Проектирование комплексного гидроузла (стр. 3 из 10)
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 m1 = 3, коэффициент заложения низового откоса m2 = 2,5.
Табл.1.6.Среднее заложение откосов земляных плотин
| Высота | |||||
| 5 | 5…10 | 10…15 | 15…50 | 50 | |
| Верховой откос m1 | 2.0…2.5 | 2.25…2.75 | 2.5…3.0 | 3.0…4.0 | 4.0…5.0 |
| Низовой откос m2 | 1.75…2.0 | 1.75…2.25 | 2.0…2.5 | 2.5…4.0 | 4.0…4.5 |
Следует отметить, что в данном курсовом проекте используются средние по высоте заложения откосов. Реальные откосы, особенно у плотин значительной высоты, обычно имеют ломаное очертание с постепенным увеличением пологости к подошве, что позволяет запроектировать более экономичный профиль сооружения.
Для предохранения низового откоса от размыва сосредоточенным потоком дождевых и талых вод через 10 – 15 м по высоте устраивают горизонтальные площадки – бермы шириной 2 – 3 м, а при необходимости проезда по ним – шириной до 6 м. У внутреннего края бермы устраивают кювет для перехвата дождевых и талых вод и отводу их в общую систему дренажа плотины.
Однако в данном курсовом проекте мы не будем предусматривать устройство берм.
Противофильтрационные устройства проектируют из грунтовых и негрунтовых материалов. Конструктивно их выполняют в виде экрана, понура, ядра, диафрагмы, зубьев, шпунтовых стенок и др.
При проектировании противофильтрационных устройств необходимо обеспечить их сопряжение друг с другом, с основанием по подошве и в береговых примыканиях, то есть создать противофильтрационную завесу, конструкцию которой принимают на основе технико-экономического сравнения различных вариантов /1/.
1.3 Фильтрационный расчет тела плотины
В соответствии со СНиП 2.06.05–84 фильтрационные расчёты следует выполнять для определения фильтрационной прочности тела плотины; расчёта устойчивости низового откоса плотины; обоснования необходимости противофильтрационных устройств.
В ходе выполнения расчётов определяют положение депрессионной кривой, фильтрационный расход воды через тело плотины и её основание, место выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф.
Способы и схемы фильтрационных расчётов с большой надёжностью разработаны для плотин, расположенных на водонепроницаемом основании. Под водонепроницаемым понимают такое основание, коэффициент фильтрации которого по сравнению с коэффициентом фильтрации плотины настолько мал, что может быть приравнен к нулю.
Рассчитаем фильтрацию через тело плотины методом эквивалентного профиля для основных типов плотин. В этом методе реальный поперечный профиль плотины заменяют эквивалентным в фильтрационном отношении профилем. В соответствии со СНиП предполагают два допуска:
1) фильтрация в теле плотины не зависит от вида грунта, а только от геометрических размеров;
2) трапецеидальный профиль плотины условно превращают в призму.
Строим кривую депрессии по уравнению:
(7)где: у – ордината кривой депрессии;
Н – глубина воды в верхнем бьефе;
q – расход фильтрационного потока через тело плотины:
(8)где: Кф - коэффициент фильтрации тела плотины. Кф = 0,3 м/сут.
Lp– ширина эквивалентного профиля плотины по основанию:
(9)Величину ΔL определяем по формуле:
(10)где β – коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса, определяемый по формуле Г.К. Михайлова:
(11)где: m1- коэффициент заложения верхового откоса. m1 = 3
; 
Величину L определяем по следующей зависимости:
, (12)где: m2- коэффициент заложения низового откоса. m2= 2,5
bгр – ширина гребня плотины. bгр = 7 м
d – превышение над расчётным уровнем воды. d = 2,96 м
; 
.Рассчитаем высоту выхода депрессионной кривой на низовой откос над уровнем основания плотины в нижнем бьефе:
, (13)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 хпопределяем величину уппо формуле (7). Расчёт ведём в табличной форме (табл. 1.7).
Табл. 1.7.Координаты кривой депрессии
 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
 | 9,52 | 9,02 | 8,49 | 7,92 | 7,31 | 6,64 | 5,90 | 5,05 | 4,03 | 2,64 |
По полученным координатам на поперечном профиле плотины строим кривую депрессии (рис. 2).
1.3.1 Фильтрация в теле плотины с ядром на водонепроницаемом основании
Для расчёта такой плотины можно применять виртуальный метод, в котором ядро с заданными размерами и коэффициентом фильтрации Кя заменяют приведённым ядром призматической формы с коэффициентом фильтрации КТ. Плотина тем самым приводится к эквивалентной по фильтрационным свойствам однородной плотине.
Порядок расчёта:
1). Находим среднюю толщину ядра:
δср. = (δ1+ δ2) / 2, (14)
где δ1иδ2– толщина ядра поверху и понизу.
δср. = (6 + 3) / 2 = 4,5 м
2). Определяем приведённую толщину эквивалентного ядра:
Lпр.я. = δср. * Кт / Кя, (15)
Lпр.я. = 4,5 * 0,3 / 0,1 = 13,5 м.
3). Вычисляем приведённую ширину гребня плотины:
bпр.гр = bгр + Lпр.я – δср. (16)
bпр.гр = 7 + 13,5 – 4,5 = 16 м.
4). Величину L определяем по следующей зависимости:
L = m1 * d + bпр.гр + m2 * (H + d), (17)
гдеm1и m2- коэффициенты заложения верхового и низового откосов:
m1 = 3, m2= 2,5;
bпр.гр- ширина гребня плотины:bгр = 7 м;
d– превышение над расчётным уровнем воды:d = 2,96 м.
L = 3 * 2,96 + 16 + 2,5 * (13 + 2,96) = 57,28 м.
Lp – ширина эквивалентного профиля плотины по основанию:
(18) 
мРассчитаем высоту выхода депрессионной кривой на низовой откос над уровнем основания плотины в нижнем бьефе:
м (19)Кривую депрессии строим только на участках плотины до и после ядра, задавая значения x от x = ∆L до x = ∆L + xв и от x = ∆L + xв + Lпр.я. до x = Lр.
Строим кривую депрессии по уравнению, полученному с учётом эмпирических параметровﮈh и q:
(20)где: Н – напор воды в верхнем бьефе, м;
kт- коэффициент фильтрации тела плотины, м/сут;
ﮈh- потери напора фильтрационного потока, м;
q – удельный расход фильтрационного потока, м3/сут.
Табл. 1.8.Значения произведения параметра ξ и удельного расхода q
| kт | 1.0 | 0.5 | 0.3 | 0.08 |
| q | 1.0 | 1.0 | 0.9 | 0.4 |
При kф = 0.3 м/сут., q = 0.9
Для определения пути фильтрации используется фактическая длина подошвы плотины с учетом рельефа местности и уклона русла реки. Расположение осей координат: ось Y принимаем перпендикулярно линии поверхности воды при отметке НПУ таким образом, чтобы ось Y проходила через точку пересечения поверхности воды при отметке НПУ с верховым откосом плотины; ось Х принимаем по основанию плотины перпендикулярно оси Y. Разбиваем ось Х на интервалы 10 м и для каждого значения Хn определяем Yn по формуле. Расчет производим в табличной форме, кривая депрессии представлена на (рис. 3).