по ГТС

Якщо мінімальний з отриманих коефіцієнтів стійкості низового укосу виявиться менше допустимого, то необхідно скорегувати поперечний переріз греблі з тим, щоб забезпечити стійкість низового укосу. Це досягається шляхом уположення низового укосу або зниження кривої депресії в тілі греблі.

Кожна круглоциліндрична крива ковзання характеризується положенням свого центру O і радіусом R . За даними В.В. Аристовского найменші коефіцієнти стійкості утворюються при розташуванні центрів кривих ковзання в межах багатокутника bb'Oe'eb , що будують таким чином.

Для побудови цієї найбільше небезпечної зони розташування центрів із середини низового укосу (точкаа на рис.Д.9.1) або осредненого укосу при наявності берм проводять вертикальac . Потім із тієї ж точки a під кутом 85° до укосу ( або усередненого укосу) проводять лініюad . З точки A і B , як із центру проводять коло радіусами R ₁ .

Таблиця 9.4

Значення k _н , k _в

Криві, проведені радіусом R ₁ перетинаються в точці О (рис.Д.9.1). З точки а , як із центру, проводимо дугу be радіусом R ₂ =a/2 . Багатокутник bb'Oe”eb є зоною центрів найбільше небезпечних поверхонь ковзання.

В.В. Аристовский установив, що звичайно центри найбільше небезпечних кривих ковзання розташовуються поблизу лініїb О . Цю лінію треба приймати як лінію пробних центрів.

Задаючись на лінії пробних центрів декількома точками О₁ , О₂ , О₃ і т.д. з котрих декількома радіусами проводимо криві ковзання. Для кожної кривої ковзання визначають коефіцієнт стійкості. Через точку з мінімальним коефіцієнтом запасу проводять нормаль до лінії bО на котрій також намічають ряд центрів і підраховують для відповідних їм поверхонь ковзання значення коефіцієнтів запасу. Мінімальне значення k_s приймається за розрахункове.

У курсовому проекті розрахунок стійкості дозволяється робити для однієї кривої ковзання, де при виборі центру найбільше небезпечної поверхні ковзання варто керуватися слідуючим: при розрахунку укосів із незв'язних грунтів центр найбільше небезпечної поверхні ковзання розташо­вується звичайно поблизу від точкиО , а при розрахунку укосів із грунтів, що володіють зчепленням, він віддалиться від неї. Найбільше небезпечна крива ковзання в укосах із пісчаного грунту на пісчаній підвалині проходить через підошву укосу (точку B ), а якщо в підвалині залягає глинистий грунт, може захоплювати частину підвалини на глибину, що неперевищує H _гр , рахуючи від її поверхні.

9.2. Визначення діючих сил

З прийнятого центру ковзання проводять дугу радіусом R . Область обмежену кривою ковзання і зовнішнього обрису греблі (масив завалення) розбивають на вертикальні відсіки шириною b=0,1R (в загальному випадку можна приймати ширину відсіку довільною; при зменшенні ширини точність визначення діючих сил збільшується). Нульовий відсік розташовують симетрично до вертикалі, яка проходить через центр кривої ковзання. Нумерація відсіків, розташованих від нульового відсіку убік укосу, приймаються зі знаком плюс, а в напрямку від укосу - із знаком мінус. Відносно центру О складається рівняння моментів сил діючих на відсік.

У загальному випадку виділений відсік грунту знаходиться під дією власної ваги, бічного тиску сусідніх мас грунту і тиску фільтраційного потоку.

Власна вага відсіку

(9.5)

При наявності шару води над відсіком вище лінії укосу

,

(9.6)

де h_n - середня глибина води над відсіком, м.

Якщо у відсіку є шари різного грунту, то його вага визначається з урахуванням питомої ваги кожного грунту.

Сили бічного тиску грунту, що діють на вертикальних межах відсіку, взаємно врівноважуються.

