Водохраніліщного гідровузол з грунтової греблею на річці Тура Свердловської області

Мінсільгосп РФ

ФГТУ ВПО ОмГАУ

Інститут землеустрою, кадастру та водокористування

Факультет: ФВХС

Кафедра: КГТМ

Спеціальність: 280402

Спеціалізація: 280402.65

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсового проекту

з дисципліни «Гідротехнічні споруди»

Водохраніліщного гідровузол З грунтових гребель на річці туру свердловської області

Виконавець: студ. 742 гр. ФВХС

Федорова О.О.

Керівник:

Єгорова Т.С.

Омськ 2009

Зміст

Введення

1. Район будівництва, призначення гідровузла і клас гідротехнічних споруд

2. Створ гідровузла, склад і раціональна схема компонування споруд гідровузла

2.1 Створ гідровузла

2.2 Склад гідровузла і призначення його споруд

2.3 Тип водоскидного споруди

2.4 Компонування споруд гідровузла

3. Грунтова гребля

3.1 Тип і конструкція греблі

3.1.1 Тип греблі

3.1.2 Сполучення тіла греблі з основою і берегами

3.1.3 Протифільтраційні пристрої

3.1.4 Гребінь греблі

3.1.5 Укоси і берми

3.1.6 Дренажі і зворотні фільтри

3.2 Фільтраційні розрахунки

3.2.1 Завдання і методи розрахунку

3.2.2 Розрахункові схеми і спосіб розрахунку

3.2.3 депрессионная поверхню фільтраційного потоку

3.2.4 Фільтраційний витрата

3.2.5 Оцінка фільтраційної міцності

3.3 Розрахунок стійкості укосу

3.3.1 Розрахункові випадки і методи розрахунку

3.3.2 Вихідні дані

3.3.3 Коефіцієнт стійкості для довільної кривої обвалення

3.3.4 Оцінка стійкості укосу

4. Водоскидних споруда

4.1 Траса водоскиду

4.2 Компонування споруд водоскиду

4.3 Гідравлічні розрахунки

5. Водовипуск-водоспуски

6. Водозабірних споруд

Список використаної літератури

ВСТУП

Метою даного курсового проекту є проектування водохраніліщного гідровузла з грунтової греблею. Загальний комплекс гідротехнічних споруд, об'єднаних за розташуванням та умовами їх спільної роботи, називається гідровузлів. Залежно від призначення розрізняють види гідровузлів: водозабірні, воднотранспортні, енергетичні, іригаційні та інші. Гідровузли бувають комплексні. Річкові гідровузли називаються напірними (або греблі), якщо вони створюють підпір на річці і безнапірними, якщо підпір відсутня.

Якщо є сукупність гідротехнічних споруд і гідровузлів, об'єднаних територіально і службовців загальним водогосподарським цілям, то ця сукупність називається гідротехнічної системою.

Невід'ємною частиною водохраніліщного гідровузла є гребля. Простота конструкції, широке використання місцевих будівельних матеріалів, можливість будівлі майже на будь-яких підставах зумовили широке розповсюдження земляних гребель у всіх країнах. Земляні греблі поділяються по безлічі ознак. Так за способом зведення вони бувають: насипні, намивні, полунамивние. По конструкції поперечного профілю земляні греблі діляться: з одного грунту, з вертикальним ядром або діафрагмою, з екраном, з різнорідних грунтів.

Для зведення земляних гребель застосовують різні грунти, наявні на території будівлі греблі. Кращими грунтами для однорідної греблі вважаються суглинки і супіски. Цілком придатними є піщані та піщано-гравійні грунти, але в цьому випадку необхідно застосовувати протифільтраційні пристрої: екрани, ядра і понурий. Для протифільтраційних елементів греблі застосовуються зв'язкові, пластичні малопроникні грунти: глини, суглинки, а також торф при ступені розкладу не менше 50%.

При достатній кількості в районі будівництва щодо водонепроникних грунтів будують дамбу з однорідного грунту. Їх переваги - простота і швидкість зведення, можливість застосування комплексної механізації, що значно знижує вартість робіт у порівнянні з іншими типами гребель.

При недостатній кількості малопроникних грунтів греблю насипають з наявних на місці піщаних грунтів, супісків або інших проникних матеріалів. Для попередження фільтрації води через тіло греблі застосовують протифільтраційні пристрою.

Основні елементи профілю греблі наведені на малюнку 1.

Рисунок 1 - Елементи профілю земляної греблі:

Ñ ​​НПУ - нормальний підпертий рівень; Ñ ДП - позначка гребеня греблі;

1 - верхової укіс; 2 - підошва греблі;

3 - берма; 4 - низовий укіс; 5 - тіло греблі.

1. РАЙОН БУДІВНИЦТВА, ПРИЗНАЧЕННЯ гідровузлів та КЛАС ГІДРОТЕХНІЧНИХ СПОРУД

Район будівництва знаходиться на території Середнього Уралу, в Свердловській області, на річці Тура в 220 км на північний схід від міста Єкатеринбурга.

Тура - річка в Західному Сибіру, ​​ліва притока Тоболу. Довжина складає близько 1030 км, площа басейну 80,4 тис. км ^2. На даній річці спостерігається висока весняна повінь, літньо-осіння межень (з нижчим рівнем води, як правило, з серпня по жовтень). Також мають місце незначні за висотою паводки під час осінніх дощів і стійка низька зимова межень, що триває в середньому 140-160 днів. Зимова межень встановлюється у другій половині листопада, а при наявності осінніх дощових паводків - у передзимовий період. Нижчий рівень води досягається в січні-березні.

