Водохранилищный гидроузел с плотиной из грунтовых материалов

 

 

1-й  расчётный случай (НПУ)

1)Определяем  раздельное сечение 

Еm₁H_нпу=12(м)

2)С графика снимаем путь фильтрации  L_р=55 м

3)Находим расход фильтрационного  потока

q_ф=К_ф*( H_{нпу(фпу)}/2L_р)=0,008*(10²/2*55)=0,0073(м³/сут)

5)Кривую депрессии строят по  следующему уравнению

y=

х	1	2	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40	44	48	50	52,1	55
у	1,3	1,9	2,7	3,8	4,7	5,4	6,0	6,6	7,1	7,6	8,1	8,5	8,9	9,3	9,5	9,7	10,0

 

 

6)определяем площадь дренажной  трубы

ω_тр= q_ф/(μ*=0,0073/(0,6=0,0009(м²)

2-й  расчётный случай (ФПУ)

1)Определяем  раздельное сечение 

Еm₁H_нпу=13,8(м)

2)С графика снимаем путь фильтрации  L_р=52,1 м

3)Находим расход фильтрационного  потока

q_ф=К_ф*( H_{нпу(фпу)}/2L_р)=0,008*(11,5²/2*52,1)=0,01(м³/сут)

5)Кривую депрессии строят по  следующему уравнению

y=

х	1	2	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40	44	48	50	52,1
у	1,6	2,3	3,2	4,5	5,5	6,4	7,1	7,8	8,4	9,0	9,6	10,1	10,6	11,0	11,3	11,5

 

 

6)определяем площадь дренажной  трубы

ω_тр= q_ф/(μ*=0,01/(0,6=0,0011(м²)

 

5. Фильтрационный расчёт плотины с ядром и дренажом.

Ядро отсыпается из глины. Верхнее основания ядра равно 1 м, нижнее 3м.

Найдём среднее основание t_cp=(t₁+t₂)/2=2(м)

Для удобства расчётов ядро заменяем на эквивалентную в фильтрационном отношении призму из грунта тела плотины. Определяем приведённую к суглинку ширину ядра.

Т= t_cp*(К_ф1/ К_ф2)=2*(0,008/0,0008)=20(м)

Порядок расчёта:

1) определяем Еm₁H_{нпу(фпу)}

2) с чертежа снимаем L от Еm₁H_{нпу(фпу)} до дренажа

3) определяем приведённый путь  фильтрации 

L_пр=L+T-t_cp

4)Находим расход фильтрационного потока

q₁=K_ф1(Н_нпу²/2L_{пр;нпу(фпу)}

5) Строим кривую депрессии

у=

1-й расчётный случай(НПУ)

1) определяем Еm₁H_нпу=12(м)

2) с чертежа снимаем L=55 м

3) определяем приведённый путь  фильтрации 

L_пр=L+T-t_cp=55+20-2=73(м)

4)Находим расход фильтрационного потока

q₁=K_ф1(Н_нпу²/2L_пр;нпу=0,0055(м³/сут)

5) Строим кривую депрессии

у=

х	1	2	4	8	12	16	20	24	28	32,8	52,8	56	60	64	68	73
у	1,17	1,66	2,34	3,31	4,05	4,68	5,23	5,73	6,19	6,70	8,5	8,76	9,07	9,36	9,65	10

 

2-й расчётный случай(ФПУ)

1) определяем Еm₁H_нпу=13,8(м)

2) с чертежа снимаем L=52,1 м

3) определяем приведённый путь  фильтрации 

L_пр=L+T-t_cp=55+20-2=70,1(м)

4)Находим расход фильтрационного потока

q₁=K_ф1(Н_нпу²/2L_пр;нпу=0,0076(м³/сут)

5) Строим кривую депрессии

у=

х	1	2	4	8	12	16	20	24	28	32,8	52,8	56	60	64	68	70,1
у	1,37	1,94	2,75	3,88	4,76	5,49	6,14	6,73	7,27	7,87	9,98	10,28	10,64	10,99	11,33	11,5

 

3.6. Расчёт устойчивости низового откоса методом кругло-цилиндрических поверхностей обрушения

Устойчивость низового откоса определяется коэффициентом запаса на устойчивость

К равным отношению сумм моментов всех удерживающих сил к сумме моментов всех сдвигающих сил относительно центра обрушения.

К=≥[К_доп]

Коэффициент запаса должен быть не менее  допустимого коэффициента запаса который зависит от класса сооружения(IV класс К_доп=1,1-1,05)

Необходимо найти наиболее опасную  кривую обрушения  с наименьшим коэффициентом  запаса и сравнить с допустимым коэффициентом  запаса

Построение:

1) На миллиметровке строится профиль плотины с запроектированным дренажом, путём фильтрации.

Опытным путём установлено, что  существует площадка с наиболее опасными центрами обрушения, графически она  определяется следующим образом:

Низовой откос делится попалам(точка Б). Из точки Б восстанавливается вертикаль , так же из этой точки строится линия под углом 85 градусов к откосу.

Из точки Б как из центра проводиться две дуги радиусом

БД=К₁Н_пл=10,4(м)

БД=К₂Н_пл=24,2(м)

Коэффициент К₁ и К₂ зависит от заложения низового откоса

m1	2	3	4
К1	0,75	1	1,5
К2	1,75	2,3	3,75

Площадка Д-Д’ и Ж-Ж площадка с наиболее опасными обрушениями, в ней выбирается центр обрушения О так чтобы кривая обрушения в ней проходила между осью плотины и гребнем, захватывала часть основания и дренаж и выходила за пределы низового откоса. Радиус R=24 м замерить и определить длину в метрах в масштабе. Из точки О опустить вертикаль и назначается нулевой отсек. Вертикаль разделяет нулевой отсек пополам. От него вправо и влево разбиваются отсеки шириной b=0,1R=0,1*22=2,4(м). отсеки номеруются влево и вправо. Вправо отрицательный, влево положительные, не полный отсек отмечается  как предыдущий со штрихом.

