круглоцилиндрических поверхностей сдвига. Расчеты ведутся только для руслового сечения, так как здесь самые неблагоприятные условия.
3.3.2 Исходные данные
Курсовым проектом предусмотрено два типа расчета – на ЭВМ и вручную. Для расчета на ЭВМ потребуются следующие исходные данные:
¾ Высота плотины: Н = 13,2 м;
¾ Ширина гребня плотины: В = 10 м;
¾ Заложение верхового откоса: m1 = 3,0;
¾ Заложение низового откоса: m2 = 2,0;
¾ Глубина воды в верхнем бьефе: H1 = 10,1 м;
¾ Глубина воды в нижнем бьефе: Н2 = 0;
¾ Высота дренажной призмы: Ндр = 2,05 м;
¾ Заложение откоса дренажной призмы: m3 = 1,5;
¾ Объемный вес грунта тела плотины при естественной влажности: g1 = 2,71 т/м3;
¾ Угол внутреннего трения:
а) при естественной влажности: j1 = 20 град.
б) в водонасыщенном состоянии: j2 = 17 град.
¾ Удельное сцепление грунта тела плотины:
а) при естественной влажности: С1 = 2,4 т/м2.
б) в водонасыщенном состоянии: С2 =2,1 т/м2.
¾ Пористость грунта тела плотины: n1 = 36%.
¾ Плотность грунта основания при естественной влажности: g=2,71.
¾ Угол внутреннего трения грунта основания:
а) при естественной влажности j2=17 град.
б) в водонасыщенном состоянии j,3 =17 град.
¾ Удельное сцепление:
а) при естественной влажности: С1=2,4 т/м2.
б) в водонасыщенном состоянии: С=2,1 т/м2.
¾ Пористость грунта основания n=36%
Для ручного расчета применяются те же исходные данные, что и для расчета на ЭВМ – меняется только объемный вес грунта:
Для первого: g1 =2,71 т/м3; для второго: g2 = (1-n1)×(gгт-g0),
гдеg0 – плотность воды: g0 = 1 т/м3.
g1 = (1-0,36)×(2,71-1) = 1,09 т/м3.
3.3.3 Коэффициент устойчивости для произвольной кривой обрушения
Для нахождения коэффициента устойчивости низового откоса строится расчетная схема. Для каждого фрагмента находятся значения sinα и cosα:
sinα = 0,1∙Nфр;
cosα=
;Определяются средние высоты составных частей каждого фрагмента, имеющие различные плоскости. Вес отсека определяется по формуле:
Gфр = (
)∙b∙ 1пм;Устанавливается сила трения, возникающая на подошве всего массива обрушения, равная сумме и соответствующая силе по фрагментам:
F = Gфр∙ tgφ ∙ cosα
Составляющая веса массива обрушения:
Т = Gфр∙sinα
Фильтрационная сила учитывается как объемная:
где W – вес фигуры массива обрушения, насыщенного водой
W = ω∙Yср∙1 пм ∙g0 , т,
где ω – площадь фигуры массива обрушения насыщенного водой;
Yср – градиент, равный 0,21 (был определён ранее);