Гідровузол на річці Тура призначається для сезонного регулювання для зрошення сільськогосподарських угідь. Для визначення класу основних гідротехнічних споруд скористаємося двома методиками.

За першою методикою клас визначається в залежності від наслідки аварії, висоти греблі, матеріалу і виду грунту підстави. Необхідно визначити максимальну висоту греблі:

м, (1)

де Ñ ДП ¢ - відмітка гребеня греблі, приймається попередня: м;

- Відмітка дна на р.Тура, рівна 208,00 м.

Таким чином:

м.

Так як максимальна висота греблі дорівнює 13,1 м, що менше 15 метрів, то по першій методиці приймається клас основних гідротехнічний споруд - IV.

Згідно з другою методикою, клас споруд визначається в залежності від наслідків порушення експлуатації гідровузла. Для цього визначається площа ділянки зрошення за формулою:

, Га (2)

де q _ВП - максимальна витрата водоспоживання, м ³ / с, рівний 2,4 м ³ / с, відповідно до завдання;

q - розрахунковий гідромодуль, л / с × га, приймається рівним 0,5 л / с × га;

Таким чином:

га

Так як <50   000 га, то дане гідротехнічна споруда відноситься IV класу. Коефіцієнт надійності До _Н для спорудження IV класу дорівнює 1,1.

2. Створ гідровузла, СКЛАД І РАЦІОНАЛЬНА СХЕМА КОМПОНУВАННЯ споруди гідровузла

2.1 Створ гідровузла

При виборі створу гідровузла необхідно враховувати ряд вимог:

• розташування греблі по можливості має бути в самому вузькому місці річкової долини; вісь греблі повинна бути перпендикулярна горизонталях місцевості та напрямку течії ріки;

• при проектуванні греблі необхідно провести дослідження грунтів, прилеглих до району будівництва, які можуть знадобитися для зведення греблі;

• необхідно врахувати розміри території, які знадобляться для розміщення постійних і тимчасових споруд гідровузла;

• по можливості необхідно врахувати прокладку дорожньої мережі, лінії електропередачі і зв'язку;

• необхідно враховувати інтереси користувачів даного гідротехнічної споруди і розташовувати його поблизу с водопотребителями;

• при проектуванні необхідно враховувати територію затоплення після початку роботи греблі;

• середня глибина у водосховищі має бути не менше 2,5 м для дотримання екологічних і санітарних вимог.

Згідно перерахованим вище вимогам, був запроектований створ гідровузла (див. Лист 1). За створу гідровузла побудований поздовжній профіль (див. Малюнок 2).

2.2 Склад гідровузла і призначення його споруд

До складу гідровузла входять такі споруди:

1. Водонапірних споруд (гребля). Дана споруда необхідно для створення підпору води та освіти хащі водосховища;

2. Водоскидних споруду. Служить для пропуску надлишкової кількості води у нижній б'єф під час весняних повеней або дощових паводків;

3. Водовипускної споруду. Необхідно для пропуску в нижній б'єф побутових витрат води (санітарні попуски), для пропуску будівельних витрат, для повного або часткового спорожнення водосховища;

4. Водозабірних споруд. Воно потрібно для забору води з водосховища для цілей зрошення.

2.3 Тип водоскидного споруди

Проектування водоскидного споруди ведеться за типовими проектами. Потрібне типове спорудження підбираємо по витраті з урахуванням можливості застосування обраного типу до конкретних місцевих умов. Отже, за розрахунковим максимальній витраті водоскиду, рівному 35 м ³ / с, вибирається тип водоскидного споруди - ковшовий водоскид автоматичного типу.

2.4 Компонування споруд гідровузла

Гідровузол призначений для цілей зрошення. При компонуванні необхідно враховувати ряд вимог:

• гідровузол повинен знаходитися якомога ближче до споживачів, тобто в нашому випадку - до полів зрошення;

• щоб територія затоплення від створення водосховища була мінімальна.

Вісь греблі розташовується перпендикулярно напрямку горизонталей місцевості та напрямку руху води в річці.

3. Грунтових гребель

3.1 Тип і конструкція греблі

3.1.1 Тип греблі

За призначенням греблі бувають 3 видів:

• водопідіймальні;

• водохраніліщного;

• комбіновані.

За способом перекриття греблі діляться на 2 основні групи:

• глухі греблі, пропуск води у яких через створ здійснюється водопроникними спорудами в тілі греблі, що мають досить малу ширину в порівнянні з довжиною греблі;

• водоскидні (водопропускні) греблі, по довжині яких влаштовують досить широкі водопропускні отвори.

За будівельному матеріалу: земляні, кам'яно-накидних, дерев'яні, бетонні, кам'яні. По виду пропуску води через водосховище: водозливні, водоскидні, глухі. Відповідно до класифікації гребель - це глуха грунтова гравітаційна однорідна насипна гребля.

Для обсипання тіла греблі використовується грунт № 3 - суглинок з коефіцієнтом фільтрації К _ф = 0,001 м / добу., Так як цей грунт має малу водопроникністю.

3.1.2 Сполучення тіла греблі з основою і берегами

За цим підпунктом розглядається підготовка основи греблі:

• перенесення будівель, розташованих поблизу місця будівництва греблі;

• здійснюється вирівнювання місцевості прилеглої до будівництва греблі (Викорчовування пнів, зріз дерев та кущів);

• зняття родючого шару (30 см);

• проводиться планування поверхні.

