Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВОДОХРАНИЛИЩНЫЙ ГИДРОУЗЕЛ В СОСТАВЕ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ И ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Кочнева А.Е. 1
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина»
В данном курсовом проекте представлен расчет водохранилищного гидроузла в составе подпорной грунтовой плотины и водопропускных сооружений. Расчет проведен в приближенной форме по сокращенным формулам. В ходе работы проведены следующие расчеты и приняты решения в соответствии с действующими СНиПами и ГОСТами: выбор створа плотины и компоновка сооружений, фильтрационный расчет, расчет устойчивости низового откоса, расчет осадки основания плотины, крепление откосов, выбор типа водосбросного сооружения, гидравлический расчет водосбросного сооружения.
земляные плотины
гребень
гидроузел
водопропускное сооружение
фильтрация
сооружение
нижний бьеф
концевой лоток
отводящий канал
1. Лапшенков В.С. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. – М: Агроиздат. 1989г. – 447 стр.
2. СНиП33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. – М.: 2004 – 25 стр.
3. СНиП 2.06.05-84*. Плотины из грунтовых материалов. – М.: 1991 – 71 стр.
4. Справочник по гидравлическим расчетам /Под ред. П.Г. Киселева.– М.: Энергия, 1972. – 313 стр.
5. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Нормы проектирования – М.: - 1995. – 46 стр.

Исходные данные

1. Уровни воды в верхнем бьефе: ФПУ=14,0 м; НПУ=13,0 м; УМО=8,0 м

2. Уровни воды в нижнем бьефе: УНБmax=6,0 м, УНБmin=5,0 м

3. Отметка основания: 3,0 м

4. Расходы: (м3/c): строительный: - м3/с

через водосбросное сооружение: 50 м3/с

через водопропускное сооружение: - м3/с

5. Характеристики ветра: скорость: 10 м/с, направление: 90 град.

6. Длина разгона волны: 10 км

7. Условия проезда по гребню: дорога 2 категории

8. Грунт тела плотины: супесь; основания: песок, мощность: 10 м

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте представлен расчет водохранилищного гидроузла в составе подпорной грунтовой плотины и водопропускных сооружений. Расчет проведен в приближенной форме по сокращенным формулам.

В ходе работы проведены следующие расчеты и приняты решения в соответствии с действующими СНиПами и ГОСТами: выбор створа плотины и компоновка сооружений, фильтрационный расчет, расчет устойчивости низового откоса, расчет осадки основания плотины, крепление откосов, выбор типа водосбросного сооружения, гидравлический расчет водосбросного сооружения.

1 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ ПЛОТИНЫ

1.1 Определение отметки гребня плотины

Земляные плотины не допускают перелива воды через гребень, что может привести к их разрушению, поэтому гребень плотины располагают выше расчетного уровня воды в водохранилище на величину d – превышение гребня плотины над расчетным уровнем воды, тогда высота плотины будет равна Hпл:

Hпл = H+d, (1.1.1)

где, Н – расчетная глубина воды перед плотиной, м;

d – превышение гребня над уровнем воды в водохранилище, м;

 

Отметка гребня плотины назначается с учетом возвышения его над расчетным уровнем воды.

Это превышение определяется по формуле:

d = hнак + Δhн + a, (1.1.2)

где, hнак – высота наката ветровой волны на откос, принимаемая как большее из значений м;

Δhн – высота ветрового нагона воды, м (принимаем Δhн = 0);

а – конструктивный запас равный 0,5 м.

d= 0,94 + 0 + 0,5 = 1,44 м

В зависимости от высоты плотины ΔН = ФПУ - Zосн =14,0 -3,0 = 11,0 м, и грунта основания – песок, подбираем коэффициенты заложения верхового и низового откоса. При данных условиях коэффициенты заложения назначаем m1 = 3,0 и m2 = 2,0 верхового откоса и низового соответственно, класс сооружения IV.

