где 
- относительное открытие затвора.
а) центральный затвор открыт на 
:
б) центральный затвор открыт на 
:
в) центральный затвор открыт полностью на 
:
Принимаем Q=416,7 м3 /с
г) Поверочный. 
:
Принимаем Q=1000 м3 /с
2.4.2 определение сжатой глубины:
Сжатая глубина за водосливом определяем по формуле:
- коэффициент скорости;
Т – полный запас энергии в ВБ над искомым сечением.
Расчет сжатой глубины проводим с помощью последовательных приближений. В первом приближении принимаем 
. Приближения необходимо проводить, пока значения 
двух приближений не сойдутся с точностью 1 см.
а) центральный затвор открыт на 
, 
:
1-е приближение:
2-е приближение:
3-е приближение:
б) центральный затвор открыт на 
, 
:
1-е приближение:
2-е приближение:
3-е приближение:
в) центральный затвор открыт на 
, 
:
1-е приближение:
2-е приближение:
3-е приближение:
г) Поверочный. Затвор открыт на 
, 
:
1-е приближение:
2-е приближение:
3-е приближение:
4-е приближение:
2.4.3 определение раздельных глубин :
Пусть прыжок находится в критическом состоянии, т.е 
.
Раздельную глубину прыжка в плоских условиях определяют как сопряженную со сжатой:
а) центральный затвор открыт на 
, 
, 
:
б) центральный затвор открыт на 
, 
, 
:
в) центральный затвор открыт на 
, 
, 
:
в) центральный затвор открыт на 
, 
, 
:
2.4.4 изменение бытовых глубин при режиме маневрирования :
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
6. 
7. 
Результаты вычислений сводим в таблицу:
| № |
а |
Q' a |
q |
h кр |
h сж |
h" |
K пр |
h" пр |
h б |
h" пр-hб |
ВЫВОД |
| 1 |
1,525 |
130,6 |
9,33 |
2,14 |
0,538 |
5,77 |
0,74 |
4,27 |
6,4 |
-2,13 |
затоплен |
| 2 |
1,525 |
130,6 |
9,33 |
2,14 |
0,538 |
5,77 |
1 |
5,77 |
6,9 |
-1,13 |
затоплен |
| 3 |
3,05 |
214,9 |
17,28 |
3,22 |
1,01 |
7,64 |
0,74 |
5,65 |
7,1 |
-1,45 |
затоплен |
| 4 |
3,05 |
214,9 |
17,28 |
3,22 |
1,01 |
7,64 |
1 |
7,64 |
7,3 |
0,34 |
надвинут |
| 5 |
6,1 |
416,7 |
29,76 |
4,63 |
1,787 |
9,68 |
0,74 |
7,16 |
7,4 |
-0,24 |
затоплен |
| 6 |
6,1 |
416,7 |
29,76 |
4,63 |
1,787 |
9,68 |
1 |
9,68 |
8 |
1,68 |
надвинут |
| 7 |
11,2 |
1000 |
71,4 |
8,29 |
4,804 |
13,19 |
1 |
13,19 |
8,5 |
4,69 |
надвинут |
2.4.5 выводы о необходимости водобойных устройств:
На основе таблицы выбираю расчетные случаи для конструирования водобойных устройств:
1. 
Этот случай будет расчетным для определения глубины водобойного колодца.
2. 
Этот случай будет являться расчетным для определения длины водобойной плиты.
Как видим, наиболее опасным для крепления нижнего бьефа является случай, когда все затворы открыты полностью. В этом случае для затопления гидравлического прыжка необходимы гасители.
Длина водобойной плиты должна быть определена с учетом пропуска катастрофического расхода:
2.5 Расчет гасителей энергии
Гасители энергии в виде установленных на водобое препятствий оказывают на поток реактивное, диссипативное и распределительное воздействия.