3.1.3 Протифільтраційні пристрої

Протифільтраційні пристрої діляться на 2 основні групи за місцем знаходження в греблі:

• протифільтраційні пристрою в тілі греблі;

• протифільтраційні пристрою в основі греблі.

У грунтовій греблі для зменшення фільтраційних втрат і зниження кривої депресії в низовій частині укосу в тілі греблі влаштовують протифільтраційні пристрою. Основні протифільтраційні пристрої: ядра, екрани, діафрагми. Для їх створення застосовують такі грунти, як суглинки, глини, глинобетон, асфальтобетон.

Протифільтраційні пристрою в основі греблі можуть бути глухими і висячими. Так як основу греблі складено глинистими грунтами з малим коефіцієнтом фільтрації, протифільтраційних пристроїв в основі греблі не потрібно.

3.1.4 Гребінь греблі

Гребінь греблі (див. малюнок 3) використовується для проїзду автомобільного транспорту.

Рисунок 3 - Елементи профілю гребеня греблі:

А - ширина проїзної частини; Б - ширина узбіччя;

В - ширина гребеня греблі.

Для I V категорії автомобільної дороги передбачені наступні розміри: А = 6 м, Б = 2 м, В = 10 м.

Відмітка гребеня греблі розраховується за наступною формулою:

Ñ ​​ДП = Ñ УВБ + d, м (3)

Розрахунок позначки гребеня греблі ведеться для двох випадків:

• для основного випадку: Ñ ДП ₁ = Ñ НПУ + d _1;

• для особливого випадку: Ñ ДП ₂ = Ñ ФПУ + d _2.

Необхідно було визначити позначку ФПУ:

Ñ ​​ФПУ = Ñ НПУ + Н _ф, м, (4)

де H _ф = 0,75 м - для прийнятого типу водоскидного споруди.

Таким чином:

Ñ ​​ФПУ = 218,1 + 0,75 = 218,75 м.

Для розрахунку гребеня греблі приймаємо позначку ФПУ рівної 218,75 м. Піднесення гребеня над розрахунковим рівнем води верхнього б'єфу d визначається за формулою:

d = h _н + D h + a, м, (5)

де h _н - висота накату вітрової хвилі на укіс греблі, м;

D h - висота вітрового нагону хвилі, м; визначається за формулою:

, М, (6)

де К _в - коефіцієнт залежить від швидкості вітру; так як швидкість вітру не перевищує 20 м / с, то К _в = 2,1 × 10 ^-6;

W - розрахункова швидкість вітру, м / с;

D - довжина розгону вітрового хвилі, м;

Н - умовна розрахункова глибина води у водосховищі.

a - кут між поздовжньою віссю водойми і напрямком пануючих вітрів, приймається рівним 0 °.

а - конструктивний запас висоти, приймається рівним 0,5 м.

Розрахунок виконувався для двох випадків: основного та особливого.

Основний випадок:

W ₁ = W _4% = 20,5 м / с;

Н ₁ = Ñ НПУ - Ñ Дна =

= 218,1 - 208,0 = 10,1 м;

D ₁ = 3400 м;

.

Особливий випадок:

W ₂ = W _50% = 12,6 м / с;

Н ₂ = Ñ ФПУ - Ñ Дна =

= 218,85 -208,00 = 10,85 м.

D ₂ = 3800 м.

Висота накату хвилі на укіс греблі визначалася за формулою:

h _н = h _1% × K _D × K _НП × К _С × К _b × К _НГ × К _Н, м, (7)

де h _1% - висота хвилі 1% імовірності перевищення, м;

K _D і K _НП - коефіцієнти залежать від типу і відносної шорсткості верхового укосу, кріплення укосу; K _D = 1, K _НП = 0,9;

К _С - коефіцієнт, що залежить від швидкості вітру і закладення укосу; К _С = = 1,3;

До _b - коефіцієнт, що залежить від кута підходу фронту хвилі до греблі; До _b = 1, тому що b = 0;

До _Н - коефіцієнт ймовірності перевищення по накату; для 1% імовірності перевищення До _Н = 1;

До _НГ - коефіцієнт, що залежить від закладання верхового укосу і параметрів вітрової хвилі; приймається за графіком.

Для визначення параметрів вітрової хвилі обчислюються безрозмірні комплекси:

і , (8)

де g - прискорення вільного падіння, рівне 9,81 м ² / с;

t - тривалість дії вітру, рівна 21600 с;

W - швидкість вітру, м / с;

D - довжина розгону хвилі, м.

Для обчислення h _1% необхідно виконати наступні операції:

Основний випадок:

;

.

Особливий випадок:

;

.

Далі за графіком для кожного з знайдених комплексів визначалися значення відносних параметрів:

і , (9)

де t - середній період хвилі, с ^-1;

- Середня висота хвилі, м.

Основний випадок:

Для a _1: , ;

Для b _1: , .

Особливий випадок:

Для a _2: , ;

Для b _2: , .

Із знайдених двох пар значень параметрів за розрахункові приймаються найменші. Таким чином, за графіком:

Основний випадок:

Особливий випадок:

Далі визначалася середня висота хвилі і середній період хвилі t:

Основний випадок:

с ^-1;

м.

Особливий випадок:

с ^-1;

м.

Середня довжина хвилі l:

, М (10)

Основний випадок:

Особливий випадок:

Висота 1% імовірності перевищення буде дорівнює:

, (11)

де K _i - коефіцієнт, який встановлюється за графіком при 1% імовірності перевищення у залежності від значення безрозмірного комплексу b.