Дальнейший расчёт ведётся в  табличной форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ отсека	sin α	cos α	h1	h2	h3	hпр	hпр *sin α	ϕ град	tgϕ	hпр*cos α* tg ϕ	C	L	CL
9	0,90	0,44	2,70	-	-	2,70	2,43	25,00	0,47	0,55	4,00	8,37	33,48
8	0,80	0,60	6,60	-	-	6,60	5,28	20,00	0,36	1,44	2,00	9,63	19,26
7	0,70	0,71	6,10	2,10	-	7,26	5,08			1,89
6	0,60	0,80	5,60	3,80	-	7,69	4,62			2,24
5	0,50	0,87	4,90	4,70	0,20	7,58	3,79	14,00	0,25	1,64	3,00	25,96	77,88
4	0,40	0,92	4,50	4,10	1,40	7,41	2,96			1,69
3	0,30	0,95	4,10	3,50	2,30	7,10	2,13			1,69
2	0,20	0,98	3,60	2,80	3,00	6,54	1,31			1,60
1	0,10	0,99	3,40	2,00	3,40	6,08	0,61			1,51
0	0,00	1,00	5,80	0,40	3,50	7,65	0,00			1,91
-1	-0,10	0,99	3,20	-	3,40	4,78	-0,48			1,19
-2	-0,20	0,98	2,20	-	3,00	3,60	-0,72			0,88
-3	-0,30	0,95	1,00	-	2,40	2,12	-0,63			0,50
-4	-0,40	0,92	-	-	1,60	0,74	-0,30			0,17
-4'	-0,47	0,88	-	-	0,60	0,28	-0,13			0,06
							Σ=25,9			Σ=18,95			Σ=130,68

 

После расчёта таблицы считается  коэффициент запаса на устойчивость низового откоса.

Моменты от удерживающих сил:

1) Из рисунка первая удерживающая сила зависит от веса отсека N, а момент её равен

N=bɣ_естΣ h_пр *cos α *tg ϕ=2,2*1,87*18,95=77,96(

2) Вторая удерживающая сила-сила  сцепления по кривой обрушения

ΣCL*R=130,68*22=2874,96

Моменты от сдвигающих сил:

1) T, зависит от веса отсека

 T= bɣ_естΣ h_пр *sin α=2,2*1,87*25,9=106,55

2) Гидродинамические силы, для плотины  их две ф₁ и ф₂, причём ф₂ может быть сдвигающей или удерживающей, ф₁ всегда сдвигающая сила. На чертеже важно точно построить ф₁ и ф₂.

ф₁ =ω_АВС*I₁=0,279*129,6=36,16

I₁=Δh/Δl₁=6,4/22,9=0,279

ф₂=ω_ВСD*I₂=33,6*0,1399=4,7

I₂=H_фпу/Δl₂=11,5/82,2=0,1399

Рассчитываем коэффициент запаса

K_з=(77,96*22+2874,96)/(106,55*22+36,16*21.4+5,2*4,7)=1,46

Вывод: так как коэффициент запаса больше допустимого коэффициента запаса, то значит , что откос устойчив, но это экономически не выгодно.

4. Водоспуск

Водовыпуск или водоспуск устраивают для полного или частичного опорожнения водохранилища, промывки наносов, для подачи воды водопотребителям

 Водовыпуски устраивают из стальных сварных, чугунных растравых или железобетонных труб, и располагают в наиболее пониженной части т.е. в отметки Тальвега. Водовыпуск  состоит из трубопровода, входного и выходного оголовков, колодцев для задвижек и водобойного колодца, для гашения энергии потока на выходе.

Расчёт водовыпуска сводится (гидравлический расчёт) сводится к определению диаметра трубы водовыпуска и уточнения коэффициента расхода.

Расчёт диаметра трубы определить из формулы 

Q_{водовыпуск}=μω

Q_{водовыпуск} - расчётный расход водовыпуска

μ-коэффициент расхода(0,4-0,6)

g-ускорение свободного падения

Z-напор в водовыпуске

ω=Q/(μ*)=0,3/(0,4*(2*9,81*10)^1/2=0,054(м²)

d=2*=2*(0,054/3,14)^1/2=0,262(м)

Далее определяем смоченный периметр трубы

χ=π*d=0,823(м)

тогда гидравлический радиус равен

R=ω/χ=0,054/0,823=0,0656(м)

Для правильности определяем коэффициент  расхода

μ==0,34

_вх=0,2; коэффициент сопротивления на входе.

_реш=0,3; коэффициент сопротивления сороудерживающей решётки

_зад=0,2, коэффициент сопротивления задвижки.

_вых=1, коэффициент сопротивления на выходе трубопровода.

*-коэффициент сопротивления трубопровода по длине зависит от материала(шероховатости трубы)

d	0,2-0,4	0,5-0,7	0,8-1	1,2-2	2,5-3
*	0,026-0,022	0,02-0,019	0,018-0,017	0,016-0,014	0,013-0,012

l-длина трубопровода(длина плотины по низу)

Вывод:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и  образования 

ФГБОУ ВПО  «Волгоградский государственный аграрный университет»

 

 

 

 

Кафедра «МиВХС».

 

Дисциплина «ГТС»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

«Водохранилищный гидроузел 

с плотиной из грунтовых  материалов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Емиков А.Б.

Группа ЭМФ-40

Проверил: Попов  П.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

Волгоград 2012г.