
- •Речные гидротехнические сооружения
- •Речные гидротехнические сооружения
- •Рецензент:
- •Введение
- •Исходные данные для выполнения практических работ
- •Кафедра Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики
- •Задание
- •1. Исходные данные.
- •2. Содержание работ и порядок их выполнения
- •Практическая работа №1 водосливной фронт бетонной плотины
- •Оформление практической работы №1
- •Практическая работа №2 сопряжение бьефов
- •Донный режим сопряжения бьефов для плотин на нескальном основании
- •Значения радиусов r сопряжения водослива с дном реки (или водобоем) в зависимости от напора на водосливе Но и высоты водослива р
- •Пример расчета , м
- •Поперечное сечение плотины на нескальном основании
- •Класс основных гидротехнических сооружений в зависимости от их высоты и типа грунтов оснований по сНи п 33 – 01 – 2003
- •Ширина транспортного перехода через бетонную пластину, м
- •Оформление практической работы № 3 для бетонной плотины на нескальном основании.
- •Поперечное сечение плотины на скальном основании
- •Собственный вес и вес воды
- •Проверка прочности бетонной плотины
- •Оформление практической работы № 4
- •Практическая работа№5 затворы бетонных плотин
- •Оформление практической работы № 5
- •Практическая работа № 6 грунтовые плотины
- •Однородные грунтовые плотины
- •Плотины с ядром
- •Фильтрационный расчет грунтовых плотин
- •Оформление практической работы № 6
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Кононов Валентин Викторович
- •Печатается в авторской редакции
- •198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2
Плотины с ядром
Плотины с ядром состоят из двух элементов: тела и ядра. Они возводятся на скальных и глинистых грунтах.
Тело плотины с ядром имеет ту же конструкцию и размеры, что и тело однородной плотины.
Ядро располагается
посредине поперечного сечения плотины
и устраивается из материала, имеющего
малый коэффициент фильтрации (глина,
суглинок). Назначение ядра – уменьшить
скорость фильтрации через него и понизить
уровень грунтовых вод в плотине с ядром
(рис. 17). Верх ядра располагается ниже
гребня на глубину промерзания грунта
в данном районе (1,20-1,50 м на Северо-Западе
России), так как при замерзании глинистые
грунты теряют свои свойства. Одновременно
верх ядра должен возвышаться над НПУ
ВБ не менее, чем на высоту капиллярного
подъема воды, составляющую 0,20-0,25 м, чтобы
вода не переливалась через ядро. Толщина
ядра в его верхней части δяв
принимается равной 1,00-1,50 м, в нижней
части δян
–
,
где Нпл
– высота плотины, равная Нпл=Гребень
– Дна.
Ядро заглубляется в грунт основания на
1-2 м. При скальных грунтах по оси ядра
устраивается цементационная завеса
такого же размера, что и при бетонной
плотине (см. практическую работу № 3).
При нескальных грунтах по оси ядра
забивается шпунт на глубину, достаточную
для создания преград фильтрационному
потоку воды (10-20 м).
После конструирования элементов плотины с ядром выполняется рисунок ее поперечного сечения в масштабе 1:200, 1:500, 1:1000 с указанием размеров и высотных отметок (рис. 17).
Фильтрационный расчет грунтовых плотин
Целью фильтрационного расчета грунтовых плотин является определение положения уровня грунтовых вод в теле плотины. Линия, показывающая изменение уровня грунтовых вод по поперечному сечению плотины, называется кривой фильтрации. Разработано несколько способов расчета кривой фильтрации: Н.Н. Павловского, Р.Р. Чугаева, В.П. Недриги,
В.И. Аравина, С.Н. Нумерова и др. [4, 7, 8]. В практической работе № 6 рассматривается приближенный способ Р.Р. Чугаева.
При фильтрационном расчете однородной грунтовой плотины можно придерживаться следующих рекомендаций
Поперечное сечение плотины приводится к расчетному профилю путем осреднения уклонов верхового 1:m1 и низового 1:m2 откосов по формулам:
среднее заложение m1ср верхового откоса
(53)
где
,
… - заложения верхового откоса, считая
их сверху вниз;
,
… - высоты участков верхового откоса с
заложениями
,…….
среднее заложение m2ср низового откоса
(54)
где
,
… - заложения низового откоса, считая
их сверху вниз;
,
… - высоты участков низового откоса с
заложениями
,………
С использованием полученных значений m1ср, m2ср, а также известных Нпл, В, строится расчетное сечение плотины, имеющее вид трапеции в том же масштабе, что и исходная плотина (рис. 18). На нем
показываются отметки НПУВБ, НПУНБ, дна, гребня. Дренажная призма в расчете кривой фильтрации не учитывается.