Наближене значення тиску фільтрацій­ного потоку, що діє на n -й відсік, визначають за формулою

,

(9.7)

Силу ваги G_n переносять на підошву відсіку і розкладають на складові (нормальну

і дотичну

Cила тертя, що виникає на підошві відсіку

Сила зчеплення

Крім зазначених сил на масив грунту діє тиск води з боку нижнього б'єфа

Для всього масиву відповідно до формули (9.1) сили і моменти, що діють на окремі відсіки підсумовуються і коефіцієнт стійкості укосу може бути знайдений за формулою

,

(9.13)

Питому вагу грунту, що знаходиться нижче кривої депресії, визначають за формулою

Для скорочення розрахунків силу зчеплення

,

(9.15)

де - із постійним значенням питомого зчеплення

Підрахунок величин, необхідних для визначення коефіцієнта стійкості укосу, реко­мендується робити у формі таблиці (табл. 9.5).

Таблиця 9.5

Визначення коефіцієнта стійкості k_s

Зазначеним способом може бути зроблений розрахунок стійкості і верхового укосу земляної греблі.

10. Коструювання та розрахунок водоскидної споруди

10.1. Загальні положення

Водоскидні споруди призначені для скидання з водоймища в нижній б'єф частини паводкових витрат, що акумулюється у водосховище, заповнюючи об'єм форсування.

При річкових гідровузлах з глухими земляними греблями влаштовують руслові та берегові водоскиди, тип яких визначається місцевими топографічнимим, гідрологічними, експлуатаційними умовами та умовами виробництва робіт. Берегові водоскиди, як правило, будують відкритими, а їх транзитну частину виконують у вигляді швидкоструму та багатоступеневого перепаду. Трубчасті (руслові) водоскиди споруджуються в тілі земляної греблі (ковшові, баштові, шахтні та сифонні) та мають різні конструкції вхідної та транзитної частин.

Відкриті берегові водоскиди розташовують на одному з берегів річки. Вісь водоскидного тракту переважно трасують по водороздільним ділянкам схилу, по можливості перпендикулярно горизонталям, що забезпечує мінімум земляних робіт. Як правило, вісь водоскидного тракту має криволінійний обрис в плані та окреслюється радіусом r > 5b_k , де b_k - ширина водоскиду. Перед водоскидом та за ним підвідний та відвідний канали повинні мати прямолінійні ділянки довжиною не менше 1,5b_k . Вхідну частину підвідного каналу треба віддаляти від греблі на 20 – 40 м. Вихідна частина відвідного каналу повинна бути віддалена від греблі не менш ніж на 50…100 м, щоб при пропуску повені чи дощового паводка не виникло підмиву низового укосу греблі [3].

Закриті руслові водоскиди обов’язково розташовують на ґрунті підвалини (не рекомендовано споруджувати на насипному ґрунті в зв’язку з можливим просіданням останнього). Вісь баштового водоскиду трасують по найнижчим відміткам балки (водотоку) для забезпечення суміщення функцій водоскиду як водоспуску. Відвідна труба (транзитна частина) – напірна, горизонтальна. Вісь ковшового, як правило, зміщують в сторону одного з берегів. Напірну трубу часто розташовують під кутом до горизонту.

В курсовому проекті необхідно:

- визначити місцеположення вісі водоскидного тракту;

- запроектувати тип та розрахувати розміри вхідної, транзитної та вихідної частин водоскиду, а саме:

А) для фронтального водоскиду – ширину водозливного фронту; тип водозливу; довжину перехідної ділянки від входу до відвідного каналу; форму, довжину, глибину та похил відвідного каналу; розміри та глибину швидкотоку; параметри гасника енергії;

Б) для траншейного водоскиду - ширину водозливного фронту; тип водозливу; параметри траншеї; форму, довжину, глибину та похил відвідного каналу; розміри та глибину швидкотоку; параметри гасника енергії;

В) для баштового водоскиду – форму та розміри башти; кількість, діаметр та довжину відвідних труб; параметри гасника енергії;

Г) для ковшового водоскиду – форму та розміри ковша; кількість, діаметр та довжину відвідних труб; параметри гасника енергії.

Конструктивні особливості водоскидів різних типів детально наведені в [1, 3, 4].

10.2. Розрахунок вхідної частини

Основою гідравлічного розрахунку вхідної частини водоскидів є визначення її необхідної довжини (поперечного перерізу), що забезпечить пропуск розрахункової паводкової витрати при максимальному рівні води у водосховищі на відмітці ФПР (заданої забезпеченості).

