Введение

Плотина – основное водонапорное сооружение, которое перегораживает русло реки и создает разные уровни воды перед сооружением и за ним.

Плотины устраивают для следующих целей:

а) поднять уровень воды в реке для решения транспортных задач;

б) регулирование паводков реки для удовлетворения нужд населения;

в) сбор воды в водохранилище с последующим рациональным расходом.

Грунтовые плотины самый распространенный тип водоподпорного сооружения. Наибольшее распространение земляные плотины получили из следующих преимуществ: а) их возведение почти полностью механизировано;

б) возможно использование местного строительного материала;

в) плотину из грунтовых материалов строят в разнообразных климатологических, топографических, геологических и сейсмических условиях;

г) многообразие природных условий определяет различные типы плотин и способы их возведения;

д) экономичность и долговечность плотины.

Конструктивные элементы сопряжения с основаниями и берегами. Конструкция противофильтрационных элементов и дренажных устройств в теле и основании плотины. В данном проекте рассматриваются вопросы конструирования плотины на нескальном основании. Проведены фильтрационные расчеты устойчивости, выбран тип крепления верхового откоса. Проведен анализ однородной плотины и плотины с противофильтрационным элементом.

1. Проектирование грунтовой плотины

1.1. Определение отметки гребня плотины

Для определения высоты отметки гребня плотины необходимо знать превышение плотины над расчетным уровнем воды в верхнем бьефе. Отметку гребня плотины из грунта определяют из условия полного исключения перелива воды через него при накате волны и ветровом нагоне по формуле:

,

где h_s – превышение гребня плотины, определяется по формуле (1) [2]:

,

где Δh_set – ветровой нагон воды в верхнем бьефе, (м);

h_run1% - высота наката волн обеспеченностью 1%, (м);

а – конструктивный запас повышения гребня плотины, принимаемый как большее из значений 0,5 (м) или 0,1h_1% (м).

Высоту ветрового нагона воды определяем по формуле (148) [1,приложение]:

,

где α_w – угол между продольной осью водоема и направлением ветра, (град), принимаем из исходных данных α_w = 0˚;

L – длина разгона волны, (м), из исходных данных L = 6000 м;

d₁ – глубина воды в верхнем бьефе, (м), из исходных данных d₁ = 15 м;

V_w – расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема, (м/с), из исходных данных V_w = 20 м/с;

K_w – коэффициент, зависящий от скорости ветра и принимаемый = 2,1*10^-6.

По первому приближению определяем Δh_set:

;

Определяем Δh_set по второму приближению:

.

Исходя из того что погрешность составляет не более 0,05, ветровой нагон волны в верхнем бьефе принимаем равным: Δh_set = 0,03.

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% определяют по формуле (25) [1]:

,

где k_r и k_p – коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по табл. 6 [1], k_r = 1, k_p = 0,9;

k_sp – коэффициент, принимаемый по табл. 7 [1]. По таблице принимаем k_sp = 1,3;

h_1% - высота волны 1% - ной вероятности превышения, которую определим в следующей последовательности:

1. Вычислим следующие безразмерные величины:

где t – продолжительность действия ветра, принимается при отсутствии фактических данных равной 6 часам = 21600 с.

2. Из графика рис. 1 [1, приложения] определим значения относительных параметров:

и

3. Устанавливаем среднюю высоту волны:

(м) и

средний период волны:

4. Вычислим среднюю длину волны по формуле (151) [1]:

5. Высоту волны 1% - ной вероятности превышения определим по формуле:

,

где k_1% - коэффициент, принимаемый по графикам рис. 2 [1, приложение] для безразмерной величины , по графику получаемk_1% = 2,1, отсюда .

k_run – коэффициент, принимаемый по графикам рис. 10 [1] в зависимости от пологости волны . По графику получаемk_run = 1,0.

Определяем k_run1%:

.

Зная k_run1%, определяем h_s:

.

Получаем отметку гребня плотины равной:

.