Натурные измерения и теоретические расчеты показали, что потери фильтрационного напора малы на верховом участке плотины от верхового откоса до створа 1-1, проведенного через начало гребня плотины. Р.Р. Чугаев предложил заменить треугольное сечение верхового участка плотины на равновеликое прямоугольное, отнеся створ 1-1 на расстояние S1 в сторону верхнего бьефа:
,
м, (55)
где
- превышение гребня плотины над НПУВБ,
равное dо=НПУВБ-Дна,
м;
- высота столба
воды в верхнем бьефе над дном, равная,
h=Гребня-НПУВБ,
м.
Оси координат х и у помещаются в начало нового (условного) сечения плотины (рис. 18, 19). В точке А1 пересечения оси у и уровня верхнего бьефа – начало условной кривой фильтрации. В точке С пересечения низового откоса и уровня нижнего бьефа – окончание кривой фильтрации. Длина расчетного участка S кривой фильтрации по оси х
(56)
где
- глубина в нижнем бьефе при НПУ, равная
hо=НПУНБ
– Дна,
м.
Расчет координат кривой фильтрации в осях х, у осуществляется по формуле Дюпуи, преобразованной для данной расчетной схемы к виду [7]
,
(57)
где
- координата вдоль оси х,
изменяющаяся от О до S,
м. Для получения достаточно плавной
кривой фильтрации рекомендуется
выполнить расчет для 10-12 точек.
Кривая фильтрации строится вначале на расчетном сечении плотины. Затем эта кривая по координатам х, у переносится на исходную однородную плотину. Контролем правильности выполнения расчета и построения кривой фильтрации является положение точки С: на исходной плотине она должна располагаться на уровне нижнего бьефа в пределах дренажной призмы. Кривая фильтрации в верхней части исходной плотины проводится в виде плавной линии от точки А пересечения уровня воды верхнего бьефа с верховым откососм (урез воды) до точки кривой филтрации при х=S1.
При фильтрационном
расчете плотины с ядром
материал ядра заменятся на материал
тела плотины из условия равенства потерь
напора на ядре
и вставке из материала плотины
.
,
м (58)
После замены материала ядра на материал тела плотины получается однородная грунтовая плотина.
При выполнении фильтрационного расчета плотины с ядром можно придерживаться следующих рекомендаций.
Определяется
средняя толщина ядра
,
м
где
- толщина ядра соответственно верхней
и нижней его части.
Из условия (58)
определяется толщина вставки
из материала тела плотины вместо
материала ядра по формуле
,
м (59)
где
- коэффициенты фильтрации соответственно
материала тела плотины и ядра, м/сут.
Рассматривается
однородная приведенная грунтовая
плотина, в которой толщина вставки в
средней части (вместо ядра) равна
.
Ширина гребня этой плотины будет
складываться из трех частей: В1
от створа 1-1 до начала вставки, вставки
,
В2
от конца вставки до конца гребня (рис.
19). Размеры В1,
В2
определяются по формуле
,
м (60)
где В – ширина гребня исходной плотины с ядром, м.
Фильтрационный
расчет приведенной однородной грунтовой
плотины выполняется в той же
последовательности, что и расчет
рассмотренной ранее исходной однородной
плотины. При этом учитывается то
обстоятельство, что соотношение
коэффициентов фильтрации тела плотины
и ядра
составляет не менее 100. Размер вставки
получается равным нескольким сотням
метров. При выполнении чертежа приведенной
однородной грунтовой плотины и ее
расчетного сечения можно сделать разрыв
в месте расположения вставки. При
выполнении фильтрационного расчета
приведенной грунтовой плотины необходимо
определить положение точек кривой
фильтрации при ее входе во вставку
(ядро) при
,
и при ее выходе из вставки (ядра) при
.
Остальные 10-12 точек на кривой фильтрации
можно взять в тех же точках, которые
рекомендованы ранее при расчете
однородной грунтовой плотины. Расчет
точек кривой фильтрации выполняется
по формуле (57), в которой величина S
определена с учетом вставки
,
м (61)
Из-за малой толщины ядра расчеты промежуточных точек кривой фильтрации внутри ядра (и вставки) можно не выполнять.
После выполнения фильтрационного расчета приведенной однородной грунтовой плотины кривая фильтрации переносится на исходную плотину с ядром по координатам х, у. Контроль правильности выполнения фильтрационного расчета тот же, что и ранее для однородной грунтовой плотины.