Расчет превышения над уровнем ФПУ производим по упрощенной схеме. Высота ветрового нагона Δhн зависит от скорости ветра, его направления к водохранилищу, длины разгона волны, глубины водохранилища и других факторов. Высота ветрового нагона Δhн определяется по двум формулам, среди которых выбирается наибольшее значение:

(1.1.3)

где С – высота волны, м;

К – коэффициент зависящий от угла подхода фронта волны к откосу плотины, принимаем К = 1,0;

m – коэффициент заложения верхового откоса плотины.

, м (1.1.4)

где С – высота волны, м;

n – коэффициент шероховатости, принимаем n=0,025;

m – коэффициент заложения верхового откоса плотины.

м

(1.1.5)

где L – длина разгона волны, м;

W – скорость ветра, м/с.

м

Принимаем .

Определим отметку гребня плотины :

= (1.1.6)

= 13 + 1,44 = 14,44 м

Hпл = 11 + 1,44 = 12,44 м

ФПУ = 14,00 м Zгр ФПУ на 0,5 м

1.2 Определение геометрических параметров плотины

Определим ширину плотины по гребню. Она назначается в зависимости от категории дороги, проходящей по гребню. Категория дороги назначается в исходных данных – II категория.

Ширина проезжей части дороги II категории равна 7,5 м. Ширина обочины равна 3,75 м.

(1.2.1)

где – ширина плотины по гребню, м;

– ширина проезжей части, м;

– ширина обочины, м.

На верховом откосе устраиваем берму шириной 5 м. Отметка бермы определяется по формуле:

(1.2.2)

где – отметка уровня бермы на верховом откосе, м;

С – высота волны, м.

Ширина бермы на верховом откосе назначается 3 – 5 м.

Принимаем .

На низовом откосе берма устраивается через каждые 10 – 15 м. Отметка бермы определяется по формуле:

(1.2.3)

где – отметка уровня бермы на низовом откосе, м;

– отметка гребня, м.

Ширина бермы на низовом откосе назначается 3 – 6 м.

Принимаем .

Для того чтобы определить ширину плотины по основанию необходимо найти параметры дренажа.

Принимаем конструкцию дренажа в виде дренажного банкета.

Дренаж предназначен для сбора и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационного потока, недопущения его выхода на незащищенный низовой откос плотины и в зону, подверженную промерзанию, а так же ускорения консолидации глинистых грунтов и уменьшения порового давления в теле плотины и основания. 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.

Определим отметку дренажного банкета. Минимальный конструктивный запас над расчетным уровнем воды в нижнем бьефе составляет 0,5 м. Принимаем превышение над УНБmax равным 0,5 м.

(1.2.4)

где – отметка уровня бермы дренажного банкета.

Ширина бермы дренажного банкета должна быть не менее 1 м. Принимаем b3 = 3,0 м.

Коэффициент заложения откосов дренажа принимаем m3 = 1,5.

Определим ширину плотины по основанию.

(1.2.5)

где – высота плотины, м;

– отметка гребня плотины, м;

– отметка бермы дренажа, м;

– отметка основания, м;

– ширина гребня плотины, м;

– ширина бермы верхового откоса плотины, м;

– ширина бермы низового откоса плотины, м;

– ширина бермы дренажного банкета, м;

– коэффициент заложения верхового откоса плотины;

– коэффициент заложения низового откоса плотины;

– коэффициент заложения откоса дренажного банкета;

1.3 Крепление верхового откоса плотины

Верховой откос плотины подвержен разрушительному действию от волн и льда. Поэтому для защиты от пагубных воздействий устраиваем в пределах возможного волнобоя устраиваем крепление в виде железобетонных плит.

Плиты укладываются на слой гравийно-песчаной подготовки толщиной 15 – 30 см. Швы между плитами гидроизолируют и в нижней части крепления располагают упорный блок.

Толщину бетонных плит рассчитаем по формуле П. А. Шанкина:

(1.3.1)

где С – высота волны, м;

λ – длина волны,м;

b – размер плиты в направлении падения откоса, примем b=5,0 м;

γσ – средняя плотность бетона, т/м3;

m – коэффициент заложения откоса.