В результате реактивного действия гасителей происходят уменьшение длины прыжка, что позволяет уменьшить длину водобоя и избежать устройства водобойного колодца или уменьшить его глубину. Диссипативная роль гасителей характеризуется интенсивностью рассеивания той части энергии, которая сосредоточена в турбулентных вихрях. Распределительная роль гасителей выражается в переформировании эпюры осредненных скоростей потока в плане и по глубине, выравнивании удельных расходов по ширине русла.
Гасители подвержены кавитационной эрозии, поэтому их слишком близкое расположение к началу водобойной плиты нежелательное. Видимо, расположение гасителей на расстоянии 
от начала водобоя наиболее оптимально.
Необходимо выяснить, как изменится 
при устройстве гасителей:
Определяю размеры гасителей:
Определяю площадь миделевого сечения 
Определим реакцию гасителей:
Сх – коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы гасителей, их положения на водобое и степени затопления. При расположении 3 рядов призматических гасителей высотой 1,2hсж на расстоянии от сжатого сечения 0,25Lпрыжка Сх =0,5 – 0,6.
2.6 Расчет водобойного колодца
При устройстве водобойного колодца дно за водосливом заглубляется. Благодаря этому возрастает глубина воды в колодце, поэтому гидравлический прыжок переходит в затопленное состояние.
Однако при заглублении возрастает и высота падения потока, его кинетическая энергия. Поэтому расчёт водобойного колодца заключается в определении минимальной глубины колодца, достаточной для перевода гидравлического прыжка в затопленное состояние.
1) 
2) T0 = T + dкол =16,5 + 0,33 = 16,83м
3) Определим hсж
1-е приближение:
2-е приближение:
3-е приближение:
4) Окончательно принимаем
2.7 Расчет устойчивости водобойной плиты
Водобойная плита предназначена для крепления русла в зоне гидравлического прыжка. Ее выполняют в виде массивной армированной бетонной плиты. Плита водобоя под действующими на нее силами может всплыть, опрокинуться в сторону нижнего бьефа или сдвинуться.
Конструирование и расчеты водобойной плиты проводим для случая, когда наблюдается гидравлический прыжок максимальной высоты (расчетный случай 6).
2.7.1 Назначение размеров водобойной плиты:
Длину водобойной плиты назначается в зависимости от длины гидравлического прыжка:
Толщину водобойной плиты назначаем в размере:
2.7.2 Определение нагрузок, действующих на водобойную плиту:
Водобойная плита, находящаяся в зоне гидравлического прыжка, испытывает большие гидромеханические нагрузки. Они вызывают дефицит давления, под действием которого плита может потерять устойчивость. Гидродинамическая нагрузка 
раскладывается на осредненную (по времени)нагрузку 
и пульсационную составляющую 
: 
. Помимо этого на водобойную плиту может действовать остаточное (после дренажа плотины) фильтрационное противодавление.
Определим вес водобойной плиты (с учетом взвешивающего действия воды):
где 
, 
- соответственно удельные веса бетона и воды.
Пульсационная нагрузка возникает из-за устройства дренажных отверстий в плиты водобоя.
Тогда значение силы вертикальной пульсационной составляющей гидродинамического давления равно:
При определении фильтрационного противодавления условно принимаем, что его максимальное значение составляет 
от напора на сооружение:
Принимаем также, что максимальное значение фильтрационного противодавления действует на плиту до второго ряда дренажных отверстий.
Сила фильтрационного противодавления находиться по формуле:
В курсовом проекте проводим проверку устойчивости водобойной плиты:
1. на всплытие;
2. на опрокидывание;
3. на сдвиг.
Условие устойчивости плиты принимаем в виде:
где 
- действительное значение коэффициента устойчивости плиты;
- нормативное значение коэффициента устойчивости плиты.
2.7.3.Расчет устойчивости водобойной плиты на опрокидывание:
Расчет ведем в предположении, что опрокидывание произойдет относительно нижнего ребра низовой грани плиты.
В целях экономии, целесообразно уменьшите толщину водобойной плиты. Пусть 
, тогда:
Вывод: устойчивость водобойной плиты на опрокидывание обеспечена, экономические затраты будут минимальные.
