Министерство аграрной политики и продовольствия Украины

Луганский национальный аграрный университет

кафедра сопротивления материалов и теоретической механики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения расчетно-графической работы

по курсу

«МЕЛИОРАТИВНЫЕ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ

СООРУЖЕНИЯ»

Составитель: доц. Овчаренко А.А.

Луганск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Определение геометрических параметров плотины	3
Фильтрационный расчет плотин	10
Расчет устойчивости заложения откосов плотины	16
Конструирование и расчёт водосбросного сооружения	23
Расчет водовыпуска	30
Задания для расчетно-графической работы	33
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Коэффициенты Шези С	36
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Коэффициент шероховатости n	37
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Коэффициент шероховатости n закрытых водопроводов (труб)	38
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	39

Дано:

Грунт – суглинок

Отметка нормального подпорного уровня ▼НПУ=60м

Расчетная длина водоема – L = 10 000м

Примерная глубина водоема у плотины Н₁ = 11м

Расчетная скорость ветра – V=16м/с

Угол господствующих ветров к продольной оси водоема α=60^○

Глубина залегания водоупора – Т=3,2м

Площадь водосбора Ω=61км²

Расход водовыпуска (расход полезный) Q_пол=6,3м³/с

Определение геометрических параметров платины

1. Выбор створа и типа плотины

Как правило, створ плотины располагается в наиболее узкой части водостока, нормально к горизонталям (в этом случае будет наименьший объем работ).

Тип плотины определяют в зависимости от наличия тех или иных материалов в близлежайших карьерах и максимального использования материалов из полезных выемок (рис.1.1). Самые лучшие материалы в профильтрованном плане – это суглинки. При их наличии грунтовую плотину устраивают однородной. При возведении плотины из песка или супесей предусматривают в теле плотины профильтрованные элементы в виде ядра, экрана или диафрагмы. Ядро должно быть выше уровня НПУ на 0,3м. При толщине водопроницаемого слоя 2-3м выполняется замок из водонепроницаемого грунта. Замок врезается в водонепроницаемый грунт на глубину не менее 0,5 м. Ширина нижнего основания замка 2-3м.

Параметры ядра и экрана плотины представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Параметры ядра и экрана насыпной грунтовой плотины

	Нпл<10м	Нпл>10м
толщина грунтового экрана и ядра поверху, м	не менее 0,8	1...1,5
толщина грунтового экрана и ядра по низу	не менее 3	не менее 3

Рис.1.1. Типовые конструктивные схемы грунтовых плот:

а) - однородная; б) - с пластичным экраном; в) - с жестким экраном; г) - с ядром; д) - с диафрагмой; е) - из разнородных грунтов; 1 - верховой откос; 2 – гре­бень плотины; 3 - низовой откос; 4 - тело плотины; 5 - пластичный экран; 6 - защитный слой; 7 - жесткий экран; 8 - ядро; 9 - диафрагма; 10 – суглинок; 11 - супесь; 12 - песок.

2. Конструирование поперечного профиля плотины

Ширина гребня плотины принимается в зависимости от категории проходящей по нему дороги (рис.1.2).

Рис. 1.2. Конструкция гребня плотины:

1. проезжая часть; 2 - обочины; 3 - столбы-надолбы.

Для дороги V категории:

Ширина гребня b_гр = 8м; из них:

ширина проезжей части – 4,5м; ширина обочин – 1,75м.

Уклон для грунтового покрытия равен: i=3%.

Коэффициент заложения откосов назначают в зависимости от расчетной высоты плотины Н_пл, расчетной глубины воды в верхнем бьефе при НПУ, вида грунтов, укладываемых в тело плотины и наличия дренажа в низовом откосе.

Для глинистых грунтов m₁ = 3; m₂ =1,75;

для песчаных грунтов m₁ = 3; m₂ =2.

3. Определение высоты плотины

Определяем форсированный подпорный уровень

= =60+1=61м.