Основний випадок:

K _i = 2,1

м

Особливий випадок:

K _i = 2,1

м

За формулою (7):

Основний випадок:

м;

Особливий випадок:

м;

За формулою (5):

Основний випадок:

d ₁ = 0,03 +2,41 +0,5 = 2,94 м;

Особливий випадок:

d ₂ = 0,01 +1,34 +1 = 2,35 м;

За формулою (3):

Основний випадок:

Ñ ​​ДП ₁ = 218,1 + 2,94 = 221,04 м;

Особливий випадок:

Ñ ​​ДП ₂ = 218,85 + 2,35 = 221,2 м.

Так як відмітка гребеня греблі при розрахунку на особливий випадок вийшла більше, ніж при розрахунку на основний випадок, то в якості розрахункової відмітки гребеня греблі приймається:

Ñ ​​ДП ₂ = 221,2 м, висота греблі при розрахунковій позначці гребеня греблі дорівнює: H _пл = Ñ ДП ₂ - Ñ Дна = 221,2 - 108,0 = 13,2 м.

3.1.5 Укоси і берми

Закладення укосу приймається в залежності від висоти греблі, виду грунту тіла греблі і наявності дренажу в тілі греблі. Приймаються наступні значення:

Коефіцієнт закладання верхового укосу - m ₁ = 3

Коефіцієнт закладання низового укосу - m ₂ = ₂

Для захисту верхового укосу від руйнуючої дії атмосферних опадів, вітру, хвиль, льоду та інших факторів передбачають укріплення укосів. Кріплення верхового укосу буває основне в зоні максимальних хвильових впливів і полегшене - нижче і вище цієї зони. Верхню межу основного кріплення приймають на позначці гребеня греблі. Нижня межа основного кріплення приймається на глибині

h = 2 ∙ h _1% нижче Ñ УМО. Для захисту верхового укосу приймають такі види кріплення:

• кам'яна накидка або відсипання;

• бетонні, монолітні, залізобетонні, збірні;

• асфальтобетонні;

• біологічні;

Для кріплення низового укосу з метою захисту його від атмосферних впливів застосовують біологічний захист - посів трав товщиною 0,2-0,3 м і відсипання щебеню або гравію товщиною 0,2 м.

Для кріплення верхового укосу застосовуються збірні залізобетонні плити розміром 2 '2 м, товщиною 10 см. При виробництві робіт плити укладаються в карти товщиною 8' 8 м шляхом замонолічування швів.

Товщина плити визначалася за формулою:

, М, (12)

де h _пл - коефіцієнт, рівний для збірних плит - 1,1;

h - висота вітрової хвилі, м;

l - довжина хвилі, м;

В - розмір плити, м;

m ₁ - закладення верхового укосу;

g ₀ - об'ємна вага води, що дорівнює 1 т / м ^3;

g _пл - об'ємна вага бетону, рівний 2,5 т / м ^3;

Таким чином:

м.

Отримане значення δ _пл порівнюється з прийнятою товщиною плити - 0,1 м. Так як 0,07 <0,1, приймається товщина плити, дорівнює 0,1 м. Під плитами розташований шар піщано-гравійної підготовки товщиною 0,2 м. Потім залізобетонне кріплення плитами передбачають від гребеня греблі до Ñ УМО не нижче 2 ∙ h _1%. Нижче цієї позначки приймається полегшене кріплення з гравелистої-галькових грунтів. Якщо позначка кінця кріплення і відмітка дна менше 3 м, то далі можна не вести полегшене кріплення.

Ñ ​​КК = Ñ УМО - 2 ∙ h _1% = 213,0 - 2 × 0,41 = 212,18 м.

де h _1% - висота хвилі, рівна 0,41 м.

Так як різниця між відміткою кінця кріплення, що дорівнює 212,18 м і дном річки, що дорівнює 108,00 м, не перевищує 3 метрів, то полегшене кріплення не передбачаємо і Ñ КК = Ñ Дна = 108,00 м.

У нижній частині кріплення залізобетонними плитами влаштовується упор у вигляді бетонного масиву розмірами 0,8 '0,4 м. Для кріплення низового укосу використовується рослинний грунт, знятий з підстави греблі. Товщина покриття - 0,2 м. Також проводиться посів багаторічних трав. На низовому укосі можуть розташовуватися горизонтальні майданчики - берми. Ширина їх не менше 3 м. Служать для підвищення стійкості укосу. Так як максимальна висота греблі складає 13,2 м, то берми не передбачаються.

3.1.6 Дренажі і зворотні фільтри

Дренаж - це пристрій для прийому та її організованого відводу води, профільтрувалась через тіло і основу греблі і володіє підвищеною водопровідність. Також дренаж призначений для запобігання виходу фільтраційного потоку на низовий укіс і в зону, піддану промерзання.

Існує руслової і заплавний дренаж. Руслової дренаж улаштовується у вигляді дренажної призми. У дренажної призмі внутрішній укіс m ₃ приймається рівним 1,5, верхової укіс - m ₄ = m ₂ = _2.

Глибина закладення руслового дренажу в тіло греблі визначається за формулою:

, М, (13)

де H _ін - висота дренажної призми, визначити за формулою:

H _ін = Ñ ГДП - Ñ Дна, м, (14)

де Ñ ГДП - позначка гребеня дренажної призми, м, визначалася за формулою:

Ñ ​​ГДП = Ñ УНБ _5% + 0,5, м, (15)

де Ñ УНБ _5% - відмітка рівня води в нижньому б'єфі, м.