2.8 Конструирование рисбермы и концевого крепления
За водобоем располагаются рисберма и концевое крепление.
Рисберма – это участок крепления русла расположенный за водобоем. На рисберме происходит уменьшение осредненных скоростей и пульсации скоростей. Рисберму выполняют в виде крепления, постепенно облегчающегося по течению. Обычно крепление устраивают из бетонных плит. Толщину плиты в начале рисбермы принимаем равной двум третям от толщины водобоя. Следующая плита рисбермы будет составлять две третьих от предыдущей.
Концевой участок рисбермы заглубляют с уклоном 
, в результате чего образуется ковш, предназначенный для защиты рисбермы от подмыва. За счет отсыпки в ковш камня уменьшаем его глубину.
2.8.1 Определение длины крепления русла:
Бетонное крепление русла необходимо на длине прыжка и на длине послепрыжкового участка. В пределах послепрыжкового участка происходит переход скоростей и давления от величин, соответствующих концу гидравлического прыжка, до величин, соответствующих бытовым условиям.
В курсовом проекте рассчитываем длину крепления русла по формуле:
2.8.2. Конструирование рисбермы:
Спроектируем плиты горизонтального участка рисбермы:
1) первая плита:
;
2) вторая плита:
;
;
3) третья плита:
;
;
Заложение верхового откоса ковша принимаем 
. Плиты крепления ковша сборные, с размером 4х4х1 м.
Глава 3. Конструирование подземного контура и фильтрационные расчеты
Подземный контур проектируется в целях уменьшения фильтра-ционного противодавления на плотину, уменьшения фильтрационных потерь из водохранилища, обеспечения фильтрационной прочности грунтов основания. Расчеты фильтрации производим при максимальном статическом напоре на сооружение:
3.1 Конструирование подземного контура
В нашем случае грунтом основания служит песок с галькой и гравием. Конструктивным решение в борьбе с фильтрацией, при залегании водоупора на глубине 2,73 м, будет являться продолжения зуба.
При песчаном основании применяем анкерный понур длиной 
. Он предназначен не только для снижения противодавления, но и для восприятия части силы, сдвигающей плотину. Он представляет собой ж/б плиту с толщиной 0,5 м,
арматура которого соединена с арматурой ФП плотины. Водонепроницаемость ж/б плиты обеспечивается гидроизоляцией ее поверхности и слоем глинистого грунта. Узел сопряжения понура с плотиной выполняется в виде гибкой конструкции, воспринимающей разность осадок понура и плотины без нарушения его водонепроницаемости. Глиняная пригрузка понура защищается бетонным покрытием, выполняющим роль строительной площади.
Наиболее действенной мерой по уменьшению фильтрационного противодавления является дренаж. В нашем случае устраиваем горизонтальный дренаж – под подошвой плотины и водобойной плитой. В состав дренажной системы входят: дренажный слой, обратный фильтр и система сбора воды.
3.2 Определение фильтрационного противодавления на подошву плотины
Построение эпюры фильтрационного противодавления производим методом коэффициентов сопротивления (гидравлический метод). Он основан на аналогии протекания фильтрационного потока в водопроницаемом основании и движении жидкости в трубе с набором местных сопротивлений.
Все элементы подземного контура плотины могут быть представлены в виде местных сопротивлений. В этом методе рассматриваем фильтрацию только вдоль подземного контура. При этом принимаем, что она происходит равномерно (с одинаковыми скоростями), а потери напора на вход и на выход эквивалентны потерям напора по длине 
.
Величину падения напора на i-ом участке подземного контура определяем по формуле:
Для входа и выхода: 
Для горизонтального участка 
, 
, 
Величину фильтрационного расхода и выходного градиента определяем по формулам:
Полный фильтрационной расход под подошвой плотины:
После конструирования подземного контура мы проверяем его на возможность нарушения фильтрационной прочности грунта основания. По СНиП критерием обеспечения общей фильтрационной прочности нескального основания является условие:
- расчетное значение осредненного критического градиента напора для
29-04-2015, 00:39