Принимаем минимально допустимую величину толщины плит при данных размерах плит (b = 5,0 м) δ = 0,15 м.

2 РАСЧЕТ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ПОТОКА ЧЕРЕЗ ТЕЛО ПЛОТИНЫ И ОСНОВАНИЕ

Фильтрационные расчеты земляных плотин выполняются с целью определения положения депрессионной кривой, установления градиентов и скоростей фильтрационного потока и определения фильтрационного расхода.

Общий фильтрационный расход определяется как сумма расходов через тело и основание плотины:

(2.1)

где – фильтрационный расход через тело плотины, м3/сут;

– фильтрационный расход через основание плотины м3/сут.

Рисунок 2.1 – Расчетная схема фильтрации через однородную плотину.

В основании плотины:

(2.2)

где,

– коэффициент фильтрации для супеси:

=1см/сек = 0,08 м/сут.

n – конструктивный поправочный коэффициент n = 1.151.87 принимаем n = 1,3

T – толщина до водоупора T= 10 м

– ширина плотины по низу

0,005 м3/сут

В теле плотины:

(2.3)

где, =

– коэффициент фильтрации для суглинка:

=1см/сек = 0,001 м/сут.

= 0,0001 м3/сут

где d – превышение гребня над уровнем воды в водохранилище, м;

– коэффициент заложения верхового откоса плотины;

– коэффициент заложения низового откоса плотины;

– коэффициент заложения откоса дренажного банкета;

высота дренажа, м;

– ширина бермы низового откоса, м.

Определим общий фильтрационный расход:

.

Построим кривую депрессии, для этого найдем координаты х и у в пределах (.

х

6,9

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

58,49

у

14,73

14,28

12,76

11,02

8,96

6,26

2,06

Вывод: Кривая депрессии не выходит над дренажным банкетом и находится ниже поверхности откоса плотины с учетом глубины промерзания равной 0,8 м.

2.1 Определение фильтрационной устойчивости

При проектировании сооружений необходимо выполнить проверку на общую и местную фильтрационную проточность грунтов основания и тела плотины. При выполнении расчета фильтрационной проточности напор, действующий на плотину, принимают равным его наибольшему значению.

Для того, чтобы не допустить фильтрационные деформации, необходимо выполнить следующее условие:

(2.1.1)

где – действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;

– критический средний градиент напора;

– Коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаем для плотины IV класса – 1,1.

Проверяем фильтрационную устойчивость основания плотины

Jср = (2.1.2)

Jср0,072

Проверяем фильтрационную устойчивость тела плотины.

Jср =tgα (2.1.3)

где α – угол наклона кривой депрессии в теле плотины.

Jср

Проверяем условие:

• для тела плотины 0,26 ≤ → 0,26 ≤ 2,72 условие выполняется

• для основания плотины 0,072≤ →0,072≤ 0,34 условие выполняется

Вывод: Так как величины действующих градиентов напора расчетной области не превышают критических градиентов напора, то вероятность суффозии исключена, значит противофильтрационные устройства не требуются.

 

3. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ НИЗОВОГО ОТКОСА

Выполняем графо - аналитический расчет в приближенной форме методом круглоцилиндрических поверхностей.

При использовании метода круглоцилиндрических поверхностей сдвига выполняют следующие операции:

Порядок расчёта:

1. Необходимо построить в одинаковом масштабе по горизонтали и по вертикали расчётный профиль плотины.

2. Проводим усредняющую линию низового откоса.

3. Определяем середину откоса точку А.

4. Из середины откоса точки А проводим две линии: вертикальную и под углом 85° к откосу.

5. Находим область центров кривизны сползания. Для этого из центра А проводим две дуги радиусом R1 = K1Hпл и R2 = K2Hпл, которые определяются по таблице 4, в зависимости от заложения откоса.

Для заложения откоса m = 2 и высоты плотины Hпл = 12,44 м; K1 = 0,75; R1=9,33 м.; K2 = 1,75; R2 = 21,77 м.

6. В образовавшемся секторе, ограниченном прямыми и дугами выбираем точку О – центр скольжения.