Для визначення Ñ УНБ _5% використовувався графік залежності витрати від рівня води в річці Q = | (H). При Q _5% = 29,0 м ³ / с Ñ УНБ _5% = 209,55 м.

Тоді за формулою (15):

Ñ ​​ГДП = 209,55 + 0,5 = 210,05 м.

Висота дренажної призми за формулою (14):

H _ін = Ñ ГДП - Ñ Дна = 210,05 - 108,00 = 2,05 м.

Глибина закладення руслового дренажу за формулою (13):

м.

Заплавний дренаж - горизонтальний трубчастий. Виконаний з азбестоцементних перфорованих труб, діаметром 200 мм. Відвідний трубопровід - 100 мм.

Глибина закладення заплавного дренажу в тіло греблі визначається за формулою:

, М, (16)

де В _пл - ширина греблі, м, обчислюється за формулою:

У _пл = В + Н _пл ∙ (m ₁ + m _2), (17)

Таким чином:

У _пл = 10 + 13,2 ∙ (3 +2) = 76 м;

Тоді за формулою (16):

м.

Головним недоліком дренажу є можливість виникнення фільтраційних деформацій грунту тіла греблі і підстави. Для боротьби з фільтраційними деформаціями застосовують зворотні фільтри.

Зворотний фільтр - це пристрій, що запобігає вимивши дрібних частинок грунту. Завдяки зворотним фільтрам швидкість фільтраційного потоку скорочується. Вони оберігають дренажні системи від попадання частинок грунту. Зворотний фільтр влаштовується на контакті дренажу і дренуючого тіла і підстави греблі.

3.2 Фільтраційні розрахунки

3.2.1 Завдання і методи розрахунку

До завдань фільтраційних розрахунків можна віднести:

• визначення загального фільтраційного витрати через тіло греблі і підстава;

• побудова депресійної поверхні фільтраційного потоку;

• перевірка загальної фільтраційної міцності грунту тіла греблі.

Методи, якими вирішуються дані завдання:

• гідравлічні;

• гідромеханічні;

• експериментальні методи.

У курсовому проекті в основу фільтраційних розрахунків покладено гідравлічний метод.

3.2.2 Розрахункові схеми і способи розрахунку

У розрахунках використовується гіпотеза академіка М. М. Павловського про незалежність фільтрації в тілі греблі та її підставі: Q = q _тіла + q _осн.

При використанні гіпотези робиться ряд допущень:

• розглядається плоска схема фільтрації;

• водоупор приймається плоским, горизонтальним і абсолютно водонепроникним;

• грунт тіла греблі і заснування вважається однорідним і ізотропним;

• шар води в нижньому б'єфі вважається рівним нулю;

• положення кривої депресії не залежить від виду та фільтраційних властивостей грунту тіла греблі. Визначається воно становищем рівнів води в б'єфах і геометричними розмірами тіла греблі.

Здійснюємо вибір розрахункової схеми. Для цього проводимо низку операцій:

• розбиваємо поздовжній профіль греблі на 3 частини: одну руслових і дві заплавні;

• в кожній з частин проводимо розтин. Перетин I проводиться в найглибшої точки руслової частини. У кожному перетині повинен бути рівень води у верхньому б'єфі;

• складаємо розрахункову схему.

При розрахунку розглядаємо наповнення водосховища до НПУ.

3.2.3 депрессионная поверхню фільтраційного потоку

Координати кривої депресії розраховуються за формулою:

(18)

Для розрахунку координат депресійної кривої необхідно мати такі вихідні дані:

Перетин I - I

• висота греблі в перерізі:

Н _пл = Ñ ДП - Ñ Дна = 221,2-108,0 = 13,2 м;

• глибина води у верхньому б'єфі:

Н ₁ = Ñ НПУ - Ñ Дна = 218,1 - 208,0 = 10,1 м;

d = H _пл - H ₁ = 13,2 - 10,1 = 3,1 м;

• горизонтальна проекція депресійної кривої:

L = d ∙ m ₁ + B + H _пл ∙ m ₂ - S _ін = 3,1 ∙ 3 + 10 + 13,2 ∙ 2 - 7,18 = 38,52 м;

L _р = Δl + L = 4,34 + 38,52 = 42,86 м,

де Δl = β ∙ H ₁ = 0,43 ∙ 10,1 = 4,34 м,

де ;

• коефіцієнт фільтрації через тіло греблі: К _ф = 0,001 м / добу;

• координати кривої депресії, розраховані за формулою (18):

Перетин II - II

• висота греблі в перерізі:

Н _пл = Ñ ДП - Ñ Дна = 221,2 - 215,2 = 6 м;

• глибина води у верхньому б'єфі:

Н ₁ = Ñ НПУ - Ñ Дна = 218,1 - 215,2 = 2,9 м;

d = H _пл - H ₁ = 6 - 2,9 = 3,1 м;

• горизонтальна проекція депресійної кривої:

L = d ∙ m ₁ + B + H _пл ∙ m ₂ - S _ін = 3,1 ∙ 3 + 10 + 6 ∙ 2 - 9,5 = 21,8 м;

L _р = Δl + L = 1,25 + 21,8 = 23,05 м,

де Δl = β ∙ H ₁ = 0,43 ∙ 2,9 = 1,25 м,

де ;

• коефіцієнт фільтрації через тіло греблі: К _ф = 0,001 м / добу.

