Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной

H_д = ÑГДП - ÑДна = 148,80 – 147,62 = 1,18 м.

      С  целью  повышения  устойчивости  низового  откоса принимаем высоту 3 м, тогда:

ÑГДП = ÑДна + Н_д = 147,62 + 3 = 150,62 м.

 Пойменный дренаж – горизонтальный трубчатый. Выполнен из асбестоцементных перфорированных труб,

диаметром 200 мм.

Отводящий трубопровод – 100 мм.

      Глубина заложения дренажа в тело

плотины определяется: 

                  S_d = (1/6…1/8)B_пл, м       (13) 

      где В_пл – ширина плотины. Вычисляется по следующей формуле: 

                              В_пл = В + Н_пл(m₁ + m₂), м   (14) 
 

     Так как высота плотины в сечениях изменяется, то изменяется и ширина плотины, а, следовательно, меняется глубина заложения дренажа в тело плотины. Принимаем глубину заложения дренажа в тело плотины равной:   

     S_d = (1/7)B_пл                                 

     Главным недостатком дренажа является возможность возникновения фильтрационных деформаций грунта тела плотины и основания. Для борьбы с фильтрационными деформациями применяют обратные фильтры.

     Обратный  фильтр – это устройство, предотвращающее вымыв мелких частиц грунта. Благодаря обратным фильтрам скорость фильтрационного потока сокращается. Они оберегают дренажные системы от попадания частиц грунта. Обратный фильтр устраивается на контакте дренажа и дренируемого тела и основания плотины.  
 

      3.2 Фильтрационные расчеты 

      3.2.1 Задачи и методы расчета 

      К задачам фильтрационных расчетов можно отнести:

- определение  общего фильтрационного расхода  через тело плотины и основание;

- построение  депрессионной поверхности фильтрационного  потока;

- проверка  общей фильтрационной прочности  грунта тела плотины.

      Методы, которыми решаются данные задачи следующие:

- гидравлические;

- гидромеханические;

- экспериментальные  методы.

      В курсовом проекте в основу фильтрационных расчетов положен гидравлический метод. 

      3.2.2 Расчетные схемы и способы  расчета 

      В расчетах используется гипотеза академика Н.Н. Павловского о независимости фильтрации в теле плотины и ее основании: Q = q_тела + q_основ.

      При использовании гипотезы делается ряд  допущений:

- рассматривается  плоская схема фильтрации;

- водоупор  принимается плоским, горизонтальным  и абсолютно водонепроницаемым;

- грунт  тела плотины и основания считается  однородным и изотропным;

- слой воды в нижнем бьефе считается равным нулю;

- положение  кривой депрессии не зависит от вида и фильтрационных свойств грунта тела плотины. Определяется оно положением уровней воды в бьефах и геометрическими размерами тела плотины.

      Осуществляем выбор расчетной схемы. Для этого проводим ряд операций:

- разбиваем продольный профиль плотины на 3 части: русловую и 2 пойменные;

- в каждой из частей проводим сечение. Сечение I проводится в самой глубокой точки русловой части. В каждом сечении должен быть уровень воды в верхнем бьефе;

- составляем расчетную схему.

      При расчете рассматриваем наполнение водохранилища до НПУ. 

      3.2.3 Депрессионная поверхность фильтрационного потока 

      Для расчета координат депрессионной  кривой необходимо иметь следующие исходные данные:

      Сечение I-I:

      - высота плотины в сечении: Н = ÑГП - ÑПЗ = 160,55–147,62 =12,93 м.

      - коэффициент заложения откосов: m₁ = 3,0, m₂ = 2,0, m₃ = 1,5, m₂ = m₄ = 2,0; h_д = 3,0 м.

      - глубина воды в верхнем бьефе: Н₁ =ÑНПУ-ÑПЗ=158,2 –147,62=10,58 м.

      - глубина воды в нижнем бьефе:  Н₂ = 0.

     - расстояние от оси Y до дренажа: Lр = ∆L+L = βН₁ + m₁d + В + m₂(H₁+d-h_д) - m₃h_д = (0,43×10,58)+3×2,35+10+2(10,58+2,35-3)-1,5×3 = 45,96 м.

     - β= m₁/(2 m₁+1)=0,43, d=2,35

      - коэффициент фильтрации тела плотины: К_ф = 0,02 м/сут.

     - q_т= К_ф(Н₁²/2(Lр+l_др)), l_др=0. q_т=0,02 (10,58²/(2×45,96)) = 0,024 м³/сут.

     - y=( Н₁²-(2 q_т/ К_ф)х)^1/2, где х задается от ∆L = 4,55 до Lр = 45,96 

Сечение II-II:

     - высота плотины в сечении: Н = 160,55 – 153,2 = 7,35 м.