7. Из точки О проводим дугу радиусом R, так, чтобы она прошла между осью плотины и бровкой низового откоса. Величину R определяем графически. R = 32,4 м.

8. Разбиваем область, ограниченную кривой скольжения и внешними очертаниями плотины на отсеки шириной b = 0,1R = 3,24 м, так чтобы центр нулевого отсека располагался под центром кривой сдвига. Центр кривой сдвига – точка пересечения вертикальной линии проведённой из центра скольжения О до линии откоса. Нулевой сектор располагаем так – откладывая в обе стороны от вертикали расстояние равное 0,5b. Остальные секторы нумеруем с положительными знаками – вверх по откосу, с отрицательными знаками – вниз к подошве.

9. Определяем физико-механические характеристики грунтов тела плотины и основания.

10. Вычисляем плотность грунта каждого слоя:

γ1, γ2, γ3 – объёмная масса соответственно сухого суглинка, влажного суглинка и влажной супеси.

γ1 = (1-n) γгр • K (3.1)

n – пористость грунта;

γгр – плотность сухого грунта;

K – зависит от естественной влажности, при влажности 12-18%,

K = 1,11 (принимаем K = 1,1 т. к. сооружение IV класса);

γ1 = (1 - 0,35) •2,72 • 1,1 = 1,9 т/м3;

γ2 = (1-n)(γгр.т – γ0)K (3.2)

γ0 – плотность воды, равная 1,0 т/м3;

γ2 – объемная масса влажного суглинка, т/м3.

γ2 = (1-0,35)(2,72 – 1) 1,1= 1,23 т/м3;

γ3 = (1-n)(γгр.ос – γ0)K (3.3)

γ3 = (1-0,4)(2,70 – 1) 1,1= 1,12 т/м3;

По чертежу для каждого отсека определяем высоты p, h2, h3 – высота участка соответственно сухого, влажного грунта тела и грунта основания.

Определяем приведённую высоту каждого для каждого отсека:

hпр = p + h2γ2/γ1 + h3γ3/γ1 K (3.4)

Находим силу трения, возникающую на подошве всего массива обрушения, суммируя соответствующие силы по отсекам:

F = bγ1Σ(hпрcosα • tgϕ), (3.5)

F = 3,24• 1,9 • 54,89 = 361,02 H;

Определяем касательную составляющую силы тяжести трения:

T = bγ1Σ(hпрsinα), (3.6)

T = 3,24 • 2,03 • 28,36 = 261,57 H;

Определяем силу сцепления, возникающую на подошве обрушения:

S = с1l1 + c2l2 + c3l3; (3.7)

с1, c2, c3 – удельные сцепления грунта тела плотины и основания при естественной влажности и при насыщении водой;

l1, l2, l3– длины дуг кривой сдвига соответствующих удельных сцеплений, вычисляются по формуле:

l = 2πRβ / 360° ,

β – центральный угол круглоцилиндрической поверхности сдвига, опирающийся на дугу l. Определяются по чертежу. (β1 = 11, β2 = 27, β3 = 79)

l1 = 2 • 3,14 • 32,4• 11 / 360 = 6,24 м;

l2 = 2 • 3,14 •32,4 •27 / 360 = 15,40 м;

l3 =2 • 3,14 • 32,4 •79/ 360 = 44,92 м;

S = 12,48 + 30,8+ 157,22 = 200,5 Н;

Устойчивость откоса земляного сооружения с учетом воздействия фильтрационного потока определяется по формуле:

(3.8)

К - обобщенный коэффициент запаса не должно быть меньше величины = =1,21.

R – радиус круглоцилиндрической поверхности, принимаем по чертежу R = 32,4 м;

r – радиус из вершины круглоцилиндрической поверхности до центра тяжести секторов под кривой депрессии, принимаем по чертежу r = 25,3 м;

Ω – площадь поперечного сечения секторов под кривой депрессии, принимаем по чертежу равной 422 м2;

I – угол наклона кривой депрессии, принимаем по чертежу i=0,29;

φ – угол внутреннего трения грунта;

b – ширина сектора, м

– объемная масса грунта, т/м3;

С – коэффициент удельного сцепления грунта;

L – длина дуги кривой сдвига, м;

- коэффициент надежности по назначению сооружения равен 1,0;

- коэффициент сочетания нагрузок равен 1,0;

- коэффициент условий работы равен 0,9.