Вихідними даними є максимальна витрата річки Q_max , розрахунковий напір на водозливі (в курсовому проекті рекомендується приймати автоматичний водозлив, відмітка гребня якого рівна НПР, тобто напір дорівнює різниці форсованого (ФПР) та нормального (НПР) підпірних рівнів), об’єм повені заданої забезпеченості W_р та регулюючий об’єм водосховища, що визначається із завдання на КП за залежністю Q=f(H).

Для розрахунку довжини водозливного фронту (периметра) застосовується формула

,

(10.1)

Напір на водозлив H при пропусканні максимального розрахункового паводку знаходять за залежністю

Розрахункову зарегульовану витрату визначаємо за формулою І.Д. Кочеріна

,

(10.3)

Обсяг W_r регулювання визначається з кривої Q=f(H) як об’єм, що знаходиться ьіж розрахунковими рівнями ФПР та НПР.

Коефіцієнт витрати залежить від типу водозливу й умов його роботи. Для фронтальних водоскидів відкритого типу це, як правило, водозливи практичного профілю криволінійного обрису для яких m =0,47...0,50. Для траншейних водоскидів – водозливи практичного профілю полігональної форми – m= 0,41...0,44.

В задачу розрахунку траншеї входить визначення глибини, відмітки поверхні води та дна траншеї в заданих створах.

Довжина траншеї приймається рівною довжині водозливу. Ширину варто збільшувати лінійно по довжині від мінімального значення (b =2...5 м) до максимального, яке призначають за умови максимально допустимої питомої витрати в траншеї 10...15 м2/с. Розрахунок рекомендується проводить в табличній формі (табл.10.1) розбиваючи довжину траншеї на 5-7 створів, частіше розташовуючи їх з початку траншеї.

Таблиця 10.1

Визначення параметрів водоскидної траншеї

Витрату через відповідний створ х знаходять за формулою

,

(10.4)

Швидкість v для перших 2-х створів приймається 3-4 м/с, для інших – в межах допустимих для матеріалу траншеї (5-8 м/с).

Середню глибину воді в кожному створі визначають за формулою

,

(10.5)

Похил рівня води в кожному створі - за формулою

.

(10.6)

Втрати напору між створами - за формулою

,

(10.7)

Відмітка поверхні води в створах - за формулою

,

(10.8)

тут за початкове значення глибини h_рів.i-1 можна прийняти її значення в першому створі.

Відмітка дна траншеї – за формулою

.

(10.9)

Вхідна частина фронтального та траншейного водоскилів переходить у відвідний канал ширина якого призначається рівною ширині траншеї та 30...50% довжини водозливного фронту фронтального водозливу.

Для водоскидів закритого типу тип водозливу визначається за відношенням

Якщо e < 0,67 має місце водозлив із тонкою стінкою, якщо 2<e < 8- водозлив із широким порогом, при проміжному значенні - водозлив практичного профілю. Щоб водозлив був незатопленим, рівень води у вежі (ковші) при пропусканні розрахункової витрати повинен бути нижче її (його) гребня. Коефіцієнт витрати може бути прийнятий для водозливу з тонкою стінкою рівним 0,40 - 0,38 , для водозливу практичного профілю 0,36 - 0,34, для водозливу із широким порогом 0,32 - 0,30.

Товщину стінки вежі в першому наближенні можна орієнтовно приймати рівної 0,30 м при висоті вежі до 10 м; 0,40- при висоті до 20 м; 0,50 м - при висоті до 25 м.

Після визначення необхідного периметра вежі (коваша) в першому наближенні призначається поперечний їх переріз - кругле або прямокутне з подальшим знаходженням діаметра або сторін.

10.3. Розрахунок транзитної частини

Відвідний канал відкритих водоскидів рекомендується приймати прямокутного поперечного перерізу з глибиною рівною глибині в кінці траншеї – для траншейного водоскиду, для фронтального – у відповідності з правилами проектування каналів при рівномірному русі [10]. Довжина його визначається за планом (кінець каналу вибирається на вісі водоскидного тракту де відмітка поверхні землі буде вища за відмітку дна каналу на величиру його глибини плюс невеликий запас 0,3...0,5 м).

Похил каналу для траншейного водоскиду встановлюється як для останнього створу траншеї, для фронтального – за умови рівномірного руху води в каналі.