• координати кривої депресії, розраховані за формулою (18):

x	1,25	5	10	15	20	21,8
y	2,85	2,57	2,19	1,74	1,10	0

Перетин III - III

• висота греблі в перерізі:

Н _пл = Ñ ДП - Ñ Дна = 221,2 - 216,9 = 4,3 м;

• глибина води у верхньому б'єфі:

Н ₁ = Ñ НПУ - Ñ Дна = 218,1 - 216,9 = 1,2 м;

d = H _пл - H ₁ = 4,3 - 1,2 = 3,1 м;

• горизонтальна проекція депресійної кривої:

L = d ∙ m ₁ + B + H _пл ∙ m ₂ - S _ін = 3,1 ∙ 3 + 10 + 4,3 ∙ 2 - 9,5 = 18,4 м;

L _р = Δl + L = 0,52 + 18,4 = 18,92 м,

де Δl = β ∙ H ₁ = 0,43 ∙ 1,2 = 0,52 м,

де ;

• коефіцієнт фільтрації через тіло греблі: К _ф = 0,001 м / добу.

• координати кривої депресії, розраховані за формулою (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 Фільтраційний витрата

Фільтраційний витрата складається з питомих фільтраційних витрат тіла греблі (q _{т i)} та її підстави (q _{про i):}

q _i = q _{т i} + Q _{про i} , М ^{2 на} добу (19)

Питома фільтраційний витрата основи греблі знаходиться за формулою:

м ^{2 на} добу, (20)

де K ₀ - осередненої коефіцієнт фільтрації грунтів основи, м / добу;

Т - товщина водопроникної шару основи, м;

B _пл - ширина дамби в перерізі по підставі, м;

n - поправочний коефіцієнт, що залежить від ширини греблі в перерізі і від товщини водопроникної шару;

Перетин II:

Т = 2,05 м, n = 1,15;

, ;

;

Питома витрата через основу греблі в даному перерізі: м ^{2 на} добу;

q ₁ = q _т1 + q _о1 = 0,0012 + 0,0003 = 0,0015 м ^{2 на} добу.

Перетин II - II:

Т ₁ = 1,2 м, Т ₂ = 7,8 м, n = 1,23;

,

;

;

Питома витрата через основу греблі в даному перерізі: м ^{2 на} добу;

q ₂ = q _т2 + q _О2 = 0,00018 + 0,02 = 0,02 м ^{2 на} добу.

Перетин III - III:

Т = 9,8 м, n = 1,3;

,

;

;

Питома витрата через основу греблі в даному перерізі: м ^{2 на} добу;

q ₃ = q _т3 + q _О3 = 0,00004 + 0,0001 = 0,00014 м ^{2 на} добу.

3.2.5 Оцінка фільтраційної міцності

Фільтраційна міцність - здатність грунту чинити опір фільтраційним деформацій. Фільтраційна міцність оцінюється шляхом порівняння дійсного градієнта напору з припустимим. У даному курсовому проекті оцінюється тільки загальна фільтраційна міцність грунту тіла щільні.

(21)

де Y _ср - осередненої градієнт напору в розрахунковій області фільтрації, визначається за формулою:

, (22)

де Δ y - падіння депресійної кривої в межах масиву обвалення;

Δ x - відстань, на якому відбулося падіння депресійної кривої.

- Осередненої критичний градієнт напору для грунту, для суглинку приймається рівним від 4 до 1,5;

К _н - коефіцієнт надійності споруди, для IV класу К _н = 1,1.

Таким чином, ставлення ;

Далі визначався осередненої градієнт напору в перерізах:

Перетин I - I:

За формулою (22):

;

Оскільки та умова дотримується: 0,21 ≤ 1,82 Þ

Þ фільтраційних деформацій не спостерігається.

Перетин II - II:

За формулою (22):

;

Оскільки та умова дотримується: 0,21 ≤ 1,82 Þ

Þ фільтраційних деформацій не спостерігається.

Перетин III - III:

За формулою (22):

;

Оскільки та умова дотримується: 0,05 ≤ 1,82 Þ

Þ фільтраційних деформацій не спостерігається.

Умова (21) виконується за всіма перетинах, отже, фільтраційна міцність грунту тіла греблі забезпечена.

3.3 Розрахунок стійкості укосу

3.3.1 Розрахункові випадки і методи розрахунку

Розрізняють три розрахункові випадки:

• 1 основний розрахунковий випадок. Коли у верхньому б'єфі дорівнює Ñ НПУ, а нижньому - 0;

• 2 основний розрахунковий випадок. Коли у верхньому б'єфі ФПУ _1, а нижньому б'єфі УНБ (при основному витраті водоскиду);

• Перевірочний. Коли у верхньому б'єфі ФПУ _2, а в нижньому - УНБ (при 1% витраті для спорудження IV класу).

Так як курсовий проект навчальний, то обмежуємося одним розрахунковим випадком: 1 основним. Метод розрахунку відноситься до групи графоаналітичний методів і носить назву - метод круглоциліндричній поверхонь зсуву. Розрахунки ведуться тільки для руслового перетину, тому що тут найбільш несприятливі умови.

3.3.2 Вихідні дані

Курсовим проектом передбачено два типи розрахунку - на ЕОМ і вручну. Для розрахунку на ЕОМ потрібні такі вихідні дані:

• Висота греблі: Н = 13,2 м;

• Ширина гребеня греблі: В = 10 м;

• Закладення верхового укосу: m ₁ = 3,0;

• Закладення низового укосу: m ₂ = 2,0;

• Глибина води у верхньому б'єфі: H ₁ = 10,1 м;

• Глибина води в нижньому б'єфі: Н ₂ = 0;

• Висота дренажної призми: Н _ін = 2,05 м;

• Закладення укосу дренажної призми: m ₃ = 1,5;

• Питома вага грунту тіла греблі при природній вологості: g ₁ = 2,71 т / м ^3;

• Кут внутрішнього тертя:

а) за природної вологості: j ₁ = 20 град.