 

Таблица 3.1 – Расчет устойчивости низового откоса

sin α

cos α

p

h2

h3

hпр

hпр*cos α

hпр*sinα

φ

tg φ

hпр*cos α*tg φ

С

L

CL

9

0,90

0,44

6,06

0,00

0,00

6,06

2,64

5,46

34,00

0,67

1,78

2

6,24

12,48

8

0,80

0,60

6,70

6,04

0,00

10,53

6,32

8,42

35,00

0,70

4,42

2

15,4

30,8

7

0,70

0,71

6,36

9,06

0,00

12,09

8,63

8,46

27,00

0,51

4,39

6

0,60

0,80

5,68

11,17

0,00

12,74

10,19

7,64

27,00

0,51

5,19

3,5

44,92

157,2

5

0,50

0,87

5,00

9,48

3,17

12,82

11,10

6,41

27,00

0,51

5,65

4

0,40

0,92

4,32

8,82

4,80

12,66

11,60

5,06

29,00

0,55

6,43

3

0,30

0,95

3,67

8,12

6,02

12,27

11,71

3,68

29,00

0,55

6,48

2

0,20

0,98

3,18

7,26

6,85

11,72

11,49

2,34

29,00

0,55

6,36

1

0,10

0,99

3,02

6,08

7,34

11,10

11,05

1,11

29,00

0,55

6,12

0

0,00

1,00

0,00

4,50

7,51

7,18

7,18

0,00

25,00

0,47

3,35

-1

-0,10

0,99

0,00

0,00

7,34

4,24

4,22

-0,42

25,00

0,47

1,96

-2

-0,20

0,98

0,00

0,00

6,85

3,95

3,87

-0,79

25,00

0,47

1,81

-3

-0,30

0,95

0,00

0,00

6,02

3,47

3,31

-1,04

25,00

0,47

1,54

-4

-0,40

0,92

0,00

0,00

4,80

2,77

2,54

-1,11

25,00

0,47

1,18

-5

-0,50

0,87

0,00

0,00

3,17

1,83

1,58

-0,91

26,00

0,49

0,77

         

117,5

103,2

39,77

   

54,89

   

200,5

 

Вывод: Так как , значит условие устойчивости низового откоса плотны обеспечивается .

 

4. РАСЧЕТ ОСАДКИ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ

Осадка плотины складывается из осадки тела плотины и осадки грунтов основания.

В процессе возведения плотины насыпь уплотняется до объемной массы скелета γ = 1,6 – 1,7 т/м3. Поэтому, считается, что дальнейшее уплотнение под действием собственного веса не происходит. Основные деформации возникают из-за уплотнения грунтов основания весом плотины. Величина этой осадки (см) определяется по формуле

, (4.1)

где, Т – толщина сжимаемого слоя в основании плотины, см;

ε1 – коэффициент пористости грунта основания плотины в естественном состоянии;

ε2 – коэффициент пористости грунта основания плотины после возведения насыпи.

, (4.2)

где, n – объем пор;

m – объем скелета в единице объема ненарушенного грунта.

Определить величину осадки грунта основания земляной плотины, если по результатам геологических изысканий в основании имеют место следующие грунты:

Грунты основания:

Почвенный слой γ1 = 1,60 т/м3 ; Т1 = 0,5 м

Суглинок γ2 = 1,90 т/м3 ; Т2 = 4,0 м

Песок γ3 = 1,88 т/м3 ; Т3 = 5,5 м

Мощность сжимаемого грунта основания Т1+ Т2+ Т3=0,5+4,0+5,5=10 м. Ниже грунт практически несжимаем.

Грунт тела плотины по заданию выполняется из суглинка с объемным весом γпл=1,89 т/м3.