Довжина і похил швидкотока встановлюється за планом за умови, що відмітка дна гасника енергії потоку (водобійний колодязь) буде дещо вище мінімального рівня води в нижньому б’єфі для забезпечення „сухого” б’єфу при проведенні ремонтних робіт, тощо. Розрахунок швидкотока зводиться до визначення глибини води в кінці лотка (перша сполучна глибина).

Вежу баштового водоскиду рекомендується розташовувати на верховому укосі з тим, щоб зменшити довжину відвідної труби. Проте дуже близько до урізу води по НПР вежу наближати не можна через великі швидкості на гребені при пропусканні розрахункових паводків, що може призвести до руйнування кріплення верхового укосу. З цих розумінь рекомендується розташовувати вежу від урізу води по НПР на відстані не менше 3,0 - 4,0 м.

Задню стінку ковшового водоскиду, як правило, розташовують на урізі води верхнього б’єфу при НПР [3, рис.2.15].

Відвідну трубу, необхідно заглубити нижче поверхні землі в нижньому б'єфі для можливого сполучення бурхливого потоку з труби зі спокійним у руслі на глибину 0,5-1м до верха труби в залежності від її діаметра. Кінець відвідної труби виносится за підошву низового укосу на відстань 10-15 м.

Прийняте положення вежі (ковша) і кінця відвідної труби дозволяє визначити довжину труби, а її висотне розташування - напір , при цьому в першому наближенні рівень води у вежі (ковші) приймається нижче НПР (гребня) на 0,5 м.

Розрахунок діаметра відвідної труби проводиться підбором за формулою витрати через короткі незатоплені труби

,

(10.11)

Коефіцієнт витрати знаходиться за залежністю

,

(10.12)

де		-	коефіцієнт місцевого опору на вхід у трубу з гострими краями, дорівнює 0,5;
	-	коефіцієнт опору по довжині труби.
,				(10.13)

де

-

коефіцієнт гідравлічного тертя, визначається по табл. 10.2 у залежності від матеріалу труби.

Напір на трубу визначається як різниця відміток прийнятого рівня води у вежі і рівня води в нижньому б'єфі. Підбір діаметру труби проводиться таким чином. Задаються діаметром відвідної d , знаходять площу живиго перерізу w і коефіцієнт витрати. Потім знайдені значення підставляють у формулу (10.11) і визначають витрату, що пропустить прийнята труба.

Якщо знайдена витрата дорівнює заданій (визначеній за формулою (10.3), розрахунок вважається закінченим, у противному випадку задаються новим діаметром і розрахунок повторюють.

Таблиця 10.2

Коефіцієнти гідравлічного тертя

При проведенні розрахунку завжди має місце випадок, коли при визначеному діаметрі одержувана витрата менше заданого, а при сусідньому більшому діаметрі він більше заданого. У цьому випадку за розрахунковий діаметр приймається більший і уточнюється напір на трубу за формулою (10.3). Уточнений напір відкладають на розрахунковій схемі і знаходять дійсну відмітку рівня води у вежі, що забезпечує пропускання заданої витрати.

При написанні розрахунку в пояснювальній записці необхідно призвести тільки один остаточний розрахунок при уточненому напорі.

10.4. Розрахунок сполучення потоку в нижньому б’єфі

Бурхливий потік, що випливає з відвідної труби баштового водоскиду при пропусканні розрахункових паводків, спрягається зі спокійним у нижньому б'єфі гідровузла, що проектується. Це сполучення потоків відбувається у видгляді гідравлічного стрибка. При малій побутовій глибині в нижньому б'єфі має місце відігнаний стрибок, що призводить до необхідності створення потужного кріплення русла в нижньому б'єфі на великій протяжності потоку відносно його виходу з відвідної труби чи швидкотоку. Для зменшення робіт із кріплення русла необхідно затопити гідравлічний стрибок шляхом збільшення глибини в нижньому б'єфі. Це досягається спорудженням водобійного колодязя.

Задачею гідравлічного розрахунку є визначення глибини і довжини водобійного колодязя.

Розрахункова схема водобійного колодязя подана на (рис.Д.10.2). Для забезпечення затоплення гідравлічного стрибка необхідно, щоб була забезпечена умова h_с "< h_нб або глибина колодязя

Друга сполучена глибина може бути визначена графоаналітичним методом А.Н. Рахманова [7, стор.


29-04-2015, 01:03