Высота ветрового нагона воды на верховой откос, (ветровой нагон – повышение среднего уровня воды за счет действия ветра)

,

где К_n – коэффициент, зависящий от скорости ветра (при V ≤ 20м/c, K_n = 2,1·10^-6);

V – расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды (берется из условия), V=16м/с;

L – длина разгона ветровой волны, L=10 000м (длина водохранилища, берется из условия);

g – ускорение свободного падения, g=9,81м/с²;

Н₁ – условная расчетная глубина воды в водохранилище (берется из условия), Н₁=11м;

α - угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров (берется из условия), α=60^○.

Высота наката ветровых волн на верховой откос, (накат ветровых волн – повышение уровня воды за счет ветровых волн и их дальнейшего движения по откосу сооружения)

,

где m₁ – коэффициент заложения верхового откоса, m₁=3;

λ, h – соответственно длина и высота волны наката (определяется по таблице 1.1), λ=15,28м, h=1,59м;

К – коэффициент, зависящий от укрепления верхового откоса (для каменной наброски К=0,55)

,

где а – конструктивный запас, для плотины IV класса, а = 0,5м.

Общая высота плотины

,

где - отметка тальвега (тальвег – линия, соединяющая наиболее пониженные участки дна реки, долины, балки, оврага и т.д. В нашем случае тальвег – дно водохранилища).

Отметка тальвега равна:

Таблица 1.2 - Табличные значения элементов ветровых волн

Разгон волн L, км	Расчетная скорость ветра v, м/с
	6		8		10		12		14			16		18		20
	h	λ	h	λ	h	λ	h	λ	h		λ	h	λ	h	λ		h	λ
0,2	0,12	0,62	0,16	0,9	0,18	1,18	0,21	1,47	0,23	1,77		0,26	2,16	0,28	2,48		0,3	2,85
0,5	0,19	0,99	0,23	1,42	0,28	1,86	0,33	2,32	0,36	2,8		0,4	3,42	0,43	3,93		0,47	4,49
1	0,27	1,39	0,32	2,01	0,4	2,64	0,46	3,29	0,52	3,95		0,56	4,83	0,61	5,56		0,68	6,36
2	0,37	1,97	0,45	2,84	0,55	3,72	0,64	4,66	0,72	5,58		0,78	6,84	0,85	7,85		0,83	9
4	0,49	2,78	0,61	4,02	0,75	5,26	0,88	6,6	1	7,92		1,08	9,65	1,18	11,11		1,28	12,72
6	0,57	3,4	0,73	4,91	0,89	6,45	1, 05	8,05	1,19	9,7		1,3	11,8	1,42	13,65		1,56	15,68
8	0,62	3,94	0,79	5,68	0,99	7,45	1,18	9,32	1,34	11,2		1,46	13,68	1,6	15,7		1,75	18,02
10	0,66	4,4	0,85	6,36	1,07	8,32	1,28	10,42	1,46	12,5		1,59	15,28	1,76	17,6		1,93	20,18
15	0,74	5,4	0,96	7,8	1,21	10,4	1,47	12,78	1,68	15,3		1,85	18,7	2,06	21,55		2,26	24,67
20	0,8	6,3	1	9	1,25	11,3	1,6	14,6	1,8	17,5		2,1	21,6	2,3	24,9		2,5	28,5
40	0,9	8,8	1,4	12,8	1,5	16,6	1,9	20,9	2,1	24,5		2,4	31,2	2,7	35		3,1	41,4
60	1,1	10,8	1,4	15,6	1,7	20,4	2,1	25,5	2,4	30,6		2,8	38,4	3	42,7		3,4	49,3
80	1,2	12,5	1,5	18	1,9	23,6	2,3	30,4	2,5	35,4		2,9	44,5	3,2	49,5		3,6	57
100	1,4	13,9	1,7	20,1	2,1	26,3	2,5	33	2,8	39,6		3	48,2	3,4	55,7		3,8	63,8