б) в водонасиченому стані: j ₂ = 17 град.

• Питоме зчеплення грунту тіла греблі:

а) за природної вологості: З ₁ = 2,4 т / м ^2.

б) в водонасиченому стані: З ₂ = 2,1 т / м ^2.

• Пористість грунту тіла греблі: n ₁ = 36%.

• Щільність грунту основи при природній вологості: g = 2,71.

• Кут внутрішнього тертя грунту основи:

а) за природної вологості j ₂ = 17 град.

б) в водонасиченому стані ^j, ₃ = 17 град.

• Питоме зчеплення:

а) за природної вологості: З ₁ = 2,4 т / м ^2.

б) в водонасиченому стані: С = 2,1 т / м ^2.

• Пористість грунту основи n = 36%

Для ручного розрахунку застосовуються ті ж вихідні дані, що і для розрахунку на ЕОМ - міняється тільки об'ємна вага грунту:

Для першого: g ₁ = 2,71 т / м ^3; для другого: g ₂ = (1 - n ₁₎ × (g _гт - g _0),

де g ₀ - щільність води: g ₀ = 1 т / м ^3.

g ₁ = (1-0,36) × (2,71-1) = 1,09 т / м ^3.

3.3.3 Коефіцієнт стійкості для довільної кривої обвалення

Для знаходження коефіцієнта стійкості низового укосу будується розрахункова схема. Для кожного фрагмента знаходяться значення sin α і cos α:

sin α = 0,1 ∙ N _фр;

cos α = ;

Визначаються середні висоти складових частин кожного фрагмента, що мають різні площини. Вага відсіку визначається за формулою:

G _фр = ( ) ∙ b ∙ 1пм;

Встановлюється сила тертя, що виникає на підошві всього масиву обвалення, що дорівнює сумі і відповідна силі за фрагментами:

F = G _фр ∙ tg φ ∙ cos α

Складова ваги масиву обвалення:

Т = G _фр ∙ sin α

Фільтраційна сила враховується як об'ємна:

де W - вага фігури масиву обвалення, насиченого водою

W = ω ∙ Y _ср ∙ 1 пм ∙ g _0, т,

де ω - площа фігури масиву обвалення насиченого водою;

Y _ср - градієнт, рівний 0,21 (було визначено раніше);

r - плече сили;

R - радіус кривої обвалення.

Знаходиться коефіцієнт стійкості:

Розрахунки зводяться у таблицю 1.

Таблиця 1 - Визначення значень F і Т.

№ фр.	sin α	cos α	g 1 ∙ h1	g 2 ∙ h2	g 3 ∙ h3	G фр	F тр	Т
+9	0,90	0,44	6,50	0,00	0,00	16,00	2,51	14,40
+8	0,80	0,6	15,72	0,00	0,00	38,67	8,35	30,93
+7	0,70	0,71	16,80	1,96	0,00	46,16	10,22	32,31
+6	0,60	0,8	14,63	3,49	0,00	44,58	11,06	26,75
+5	0,50	0,87	12,47	4,58	0,00	41,93	11,26	20,96
+4	0,40	0,92	11,38	5,23	0,00	40,87	11,61	16,35
+3	0,30	0,95	9,21	5,01	0,44	36,07	10,67	10,82
+2	0,20	0,98	8,13	4,14	1,09	32,87	9,98	6,57
+1	0,10	0,99	7,05	3,27	1,53	29,13	8,99	2,91
0	0,00	1,00	7,59	3,71	1,74	32,07	9,94	0,00
-1	-0,10	0,99	8,67	0,00	1,53	25,09	7,74	-2,51
-2	-0,20	0,98	5,42	0,00	1,20	16,28	4,95	-3,26
-3	-0,30	0,95	2,17	0,00	0,55	6,67	1,97	-2,00
S							109,24	154,25

w = 72 м ^2; Y _ср = 0,21;

W = 72 ∙ 0, 21 ∙ 1,0 = 15,12 т;

т.

Сила зчеплення визначається наступним чином:

, Т / м (23)

Де З _i - питоме зчеплення грунту;

l _i - довжина кривої обвалення в даному грунті.

Таким чином:

т / м;

.

3.3.4 Оцінка стійкості укосу

Коефіцієнт стійкості низового укосу греблі повинен задовольняти наступній умові:

, (24)

Де К _з - коефіцієнт, що залежить від поєднання навантажень, рівний 1;

До _т - коефіцієнт методу розрахунку, який дорівнює 1,1;

К _н - коефіцієнт надійності споруди дорівнює 1,1;

До _вуст = 1,17;

Ставлення ;

Таким чином, умова виконується: .

Мінімальний коефіцієнт стійкості більше нормативного, отже, низовий укіс має стійкість.

4. Водоскидна СПОРУДЖЕННЯ

На глухих греблях для пропуску зайвих паводкових вод, для корисних попусків з водосховища, а також для спуску води з метою повного або часткового спорожнення водосховища влаштовують водопропускні споруди.

Споруди, що влаштовуються при глухих греблях для скидання зайвих паводкових вод, називають водоскидними або водозливами. Накопичена вода у водосховищі використовується в народному господарстві на зрошення.