     - глубина воды в верхнем бьефе: Н₁ = 158,2 – 153,2 = 5,0 м.

     - глубина воды в нижнем бьефе:  Н₂ = 0.

     - коэффициент заложения откосов:  m₁ = 3,0, m₂ = 2,0

     - β= m₁/(2 m₁+1)=0,43, d=2,35

     - расстояние от оси Y до дренажа: Lр =∆L+L=βН₁+ m₁d + В + Н₁×m₂- S_d.

        Для вычисления S_d необходимо вычислить ширину плотины по

       формуле (14): В_пл = В + Н(m₁ + m₂) = 10 + 7,35(3+2) = 46,75 м. Теперь по формуле (13): S_d = (1/7)В_пл = (1/7)46,75 = 6,68 м. Следовательно:

        Lр = (0,43×5) + 3×2,35 +10+10 - 6,68 = 22,52 м.

     - коэффициент фильтрации тела  плотины: К_ф = 0,02 м/сут.

     - q_т= К_фН₁²/2Lр. q_т=0,02×5²/(2×22,52) = 0,011 м³/сут.

     - y=(Н₁²-(2 q_т/ К_ф)х)^1/2, где х задается от ∆L = 2,15 до Lр = 22,52 
 

      Сечение III-III:

     - высота плотины в сечении: Н = 160,55 – 152 = 8,55 м.

     - глубина воды в верхнем бьефе: Н₁ = 158,2 – 152 = 6,2 м.

     - глубина воды в нижнем бьефе:  Н₂ = 0.

     - коэффициент заложения откосов:  m₁ = 3,0, m₂ = 2,0

     - β= m₁/(2 m₁+1)=0,43, d=2,35

     - расстояние от оси Y до дренажа: Lр =∆L+L=βН₁+ m₁d + В + Н₁×m₂- S_d.

        Для вычисления S_d необходимо вычислить ширину плотины по

       формуле (14): В_пл = В + Н(m₁ + m₂) = 10 + 8,55(3+2) = 52,75 м. Теперь по формуле (13): S_d = (1/7)В_пл = (1/7)52,75 = 7,54 м. Следовательно:

        Lр = (0,43×6,2) + 3×2,35 +10+10 - 7,54 = 22,18 м.

     - коэффициент фильтрации тела  плотины: К_ф = 0,02 м/сут.

     - q_т= К_фН₁²/2Lр. q_т=0,02×6.2²/(2×22,18) = 0,017 м³/сут.

     - y=(Н₁²-(2 q_т/ К_ф)х)^1/2, где х задается от ∆L = 2,67 до Lр = 22,18 

      Координаты  депрессионной кривой приведены в приложении А, Б, В. Кривые депрессии представлены на рисунке 4. 
 

3.2.4 Фильтрационный  расход 

      Фильтрационный  расход складывается из удельных фильтрационных расходов тела плотины (q_тi) и ее основания (q_оi): 

                              q_i = q_тi + q_оi , м²/сут    (15) 

      Удельный  фильтрационный расход основания плотины  находится по формуле:

                              q₀ = , м²/сут   (16)

      где  K₀ – осредненный коэффициент фильтрации грунтов основания;

            Т – толщина водопроницаемого слоя основания;

            B_пл – ширина плотины в сечении по основанию;

            n – поправочный коэффициент, зависящий от ширины плотины в

        сечении и от толщины водопроницаемого слоя; 

Для сечения I-I

     K_o = (K_max ×K_min)^1/2, K_max= (К₁×T₁+К₂×Т₂)/(Т₁+Т₂)

                        K_min = (Т₁+Т₂)/ (Т₁/К₁+Т₂/К₂)                 

     K_max= (0,02×3,2+3,5×9)/(3,2+9)=2,59 м/сут

     K_min =  (3,2+9)/ (3,2/0,02+9/3,5) = 0,075 м/сут                

     K_o =(2,59×0,075) = 0,44 м/сут

     Т = 3,2+9=12,2 м

     Н = 12,93 м, Н₁ = 10,58 м, Н₂ =0

     В_пл = 10+ 12,93×5 = 74,65 м

     В_пл /Т = 74,65/12,2 = 6,12, n=1,18

     q₀ = 0,44×12,2(10,58/1,18×74,65) = 0,645 м²/сут

     q_т= 0,024 м³/сут

     q_I-I = 0,645+0,024=0,669 м²/сут

 

Для сечения II-II

     K_o = 0,02 м/сут

     Т = 7,2 м

     Н = 7,35 м, Н₁ = 5 м, Н₂ =0