Нпл = 17,5 м, Bгр = 12 м, m1 = 3, m2 = 2.

Рисунок 4.1 – Схема к расчету осадки основания

1 – граница распространения давления, передаваемого плотной; 2 – граница осевшей поверхности основания; 3 – площадь, учитываемая при определении объема земляных работ.

Определяем средневзвешенную плотность грунта основания

, (4.3)

, (4.4)

Находим средневзвешенный коэффициент пористости грунта основания плотины:

, (4.5)

Определяем напряжение в точке B на поверхности сжимаемого слоя основания:

, (4.6)

Определяется напряжение в середине сжимаемого слоя после воз- ведение плотины:

, (4.7)

Поперечный профиль плотины делим на три фигуры: левый треугольник; средняя часть прямоугольник; правый треугольник. Для расчета используем таблицы Цитовича.

Рисунок 4.2 – схема распределения нагрузки от насыпи

Для левого треугольника вычисляем отношения

Для правого треугольника вычисляем отношения

Для средней части профиля вычисляем отношения

Определяем напряжение в точке С (на границе сжимаемого слоя), обусловленные воздействием элементарных фигур

Напряжение от нагрузки левого треугольника:

Напряжение от нагрузки правого треугольника:

Напряжение от нагрузки средней части:

Полное напряжение в точке С определяется, как сумма отдельных трех нагрузок от левой, правой и центральной части.

В среднем в грунте основания под гребнем плотины напряжение с учетом первоначального напряжения P1

, (4.8)

По компрессионной кривой при P2 определяем средневзвешенный коэффициент пористости ε2.

, (4.9)

Величину полной осадки основания под гребнем плотины:

Вывод: Эта величина учитывается при строительстве плотины.

 

5. ВЫБОР ТИПА ВОДОСБРОСНОГО И ВОДОВЫПУСКНОГО СООРУЖЕНИЙ

5.1 Расчет трубчато-шахтного водосброса

Трубчато-шахтный водосброс состоит из входной части, напорных труб и устройства для гашения энергии потока в нижнем бьефе (рисунок 5.1).

Входная часть представляет собой неподтопленный водослив практического профиля большой ширины с подходом воды с со всех сторон. Если верх водослива находится на отметке нормального подпорного уровня воды, то он является водосбросом автоматического действия.

Рисунок 5.1 – Трубчато-шахтный водосброс

За водосливным порогом устраивают шахту, в нижней части которой размещаются входные отверстия труб.

Для водосброса обычно применяют железобетонные или асбестоцементные трубы. Трубы укладывают на подготовку из тощего бетона толщиной 0,2 ÷ 0,4 м. Чтобы предупредить возникновение сосредоточенной фильтрации, вокруг труб укладывают глину или глинобетон.

Гидравлический расчет сводится к определению ширины водослива, потерь напора в трубах и размеров водобойного колодца.

Ширину водослива, обеспечивающую нормальный режим работы сооружения, находят по формуле:

(5.1.1)

где σп – коэффициент подтопления, определяется по графику(принимаем σп = 0,9);

т – коэффициент расхода (принимаем m = 0,358);

p–напор на пороге водослива, м;

p = Zфпу - Zнпу = 14 – 13= 1,0м;

b == 35 м;

Имея общую ширину, устанавливаем ширину и 4 частей водослива. Ширина торцевой части должна быть равна или больше входного фронта трубы.

Рисунок 5.2 – Схема водослива шахтного водосброса

Задаваясь количеством труб и их размерами, определяют скорость. Допустимая скорость 7 – 10 м/с, если более то увеличиваем количество ниток труб.

, (5.1.2)

где w – площадь живого сечения потока в трубах, м2;

Q – расход через водосбросное сооружение, м3/с.

Принимаем в первом приближении одну трубу диаметром d = 2000 мм.

(5.1.3)

где ω тр – площадь живого сечения одной трубы, м2;

d – диаметр трубы, м.

Для определения количества труб вычисляем расход, проходящий через 1 трубу:

(5.1.4)

где Z – разница уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, м

μ – коэффициент трения;

ω – площадь живого сечения трубы, м2.

