Содержание

Содержание 4

1. Компоновка сооружений гидроузла 5

2. Гидравлические расчеты 6

2.1. Расчет пропускной способности бетонной водосбросной плотины 6

2.1.1. Проверка пропуска паводкового расхода 6

2.1.2. Проверка пропуска максимального катастрофического расхода 8

2.2. Расчет сопряжения бьефов 9

3.1. Конструирование элементов подземного контура и профиля плотины. 15

3.2. Деформационные швы и их уплотнения 16

3.3. Понур 17

3.4. Конструкция водобоя 17

3.5. Конструкция рисбермы 18

3.6. Конструкция быков водосливных плотин 19

3.7. Конструкции береговых устоев 20

4.2. Расчет фильтрации в обход берегового устоя. 23

5.1. Определение контактных напряжений в основании плотины 26

5.2. Расчет устойчивости плотины на сдвиг 29

5.3. Расчет прочности тела плотины методом сопротивления материалов 31

1. Компоновка сооружений гидроузла

В состав гидроузла входят грунтовая плотина и бетонная водосбросная плотина.

Грунтовая плотина − створ плотины располагается таким образом, при котором достигается минимальный объем земляных работ. Плотина возведена методом послойной отсыпки. Основание – мелкий песок. Гребень плотины располагается на отметке 238,5 м, по которому проходит автомобильная дорога 5 категории. Ширина гребня 4,5 м. Верховой откос плотины выполнен с заложением m=3. Низовой откос плотины выполнен с заложением m=3.

Бетонная водосбросная плотина – выполнена по типу гравитационной вакуумной плотины. Высота гравитационной вакуумной плотины 21,5 м. Водосбросная плотина располагается фронтально к оси сбросного тракта на левом берегу и имеет ширину 70,4 м, которая обеспечивается 5 пролетами по 12 м, разделенными бычками с закругленной формой входной части и шириной каждого 2,6 м. Подошва плотины выполнена горизонтально с верховым и низовым зубьями, глубина которых 4 м и ширина понизу верхового 4 м, низового 7 м. Под телом плотины выполнен дренаж. Элементы подземного контура представляют: глиняный понур, длиной 20 м. В нижнем бьефе на водобое устраивается водобойный колодец глубиной 1,5 м и длиной 26 м. Концевой участок рисбермы выполняется в виде предохранительного ковша глубиной 6,4 м и заложением верхового откоса m=3 и низового откоса m=3.

2. Гидравлические расчеты

Гидравлические расчеты водосбросных плотин проводятся для решения таких основных задач, как:

1. определение ширины водосливного фронта, отметки гребня водослива и профиля водосливной поверхности;

2. назначения очертания бычков, конструкций и очертаний береговых открылков, отметок понура и конструкций крепления дна в верхнем бьефе;

3. выбор оптимального режима сопряжения бьефов и назначение отметок поверхности водобоя и рисбермы, типов и размеров гасителей энергии, участков крепления дна, берегов, длины и очертания в плане береговых устоев.

Гидравлический расчет проводится для двух случаев: основного и поверочного. Основной расчетный случай соответствует пропуску расчетного паводкового расхода при НПУ, а поверочный случай соответствует пропуску максимального (катастрофического) расхода при ФПУ.

Другие случаи пропуска расходов воды проводятся в зависимости от принятой схемы маневрирования затворами плотины.

Уровень воды в нижнем бьефе в расчетах принимается в соответствии с пропускаемым расходом воды и определяется по кривой связи между уровнями и расходами воды.

2.1. Расчет пропускной способности бетонной водосбросной плотины

2.1.1. Проверка пропуска паводкового расхода

Водосливной фронт водослива складывается из пролетов, разделенных между собой бычками, и перекрываемых затворами.

Гидравлический расчет водосброса сводится к определению количества и ширины пролетов. Расчет ведется методом последовательных приближений по формуле:

σ_п-коэффициент подтопления;

-коэффициент бокового сжатия;

− коэффициент расхода водослива;

− количество водосливных отверстий;

− ширина водосливного отверстия, м;

− напор на водосливе с учетом скорости подхода, м.

Ширина водосливного фронта плотины B определяется с учетом величины расчетного паводкового расхода и величины удельного расхода в нижнем бьефе . В соответствии с рекомендациями для средненапорных плотин, расположенных на песчаных основаниях, величина удельного расхода в нижнем бьефе принимается равной до 30−40 м³/с на 1 погонный метр. Окончательно принимается равной q=20 м³/с, а величина расчетного паводкового расхода – Q_пр=1200 м³/с.

Таким образом, ширина водосливного фронта плотины равна:

В соответствии с полученным значением В принимается количество водосливных отверстий n=5 с шириной каждого b=12 м.

Далее находится высота водосливного отверстия путем подстановки в формулу первоначально задаваемых данных.

В первом приближении:

1. n=5;

b=12 м;

σ_п=1;

;

Q_пр=1200 м³/с;

Выражая из формулы получаем :

Назначается высота водосливного отверстия в соответствии со стандартными значениями. Таким образом, принимается равной 4 м. При этом, отношение ширины отверстия к его высоте должно быть больше, либо равно единице, т.е. . В данном случае , т.е. условие соблюдается.

2. определяется скорость подхода:

м/с;

где − толщина разрезного бычка, которая определяется по формуле:

м,

где − толщина служебного перешейка (не менее 0,8);

Глубина пазов ремонтного затвора принимается равной 0,5 м.

− глубина воды в верхнем бьефе, м;

м;

3. определяется напор с учетом скорости подхода:

м;

где − коэффициент Кариолиса ( );

4. делается пересчет параметров , , σ_п ,с учетом полученного :

где где Р = ГВ - дна = 240 – 217 = 14 м – высота водослива;

= 0,1 – при плавном очертании быков и устоев.

Коэффициент расхода водосливных плотин практического профиля с вакуумным оголовком определяется по данным Н.П. Розанова в зависимости от соотношения полуосей эллипса a'/b', вписанного в оголовок, и соотношения H₀/r_ф , где r_ф − фиктивный радиус. Предварительно задаются величиной фиктивного радиуса . Из полученного соотношения и a'/b'=3 значение коэффициента расхода имеет величину, равную . Далее проверяется максимальное значение вакуума на оголовке водослива:

где σ_вак− коэффициент вакуумности (определяется в зависимости из соотношений H₀/r_ф и a'/b' и принимается равным σ_вак=1,47);

Вычисленное значение максимального вакуума не должно превышать 6-7м водяного столба. Условие соблюдается при полученном значении. м вод. ст.

Т.к. водослив не подтоплен, то коэффициент подтопления равен σ_п=1 .

5. находится расход с учетом пересчитанных параметров:

.

Расчетный расход сравнивается с расчетным паводковым и не должен превышать его более чем на 5 %:

.

Таким образом, расчетный расход превышает расчетный паводковый на 2%, что в допустимом пределе и в дальнейших приближениях нет необходимости.