4.1 Траса водоскиду

При проектуванні траси водоскиду необхідно враховувати ряд вимог:

• підставу споруд повинен служити природний грунт. Водоскид не повинен лежати на насипному грунті тіла греблі;

• загальна довжина водоскидного тракту проектується по можливості невеликий і прямолінійною;

• вісь водоскидного тракту доцільно трасувати по берегах водотоку і по можливості перпендикулярно горизонталях;

• траса водоскидного тракту не повинна проходити в глибокій виїмці;

• необхідно забезпечити плавний вхід і вихід потоку.

Траса водоскиду показана на листі 1.

4.2 Компонування споруд водоскиду

Як водоскидного споруди прийнятий водоскид ковшовий автоматичний водоскид кВат-3. Даний водоскид розрахований на витрати води від 24 до 36 м ³ / с. Водоприймальна частина виконується у вигляді прямокутного ковша, розробленого в монолітному і збірно-монолітному виконанні. Трубопровід запроектований із залізобетонних труб діаметром 1,4 м. У залежності від скидного витрати водоскид включає від однієї до чотирьох ниток круглих безнапірних труб. Коефіцієнт сборности споруди становить 48 ... 49%. Скидання максимальних витрат відбувається при перевищенні рівня верхнього б'єфу (ФПУ) над відміткою порога оголовка (НПУ) для кВат-3 0,75 м.

Залежно від розміщення споруд, витрат, шару форсировки і числа водоводів застосовують ковші прямокутного і криволінійного обриси. Периметр оголовка ковша, параметри труб і воронки визначаються гідравлічним розрахунком.

4.3 Гідравлічні розрахунки

Гідравлічні розрахунки водоскиду трубчастого автоматичного з ковшовим оголовком виконувалися наступним чином:

Спочатку визначався пропускної витрата за формулою:

, М ³ / с, (25)

де: - Коефіцієнт витрати труби, рівний 0,5;

- Площа поперечного перерізу труби, м ^2;

- Геометрична висота, м, розраховується за формулою:

м (26)

Площа поперечного перерізу труби, згідно з формулою (25):

м ^2.

Далі обчислювався діаметр труби за формулою:

, М

Приймається стандартний діаметр: мм.

5. водовипуск-водоспуски

Водовипуск служить:

1. Для корисних санпопусков в нижній б'єф;

2. Для спорожнення водосховища;

3. Для часткової промивання водосховища від наносів.

Водовипуск в водоскиду ковшового типу є окремим. Водовипуск також має берегову або руслових компоновку. Гідравлічним розрахунком визначено діаметр труби, відмітка осі труби і розміри відвідного каналу. Гідравлічний розрахунок водовипуску проведений в наступному порядку:

Відмітка осі труби визначається за формулою:

, (27)

де d _ст - стандартний діаметр трубопроводу, визначається за пропускної спроможності витікання через систему труб, рівний 0,6 м;

м;

Визначено ширина каналу по дну В = 0,8 м.

• Глибина води в каналі:

, М, (2 8)

де m - закладення укосу каналу, рівне 1,5.

Таким чином:

Þ h = 0,72 м.

• Змочений периметр каналу:

м

Гідравлічний радіус:

; (2 9)

Для знаходження гідравлічного радіуса знайдена площа живого перерізу каналу:

(30)

Таким чином:

Тоді:

м.

Визначено коефіцієнт Шезі за формулою М.М. Павловського

, (31)

де n - коефіцієнт шорсткості; для суглинку n = 0,025;

y - приймається рівним 0,2.

Тоді: .

Розрахований ухил дна каналу:

; (32)

.

6. Водозабірні споруди

Водозабірних споруд влаштовують з метою забору необхідних кількостей води для зрошення. Проектують водозабори відповідно до вимог і положень нормативних документів (СНиП 2.06.01-86 та ВСН II -14-76). При проектуванні водозабірних споруд рекомендується дотримуватися таку послідовність: зібрати необхідну вихідну інформацію для проектування (за вододжерела і водозабору); ввести місце, тип і компонувальних рішення водозабору; запроектувати елементи водозабору.

Вихідна інформація по вододжерела включає гідрологічні дані (відомості про витрати та рівні води); дані по твердому стоку; відомості про режим джерела в осінньо-зимово-весняні періоди; топографічні і геологічні матеріали.

Вимоги до режиму роботи водозабору визначається графіком водоподачі і необхідним ступенем освітлення потоку. Тип водозабору (греблі або бесплотинная) приймають з урахуванням умов водотоку на основі техніко-економічного порівняння варіантів.

Бесплотинная водозабірні гідровузли у тому разі, коли рівні води в річці забезпечують командування над розрахунковими рівнями магістрального каналу та самопливний водозабір не перевищує 20% відповідних витрат річки при сприятливих топографічних умовах (стійке русло, міцні берега та ін.) Якщо ці умови не виконуються, то будують греблі водозабірні гідровузли або забирають воду за допомогою насосів.

При проектуванні необхідно врахувати, що відсоток водозабору бесплотинная гідровузлів може бути збільшений пристроєм водозахватну шпори (на річках з великим ми ухилами).

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Гідротехнічні споруди / Волков І.М., Кононенко П.Ф., Федічкін І.К. - М., Колос, 1968.

2. Лапшенков В.С. / Курсове та дипломне проектування за гідротехнічним спорудам - М., Агропромиздат, 1989.

3. Розанов Н.П. / Гідротехнічні споруди - М., Агропромиздат, 1985.

4. Довідник з гідравлічним розрахунками / під редакцією П.Г. Кисельова, М., 1972.