Z = Zфпу – Zнбmax = 38 – 24 = 14 м;

Коэффициент трения рассчитываем по формуле:

μ = ; (5.1.5)

где – сумма местных потерь;

– потери по длине;

Сумма местных потерь:

(5.1.6)

где ξвх – коэффициент сопротивления при входе;

ξвых – коэффициент сопротивления при выходе;

Принимаем ;

;

Потери напора по длине трубы круглого поперечного сечения:

(5.1.7)

где λ – коэффициент сопротивления по длине в трубах для бетонных труб равен 0,02;

l – длина трубы, м;

d– диаметр трубы, м.

Полная потеря напора определяется по зависимости:

(5.1.8)

где ξвх – коэффициент сопротивления при входе;

ξвых – коэффициент сопротивления при выходе;

ξтр – коэффициент сопротивления на трение по длине труб.

Так как скорость превышает допустимые величины, увеличиваем количество ниток труб. На этом основании принимаем количество труб n=2. Значит площадь живого сечения увеличивается в n раз. Определим новую площадь живого сечения:

Определим расход через одну трубу:

Определяем скорость в одной трубе:

Определим потери напора через одну трубу:

Определим расход который может пропустить одна труба.

условие выполняется

Так как полные потери напора в трубах меньше напора, то сечение и количество труб достаточно для пропуска расчетного расхода. , условие выполняется.

5.2 Расчёт сопряжения нижнего бьефа.

Крепление нижнего бьефа – это совокупность сооружений для обеспечения безопасного и надёжного отвода сбрасываемого потока в русло реки.

Бытовая глубина составляет:

hб = УВНБmax- Zосн = 24 - 21 = 3,00 м;

При условии что hб > h” гасители энергии не требуются.

Площадь русла:

(5.2.1)

где – расход через водосбросное сооружение, м3/с;

– допустимая скорость на выходе, равная 0,7 м/с.

Определяем первую сопряженную глубину:

Коэффициент сжатия εсж зависит от диаметра трубы и глубины воды в нижнем бьефе принимаем равным 0,69.

(5.2.2)

где – сжатая глубина, м;

– коэффициент сжатия;

d – диаметр трубы, м.

Определяем критическую глубину:

(5.2.3)

где α – скоростной коэффициент, равный 1,1;

Q – расход через водосбросное сооружение, м3/с;

B – ширина выходного оголовка, принимаем равной 6,8 м.

Определяем вторую сопряжённую глубину h”:

(5.2.4)

где – сжатая глубина, м;

– критическая глубина, м.

Так как hб = 3,0 м> h” = 2,76 м, то прыжок затоплен, гасителей не требуется.

Определим длину гидравлического прыжка

(5.2.5)

где – вторая сопряженная глубина, м;

– первая сопряженная глубина, м.

Длину водобоя принимаем равной длине гидравлического прыжка.

Определяем удельный расход:

Определяем общую длину рисбермы

(5.2.6)

Участок крепления будет составлять:

Lкр= Lрисб +Lводоб=13,91+9,67=23,58м.

Скорости воды в отводящем канале должны быть меньше не размывающих. Допустимая скорость 0,7 м/с. Проверяем параметры канала.

Принимаем ширину по дну равную 12,9 м, заложение откосов 1:1, глубина в отводящем канале 3,0 м, тогда площадь сечения канала будет равна:

ω=( b+mh )h=(12,9+1•3,0) • 3,0 = 47,7 м2

Тогда скорость течения в отводящем канале будет равна:

V=Q/ω=50/47,7=1,04 м/с > V=0,70 м/с

Так как скорость превышает допустимую, требуется крепление дна и откосов канала бетонными плитами.

Рисунок 5.2.1 – План-схема сопряжения концевого лотка с отводящим каналом


Библиографическая ссылка

Кочнева А.Е. ВОДОХРАНИЛИЩНЫЙ ГИДРОУЗЕЛ В СОСТАВЕ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ И ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ // Международный студенческий научный вестник. – 2020. – № 1. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19897 (дата обращения: 01.07.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074