Содержание

Задание к курсовому проекту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4

1. Конструирование поперечного профиля и элементов плотины.  . . . . . . . . . .4

    1.1. Гребень плотины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

    1.2. Откосы плотины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

    1.3. Крепление откосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    1.4. Противофильтрационные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    1.5. Дренажные устройства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2. Фильтрационные расчёты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3. Расчёт устойчивости низового откоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

4. Водосбросные сооружения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание к курсовому проекту:

 

Вариант 22

      Тип противофильтрационного устройства    -   ядро.

      Материал  тела плотины   - супесь.

Материал  противофильтрационного устройства и основания плотины -            глина.

      Тип водосбора    - башенный.

      Класс капитальности сооружения   - I.

      Расчётные максимальные расходы воды, м³/с:

• основной обеспеченности   -  0,1%-70.
• катастрофический поверочный   -  0,01% - 80.

Отметка дна водоёма   -  146,9 м.

Расчётные уровни воды, м:

- УМО   - 151,9

- НПУ   -  166,9

Минимальный расход   -   60  м³/с.

Расчётная длина разгона волны   -  4 км.

Скорость  ветра на высоте 10м над уровнем  водоёма   -   10 м/с.

Угол  между осью водоёма и преобладающим  направлением ветра -   45.

Категория автодороги по гребню плотины  -  IV. 

Осредненные значения физико-механических характеристик грунтов  

 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

   Задачей курсового проекта является составление и расчетное обоснование в соответствии с действующей нормативной литературой проекта земляной плотины с башенным водосбросом, а также закрепление знаний, полученных студентами при изучении соответствующих разделов курса, и приобретение опыта и навыков проектирования.

   В курсовом проекте необходимо разработать следующие основные вопросы:

• компоновка сооружений гидроузла;
• конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня, берм, откосов, дренажа, противофильтрационных устройств, креплений верхового и низового откосов и др.;
• фильтрационный расчет земляной плотины;
• расчета устойчивости низового откоса;
• гидравлические расчеты башенного водосброса.

   В настоящее время проектируют и строят гидроузлы комплексного назначения, в состав которых входят сооружения общие (плотина, водосбросы) и специальные (здания ГЭС, судоходные шлюзы, водозаборы и др.).

   Специальные сооружения изучаются в соответствующих дисциплинах.

В данном проекте разрабатывается только два сооружения: плотина из грунтовых материалов и башенный водосброс.

   Выбор типа и конструкции плотины является основным вопросом проектирования, который решается на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов исходя из топографических, инженерно-геологических, гидрологических и климатических условий, и прежде всего наличия грунтовых строительных материалов в близлежащих карьерах и максимального использования материалов из полезных выемок.

   Земляные насыпные плотины можно возводить из всех грунтов, кроме грунтов, содержащих растворимые включения хлоридных солей более 5% по массе и содержащих не полностью разложившиеся органические вещества также более 5% по массе.

   Для строительства однородных плотин чаще всего используются суглинки и супеси, а также мелкозернистые и среднезернистые пески, обладающие достаточной водонепроницаемостью и фильтрационной прочностью.

   Песчаные и гравийно-галечниковые грунты применяются для устройства тела (верховой и низовой призм) всех типов земляных плотин.

   Противофильтрационные элементы плотины (ядра, экраны, понуры, зубья) устраиваются из маловодопроницаемых грунтов (глинистые грунты, торф, грунтовые смеси) с коэффициентом фильтрации менее I0^-4 м/с. 

      1. Конструирование  поперечного профиля  и элементов плотины

   Основной задачей проектирования поперечного профиля плотины является определение отметки гребня плотины и его ширины, а также назначение заложения и очертания откосов плотины. 

      1.1. Гребень плотины

   Гребень плотины обычно используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначаются, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов.

   В данном проекте, на гребне плотины, устраивается автодорога III категории.

       Основные параметры:

ширина дороги 6,0 м;

ширина  обочины 2,0 м;

ширина  гребня 10,0 м.

       Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается односторонний или двусторонний поперечный уклон, а на обочинах устраиваются ливнестоки. По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб (бетонные столбики размерами 1´0,3´0,3 м и с шагом 4 м и более). Со стороны верхнего бьефа может устраиваться сплошной волнозащитный парапет.

       Покрытие  проезжей части автодороги выбирается в зависимости от ее категории  и укладывается на подготовку из гравийно-песчаного или щебеночного грунта. Если гребень плотины сложен из глинистых грунтов, то для его защиты от промерзания укладывается слой несвязанного (песчаного) грунта, толщина которого, включая и покрытие гребня, должна быть не менее глубины промерзания грунта в районе строительства.

       Отметка гребня плотины назначается на основе расчета необходимого возвышения его  над расчетным уровнем воды. При  этом рассматривается два случая стояния уровня воды в верхнем  бьефе:

       1. Нормальный подпорный уровень (НПУ);

       2. Форсированный подпорный уровень (ФПУ).

       Из  двух полученных результатов расчёта (при НПУ и ФПУ) выбирается более  высокая отметка гребня.

       Так как отметка гребня зависит от обеспеченности скорости ветра, а мы используем расчётную скорость (из-за отсутствия данных), то, очевидно, что отметка гребня плотины будет более высокой при ФПУ:

       

, где

        - отметка гребня плотины;

        - отметка форсированного подпорного  уровня;

       h _s – возвышение гребня плотины, которое определяется по формуле:

       

,

       где а - запас возвышения гребня плотины, принимаемый для всех классов плотин не менее 0,5 м;

       Dh_{se t} - нагон воды в верхнем бьефе, м

       

, 

       где a_w -угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град.

       a_w=45

       W-расчетная скорость ветра на высоте 10м над поверхностью водоема, м/с

       W=10 м/с

       Z-длина разгона волны, м

       Z= 4 км = 4000м

       Н-глубина воды в верхнем бьефе при расчетном уровне, м, определяется как разность между расчётным уровнем воды в водохранилище (ФПУ или НПУ) и отметкой дна водохранилища;

       Н= 167,9-146,9=21 м;

       

         h_run1%- высота наката на откос волн обеспеченностью 1%, м;

        ,

       где K_r и К_р - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаются по таблице.

       K_r= 1;  К_р= 0,9;  К_sp= 1,1

       В начале принимаем m₁=3, m₂=2,5.

       К_run- коэффициент, определяемый по графику в зависимости от пологости волны на глубокой воде и заложения верхового откоса плотины ctgj;

         h_1%- высота волны 1%-ой обеспеченности, м

       

,

       где К_1% - коэффициент принимаемый по графику;

        - средняя высота волны, определяемая для глубоководной зоны, в зависимости от безразмерных величин gt/W и .

       

= 392;